СПОСОБ НАГРЕВА И НАГНЕТАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ), УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА И НАГНЕТАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ) И ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА

1. Способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например воды, с использованием электродной герметичной нагревательной камеры с трубчатым корпусом, установленным в вертикальном или близком к вертикальному положении, у которой верхняя часть сообщается через впускной обратный клапан с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижняя часть через выпускной обратный клапан - с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, включающий непрерывно повторяющийся рабочий цикл нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, состоящий из непрерывно и последовательно совершаемых в указанной нагревательной камере рабочих фаз, включающих фазу нагрева исходной токопроводящей жидкости до кипения с образованием пара в верхней части нагревательной камеры, фазу вытеснения нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания через выпускной обратный клапан под действием давления указанного пара, фазу конденсации пара с образованием разрежения в нагревательной камере и фазу всасывания исходной токопроводящей жидкости из линии ее подвода в нагревательную камеру через впускной обратный клапан под действием указанного разрежения с одновременным нагревом токопроводящей жидкости, заполняющей нагревательную камеру в процессе всасывания, причем упомянутый нагрев исходной токопроводящей жидкости осуществляют путем пропускания через нее переменного электрического тока, проходящего между электродами нагревательной камеры, отличающийся тем, что в каждом рабочем цикле в процессе нагрева токопроводящей жидкости в ней аккумулируют заданное количество теплоты, а в процессе вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры после опускания верхнего уровня указанной жидкости до уровня поперечного сечения нагревательной камеры, отстоящего на заданном расстоянии от днища последней, прекращают пропускание электрического тока через токопроводящую жидкость, при этом вытеснение нагретой токопроводящей жидкости из нижней части нагревательной камеры, ограниченной указанным поперечным сечением и днищем последней и представляющей собой бестоковую для фазы вытеснения токопроводящей жидкости рабочую зону нагревательной камеры, осуществляют за счет энергии давления пара, образующейся в нагревательной камере в процессе кипения токопроводящей жидкости под воздействием указанной теплоты, причем нагрев токопроводящей жидкости ведут с заданной интенсивностью, обеспечивающей возможность указанного аккумулирования в ней заданного количества теплоты, достаточного для образования энергии давления пара, необходимой для вытеснения токопроводящей жидкости из указанной бестоковой рабочей зоны нагревательной камеры в линию нагнетания, а выход вытесняемой из нагревательной камеры нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания осуществляют через выходное отверстие нагревательной камеры, которое располагают в днище нагревательной камеры или в ее корпусе вблизи указанного днища, предпочтительно с примыканием к последнему.
2. Способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например воды, с использованием электродной герметичной нагревательной камеры с трубчатым корпусом, установленным в вертикальном или близком к вертикальному положении, у которой верхняя часть сообщается через впускной обратный клапан с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижняя часть через выпускной обратный клапан - с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, включающий непрерывно повторяющийся рабочий цикл нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, состоящий из непрерывно и последовательно совершаемых в указанной нагревательной камере рабочих фаз, включающих фазу нагрева исходной токопроводящей жидкости до кипения с образованием пара в верхней части нагревательной камеры, фазу вытеснения нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания через выпускной обратный клапан под действием давления указанного пара, фазу конденсации пара с образованием разрежения в нагревательной камере и фазу всасывания исходной токопроводящей жидкости из линии ее подвода в нагревательную камеру через впускной обратный клапан под действием указанного разрежения с одновременным нагревом токопроводящей жидкости, заполняющей нагревательную камеру в процессе всасывания, причем упомянутый нагрев исходной токопроводящей жидкости осуществляют путем пропускания через нее переменного электрического тока, проходящего между электродами нагревательной камеры, отличающийся тем, что в каждом рабочем цикле в процессе нагрева токопроводящей жидкости в ней аккумулируют заданное количество теплоты, а в процессе вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры после опускания верхнего уровня указанной жидкости до уровня поперечного сечения нагревательной камеры, отстоящего на заданном расстоянии от днища последней, прекращают пропускание электрического тока через токопроводящую жидкость, при этом вытеснение нагретой токопроводящей жидкости из нижней части нагревательной камеры, ограниченной указанным поперечным сечением и днищем последней и представляющей собой бестоковую для фазы вытеснения токопроводящей жидкости рабочую зону нагревательной камеры, осуществляют за счет энергии давления пара, образующейся в нагревательной камере в процессе кипения токопроводящей жидкости под воздействием указанной теплоты, причем нагрев токопроводящей жидкости ведут с заданной интенсивностью, обеспечивающей возможность указанного аккумулирования в ней заданного количества теплоты, достаточного для образования энергии давления пара, необходимой для вытеснения токопроводящей жидкости из указанной бестоковой рабочей зоны нагревательной камеры в линию нагнетания, а выход вытесняемой из нагревательной камеры нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания осуществляют через выходное отверстие нагревательной камеры, которое располагают в днище нагревательной камеры или в ее корпусе вблизи указанного днища, предпочтительно с примыканием к последнему, при этом конструктивные элементы нагревательной камеры, в частности корпус или корпус и днище и/или крышку, выполняют толстостенными с заданной теплоемкостью, предпочтительно из материала, обладающего высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью, а в каждом рабочем цикле нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости часть теплоты нагретой токопроводящей жидкости и пара аккумулируют в конструктивных элементах нагревательной емкости, по крайней мере, в тех из них, которые имеют заданную теплоемкость, при этом теплоту, аккумулируемую в конструктивных элементах нагревательной емкости, используют в последующем рабочем цикле нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости для нагрева последней.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что конструктивные элементы нагревательной камеры, по крайней мере, те из них, которые имеют заданную теплоемкость, защищают от тепловых потерь с помощью средств наружной тепловой изоляции, например с помощью наружного теплоизоляционного покрытия и/или теплоизоляционной оболочки.
4. Устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например воды, содержащее заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с трубчатым корпусом, установленным в вертикальном или близком к вертикальному положении, днищем, крышкой, одним или несколькими фазными электродами и выходным отверстием, соединенную своей верхней частью через впускной обратный клапан с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижней частью через ее выходное отверстие и выпускной обратный клапан - с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, при этом у нагревательной камеры корпус служит нулевым электродом, каждый из фазных электродов установлен внутри указанного корпуса продольно по отношению к последнему, а крышка и днище выполнены из диэлектрического материала, отличающееся тем, что нагревательная камера выполнена с бестоковой для фазы вытеснения токопроводящей жидкости рабочей зоной заданной высоты, расположенной в нижней части указанной камеры и примыкающей к днищу последней, а выходное отверстие нагревательной камеры выполнено в ее днище, предпочтительно соосно с корпусом нагревательной камеры, или в указанном корпусе вблизи днища нагревательной камеры, предпочтительно с примыканием к последнему, при этом все фазные электроды нагревательной камеры установлены выше указанной бестоковой зоны с расположением их нижних концов на уровне верхней границы последней или проходят через указанную бестоковую зону, причем каждый из фазных электродов, проходящих через бестоковую зону, герметично закрыт изоляционной оболочкой из диэлектрического материала на его нижнем участке, расположенном в бестоковой зоне, при этом величина напряжения на электродах нагревательной камеры, величина силы тока между указанными электродами, величина электропроводности токопроводящей жидкости, величина гидравлического сопротивления выходного отверстия нагревательной камеры и выпускного обратного клапана, величина усилия открытия последнего и геометрические параметры нагревательной камеры, в частности высота бестоковой рабочей зоны, высота всей рабочей зоны, расположенной между крышкой и днищем, объем бестоковой рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, и объем всей рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, задаются с обеспечением возможности вытеснения паром токопроводящей жидкости из бестоковой рабочей зоны нагревательной камеры в линию нагнетания в конце каждой рабочей фазы вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры при заданной величине гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что величина электропроводности токопроводящей жидкости, величина гидравлического сопротивления выходного отверстия нагревательной камеры и выпускного обратного клапана, величина усилия открытия последнего и геометрические параметры нагревательной камеры, в частности высота бестоковой рабочей зоны, высота всей рабочей зоны, объем бестоковой рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, и объем всей рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, задаются с расчетом обеспечения заданной температуры, и/или давления, и/или объемной подачи токопроводящей жидкости в линии нагнетания с минимальными затратами электроэнергии на нагрев токопроводящей жидкости при заданной величине гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выпускной обратный клапан выполнен с регулируемым в заданных пределах усилием его открытия.
7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что у каждого из фазных электродов, проходящих через бестоковую рабочую зону нагревательной камеры, изоляционная оболочка выполнена предпочтительно в виде цилиндрической втулки, жестко соединенной с днищем нагревательной камеры или выполненной за одно целое с последним.
8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что корпус нагревательной камеры и каждый из фазных электродов выполнены из нержавеющей стали или любого другого электропроводного материала, стойкого к электроэрозии.
9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что крышка и днище нагревательной камеры и изоляционные оболочки фазных электродов выполнены из диэлектрического конструкционного материала, стойкого к воздействию влаги и высокой температуры.
10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что при выполнении выходного отверстия нагревательной камеры в ее днище поверхность последнего со стороны внутренней полости нагревательной камеры выполнена конусной с вершиной конуса, обращенной вниз, при этом выходное отверстие нагревательной камеры и конусная поверхность ее днища выполнены предпочтительно соосно друг с другом и с корпусом нагревательной камеры.
11. Устройство по п.4 или 10, отличающееся тем, что при выполнении выходного отверстия нагревательной камеры в ее днище выпускной клапан размещен в указанном днище предпочтительно соосно с выходным отверстием нагревательной камеры с возможностью перекрытия им выхода указанного отверстия.
12. Устройство по п.4, отличающееся тем, что впускной обратный клапан выполнен самодействующим и содержит горизонтально расположенное седло с отверстием для прохода токопроводящей жидкости и затвор, установленный под указанным седлом с возможностью перекрытия отверстия последнего, при этом масса, геометрическая форма и размеры указанного затвора выбираются с таким расчетом, чтобы обеспечивалось открытое положение указанного клапана при поступлении к нему воздуха или газообразных продуктов из нагревательной камеры.
13. Устройство по п.4 или 12, отличающееся тем, что впускной обратный клапан размещен в крышке нагревательной камеры предпочтительно соосно с корпусом последней.
14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что при выполнении нагревательной камеры с одним фазным электродом последний расположен коаксиально корпусу нагревательной камеры, а при выполнении нагревательной камеры с двумя и более фазными электродами последние размещены равномерно по объему нагревательной камеры и равноудалены от корпуса последней.
15. Устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например воды, содержащее заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с трубчатым корпусом, установленным в вертикальном или близком к вертикальному положении, днищем, крышкой, одним или несколькими фазными электродами и выходным отверстием, соединенную своей верхней частью через впускной обратный клапан с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижней частью через ее выходное отверстие и выпускной обратный клапан - с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, при этом у нагревательной камеры корпус служит нулевым электродом, каждый из фазных электродов установлен внутри указанного корпуса продольно по отношению к последнему, а крышка и днище выполнены из диэлектрического материала, отличающееся тем, что нагревательная камера выполнена с бестоковой для фазы вытеснения токопроводящей жидкости рабочей зоной заданной высоты, расположенной в нижней части указанной камеры и примыкающей к днищу последней, а выходное отверстие нагревательной камеры выполнено в ее днище предпочтительно соосно с корпусом нагревательной камеры или в указанном корпусе вблизи днища нагревательной камеры предпочтительно с примыканием к последнему, при этом все фазные электроды нагревательной камеры установлены выше указанной бестоковой зоны с расположением их нижних концов на уровне верхней границы последней или проходят через указанную бестоковую зону, причем каждый из фазных электродов, проходящих через бестоковую зону, герметично закрыт изоляционной оболочкой из диэлектрического материала на его нижнем участке, расположенном в бестоковой зоне, при этом нагревательная камера выполнена в виде теплового аккумулятора с заданной теплоемкостью с выполнением ее конструктивных элементов, в частности корпуса или корпуса и днища и/или крышки, толстостенными с заданной теплоемкостью, предпочтительно из материала или материалов, обладающих высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью, причем величина теплоемкости нагревательной камеры, величина напряжения на электродах нагревательной камеры, величина силы тока между указанными электродами, величина электропроводности токопроводящей жидкости, величина гидравлического сопротивления выходного отверстия нагревательной камеры и выпускного обратного клапана, величина усилия открытия последнего и геометрические параметры нагревательной камеры, в частности высота бестоковой рабочей зоны, высота всей рабочей зоны, расположенной между крышкой и днищем, объем бестоковой рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, и объем всей рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, задаются с обеспечением возможности вытеснения паром токопроводящей жидкости из бестоковой рабочей зоны нагревательной камеры в линию нагнетания в конце каждой рабочей фазы вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры при заданной величине гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что величина теплоемкости нагревательной камеры, величина электропроводности токопроводящей жидкости, величина гидравлического сопротивления выходного отверстия нагревательной камеры и выпускного обратного клапана, величина усилия открытия последнего и геометрические параметры нагревательной камеры, в частности высота бестоковой рабочей зоны, высота всей рабочей зоны, объем бестоковой рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, и объем всей рабочей зоны, вмещающий токопроводящую жидкость, задаются с расчетом обеспечения заданной температуры, и/или давления, и/или объемной подачи токопроводящей жидкости в линии нагнетания с минимальными затратами электроэнергии на нагрев токопроводящей жидкости при заданной величине гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания.
17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что выпускной обратный клапан выполнен с регулируемым в заданных пределах усилием его открытия.
18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что конструктивные элементы нагревательной камеры, по крайней мере те из них, которые имеют заданную теплоемкость, снабжены средствами наружной тепловой изоляции, выполненными, например, в виде наружного теплоизоляционного покрытия и/или теплоизоляционной оболочки.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что каждая теплоизоляционная оболочка накрыта защитным кожухом.
20. Устройство по п.15, отличающееся тем, что у каждого из фазных электродов, проходящих через бестоковую зону нагревательной камеры, изоляционная оболочка выполнена предпочтительно в виде цилиндрической втулки, жестко соединенной с днищем нагревательной камеры или выполненной за одно целое с последним.
21. Устройство по п.15, отличающееся тем, что корпус нагревательной камеры и каждый из фазных электродов выполнены из нержавеющей стали или любого другого электропроводного материала, стойкого к электроэрозии.
22. Устройство по п.15, отличающееся тем, что крышка и днище нагревательной камеры и изоляционные оболочки фазных электродов выполнены из диэлектрического конструкционного материала, стойкого к воздействию влаги и высокой температуры.
23. Устройство по п.15, отличающееся тем, что при выполнении выходного отверстия нагревательной камеры в ее днище поверхность последнего со стороны внутренней полости нагревательной камеры выполнена конусной с вершиной конуса, обращенной вниз, при этом выходное отверстие нагревательной камеры и конусная поверхность ее днища выполнены предпочтительно соосно друг с другом и с корпусом нагревательной камеры.
24. Устройство по п.15 или 23, отличающееся тем, что при выполнении выходного отверстия нагревательной камеры в ее днище выпускной клапан размещен в указанном днище предпочтительно соосно с выходным отверстием нагревательной камеры с возможностью перекрытия им выхода указанного отверстия.
25. Устройство по п.15, отличающееся тем, что впускной обратный клапан выполнен самодействующим и содержит седло с отверстием для прохода токопроводящей жидкости и затвор, установленный под указанным седлом в вертикальном или близком к вертикальному положении с возможностью перекрытия им указанного отверстия седла, при этом масса, геометрическая форма и размеры указанного затвора выбираются с таким расчетом, чтобы обеспечивалось открытое положение указанного клапана при поступлении к нему воздуха или газообразных продуктов из нагревательной камеры.
26. Устройство по п.15 или 25, отличающееся тем, что впускной обратный клапан размещен в крышке нагревательной камеры предпочтительно соосно с корпусом последней.
27. Устройство по п.15, отличающееся тем, что при выполнении нагревательной камеры с одним фазным электродом последний расположен коаксиально корпусу нагревательной камеры, а при выполнении нагревательной камеры с двумя и более фазными электродами последние размещены равномерно по объему нагревательной камеры и равноудалены от корпуса последней.
28. Теплогенерирующая установка преимущественно для отопления, содержащая устройство для нагрева и нагнетания служащей теплоносителем токопроводящей жидкости, например воды, с линией подвода исходной токопроводящей жидкости и линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, первая из которых подключена к выходу, а вторая ко входу теплопотребляющего устройства, отличающаяся тем, что устройство для нагрева и нагнетания служащей теплоносителем токопроводящей жидкости выполнено по любому из пп.4-14 или 15-27.
29. Установка по п.28, отличающаяся тем, что она снабжена аккумулирующей емкостью с газовой полостью и отделенной от нее с помощью подвижного разделителя гидравлической полостью, заполненной теплоносителем и подключенной к упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости вблизи от впускного обратного клапана упомянутого устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, при этом подвижный разделитель аккумулирующей емкости выполнен в виде мембраны, или поршня, или сильфона.
30. Установка по п.29, отличающаяся тем, что при выполнении упомянутого устройства для нагрева и нагнетания служащей теплоносителем токопроводящей жидкости по п.13 или 26 аккумулирующая емкость установлена непосредственно над нагревательной камерой указанного устройства с расположением ее гидравлической полости под газовой полостью и закреплена с возможностью снятия на крышке указанной нагревательной камеры, при этом крышка нагревательной камеры служит днищем аккумулирующей емкости и ее гидравлической полости, а вход упомянутого впускного клапана сообщается с гидравлической полостью аккумулирующей емкости.
31. Установка по п.28, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для автоматической подпитки теплоносителем, устройством для автоматического газоудаления и устройством стабилизации давления, при этом указанные устройства подключены к упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости, причем устройство стабилизации давления выполнено предпочтительно в виде перепускного клапана с возможностью поддержания заданного давления в указанной линии.
32. Установка по п.28, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительным клапаном, сообщающимся с нагревательной камерой и настроенным на заданное максимальное давление в последней.
33. Установка по п.28, отличающаяся тем, что она снабжена шламоуловителем, установленным на выходе теплопотребляющего устройства и соединенным своим выходом с упомянутой линией подвода исходной токопроводящей жидкости.
34. Установка по п.33, отличающаяся тем, что она снабжена шунтирующей линией, вход которой подключен к упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости после шламоуловителя по ходу движения токопроводящей жидкости, а выход - ко входу теплопотребляющего устройства, при этом в шунтирующей линии установлены циркуляционный насос и обратный клапан с возможностью циркуляции токопроводящей жидкости со входа к выходу шунтирующей линии, а в линии подвода исходной токопроводящей жидкости после входа шунтирующей линии по ходу движения токопроводящей жидкости установлен обратный клапан с возможностью прохода через него токопроводящей жидкости с выхода шламоуловителя к впускному обратному клапану упомянутого устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости.
35. Установка по п.34, отличающаяся тем, что в шунтирующей линии установлен дроссельный регулятор объемной подачи токопроводящей жидкости через указанную линию.
36. Установка по п.28, отличающаяся тем, что она снабжена блоком питания и управления, к которому подключены электроды нагревательной камеры, при этом на выходе теплопотребляющего устройства и/или в помещении, обогреваемом с помощью последнего, установлен датчик температуры, выход которого соединен с упомянутым блоком питания и управления, выполненным с возможностью отключения питания электродов нагревательной камеры при увеличении температуры теплоносителя на выходе теплопотребляющего устройства и/или температуры воздуха в указанном помещении выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения указанного питания после снижения указанной температуры теплоносителя и/или воздуха до заданного минимального значения.
37. Установка по п.36, отличающаяся тем, что она снабжена малогабаритным автономным источником питания электродов нагревательной камеры, подключенным к блоку питания и управления и рассчитанным на заданное время работы нагревательной камеры при внезапном отключении электроснабжения основного источника питания указанных электродов.