Электродный нагреватель текучих сред

Электродный нагреватель текучих сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЭ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) з<Ю Н 05 В 3/60, F 22 В 1/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/"! (К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3638856/24-07 (22) 08.09.83 (46) 07.10.84. Бюп, В 37 (72) Г.П. Ерошенко, Е.И. Немкин, А.А. Спиридонов и Ю.И. Кобченко (7 1) Саратовский ордена "Знак Почета" институт механизации сельского хозяйства им. M.È. Калинина (53) 621.365.33(088.8) (56) 1. Патент США и 4297563, кл. F 22 В 1/28, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 165265, кл. Н 05 В 3/60, 1965. (54) (57) ЭЛЕКТРОДНЬ1Й НАГРЕВАТЕЛЬ

ТЕКУЧИХ СРЕД, содержащий снабженный патрубками ввода и вывода среды корпус, в котором установлены пакет вертикальных неподвижных разделенных зазорами пластинчатых электродов и введенный в указанные зазоры пакет равновеликих электродам изоляционных пластин, соединенных со штоком вертикального перемещения, отличающийся тем, что, с целью автоматического поддер- жания заданной температуры среды при изменении ее расхода, патрубок ввода расположен на одной оси со штоком, а пакет изоляционных пластин снабжен соединенным со штоком клапаном, выполнеHHblH в виде тарелки и полого, установленного подвижно в патрубке ввода стержня, в стенке которого выполнены диаметрально противоположные прямоугольные отверстия, высота которых равна высоте электродов, а ширина выбрана в соответствии с формулой о= (м1, Q d.ñ

1- Я где б — внутренний диаметр полого стержня, м, — высота электродов, м, m — масса пакета диэлектрических пластин, погруженных в воду, кг, Q — наибольший расход воды, 3/ °

С = 3,15 с-кг /м — постоян112 2 ный коэффициент.

111 7

Цель изобретения — автоматическое поддержание заданной температуры среды при изменении ее расхода.

Для достижения укаэанной цели в электродном нагревателе текучих сред, содержащем снабженный патрубка-50 ми ввода и вывода среды корпус, в котором установлены пакеты вертикальных неподвижных разделенных зазорами пластинчатых электродов и введенный в указанные зазоры пакет 55 равновеликих электродам изоляционных пластин, соединенных со штоком вертикального перемещения, патруИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам электродного нагрева воды, и может найти применение преимущественно в сельском хозяйстве, 5

Известен электродный проточный водонагреватель, состоящий из корпу. са и электродов, выполненных в виде концентричных цилиндрических металлических пластин. Нагрев осуществляется при протекании тока через слой воды между электродами (1) . .Недостатком этих электроводонагревателей является отсутствие возможности поддержания заданной температуры воды при изменении ее расхода, так как конструкция электроводонагревателя не имеет устройства, обеспечивающего постоянства температуры воды при изменении ее расхода.

Наиболее близким к изобретению является электродный нагреватель текучих сред, содержащий снабженный 25 патрубками ввода и вывода среды корпус, в котором установлены пакет вертикальных неподвижных разделенных зазорами пластинчатых электродов и введенный в указанные зазоры пакет равновеликих электродам изоляционных пластин, соединенных со штоком вертикального перемещения f2) .

Однако известный электронагреватель также не обеспечивает автоматическое регулирование мощности с целью поддержания заданной температуры воды при изменении ее расхода, так как отсутствует устройство, обеспечивающее перемещения электродов в зависимости от изменения расхода воды.

863 2 бок ввода расположен по одной оси со штоком, а пакет изоляционных пластин снабжен соединенным со штоком клапаном, выполненным в виде тарелки и полого, установленного подвижно в патрубке ввода стержня, в стенке которого выполнены диаметрально противоположные прямоугольные отверстия, высота которых равна высоте электродов, а ширина выбрана в соответствии с формулой

Qdc где б — внутренний диаметр полого цилиндрического стержня, 4 мэ — высота электродов, м, п1 — масса пакета диэлектрических пластин, погруженных в воду, кг;

g — наибольший расход воды, м /с, С = 3,15 с кг /м — потоянный

1(2 коэффициент.

На фиг. 1 показан электродный нагреватель текучих сред (нижнее предельное положение тарельчатого клапана), продольный разрез, на фиг. 2 — то же, верхнее предельное положение клапана; на фиг. 3 — тарельчатый клапан, продольный раз-, рез, на фиг. 4 — разрез А-А на фиг. 3.

Электродный нагреватель содержит пластинчатые электроды 1 и диэлектрические пластины 2, которые собраны в виде многопластинчатых пакетов. С помощью штока 3 диэлектрические пластины соединены с клапаном 4. Он состоит из тарелки 5, выполненной из электроизоляционного материала, и полого цилиндрического стержня 6, который размещен во входном патрубке 7 и имеет возможность перемещаться в нем. В стенке цилиндрического стержня 6 с диаметрально против оположных с торон сделаны прямоугольные отверстия 8, по высоте равные высоте электродов, а ширина их определяется выражением

6.Я" где 3 — внутренн и диаметр полого цилиндрического стержня, м, - высота электродов, м;

m . — масса пакета диэлектрических пластин, погруженных в воду, кг;

1117863, 2 где ;=1, 10

9н= . 9„, (7) 20

35

Р АЬ (2) 55

1 27 (5) з

g — наибольший расход воды, м "/с;

С = 3,15 с кг /м — постоянный

112 г коэффициент.

Диэлектрические пластины связаны с тарельчатым клапаном, размещенным подвижно во входном патрубке и имеющим полый стержень с прямоугольными отверстиями в стенке. При некотором расходе Q<„) вода из входного патрубка проходит через указанные отверстия и динамический напор F поднимает пластины вверх. Они занимают такое положение, когда Р уравновешивается силой Г2, надрав- 15 ленной вниз (масса подвижной части).

Покажем что в любом положении под) вижных пластин сохраняется неизменная температура нагретой воды— (21

Известно, что р

Ен= са Ех 7 (!)

1 где P ;> — мощность, потребляемая водонагревателем;

С, Ц; — теплоемкость и расход воды в

8@ — температура холодной воды (на входе в водонагреватель) .

В свою очередь для нагревателей с плоскопараллельными электродами потребляемая мощность зависит от высоты электродов 11;, не закрытых диэлектрическими пластинами где А — постоянная нагревателя, зависящая от напряжения сети, ширины электродов и расстоя40 ния между ними.

На тарельчатый клапан действует динамический напор (3) 45 где (— коэффициент местного.сопротивления, — скорость истечения воды из прямоугольного отверс- .50 тия шириной 3 и высотой h ..

Из гидравлики известно

7 .(4)

Запишем уравнение равновесия — поднимающие усилия, действующие на подвижную часть; = п1 — масса подвижной части, погруженной в воду; о — диаметр стержня клапана.

Подставляя (4) в (3), а затем в (5), находим уравнение высоты подъема подвижных пластин при 1 -м расходе

Я .1н (6)

m Ф

Подставив (6) в (2), а затем в (1), находим

Из уравнения (7) видно, что температура нагретой воды не зависит от расхода, что и требовалось доказать.

Все входящие в уравнение (7) величины — постоянные конструктивные параметры. с%

Так как геометрические размеры электродов выбираются по максимальному расходу и заданной .температуре нагретой воды, то наибольшая высота, электродов и, следовательно, прямоугольного отверстия — известные величины. Тогда из уравнения (6) находим выражение для ширины отверстия

0, которое приводится в формуле изобретения.

Устройство работает следующим образом.

Температура воды на выходе из электроводонагревателя зависит от расхода потребляемой воды. Для поддержания заданного ее значения мощность электроводонагревателя регулируется при помощи тарельчатого клапана 4.

Нижнее его предельное положение(фиг. 1) характеризуется отсутствием расхода потребляемой воды. При этом электроды 1 полностью перекры-, ваются диэлектрическими пластинами

2 и мощность электроводонагревателя равна нулю.

Верхнее предельное положение тарельчатого клапана 4 (фиг. 2) характеризуется расходом, рассчитан-. ным на максимальное потребление воды. В этом случае диэлектрические пластины 2 перемещаются вверх на высоту, равную высоте прямоугольных отверстий 8 в стенке цилиндрического стержня. В этом положении электроды полностью открыты (не перекрываются диэлектрическими пластинами), в результате чего в электронагревателе выделяется наибольшая мощность.

При любом другом расходе воды, меньшем максимального, разность дав— лений в полом цилиндрическом стержне 6 и в электроводонагревателе создает силу, которая поднимает тарельчатый клапан 4 вверх, а следователь но, и диэлектрические пластины 2 в промежуточное положение. В этом случае электроды 1 перекрываются диэлектрическими пластинами 2 частично и в электродном нагревателе выделя— ется мощность, необходимая для под17863 6

44 держания заданной температуры воды при этом частичном расходе.

Таким образом, благодаря такой заЬ висимости мощности нагревателя от

5 положения тарельчатого клапана 4 (диэлектрических пластин 2), температура воды на .выходе из электроводонагревателя остается практически постоянной и не зависит от изменения ее расхода.

Использование изобретения в электродном нагревателе воды, например, мощностью до 10 .кВт и с изменением расхода воды от 10 до

500 л/ч позволит снизить стоимость, установки и расход электроэнергии на 15-20Х за счет исключения из схемы измерительных, усилительных и исполнительных органов традиционных средств автоматизации, а также за счет плавного и непрерывного регулирования потребляемой мощности.

Фиг.2

1117863

А-А фиг. М

Составитель Н. Писаревская

Редактор О. Бугир Техред M.Tåïåð . Корректор С. Шекмар

Заказ 7279/44 Тираж 782 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по-делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4