початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2290572

Нагрівач ТЕКУЧОГО СЕРЕДОВИЩА

Ім'я винахідника: Лісняк Станіслав Панасович (RU); Нікольський В'ячеслав Павлович (RU); СОН Бінго КІН
Ім'я патентовласника: Нікольський В'ячеслав Павлович (RU); Лісняк Станіслав Панасович
Адреса для листування: 690001, м.Владивосток, вул. Пушкінська, 37, ДВГТУ, патентний відділ, М.І. Звонарьову
Дата початку дії патенту: 2005.04.19

Винахід може бути використано для нагріву рідин, що подаються за допомогою трубопроводів (в побуті або різних областях промисловості), а й при експлуатації трубопровідних транспортних систем. Завдання: підвищення робочого ресурсу нагрівача і зниження залежності ефективності його роботи від якості водопідготовки. Сутність: нагрівач текучого середовища містить корпус, в порожнині якого розміщені співвісно розташовані з зазором електроди, зовнішнім з яких охоплено внутрішній, що підводить і відводить камери, розташовані на кінцях корпусу. Електроди виконані з хімічно інертного провідного матеріалу, наприклад на основі вуглецю, при цьому корпус, що підводить і відводить камери виконані з діелектричного матеріалу, зовнішній електрод без зазору закріплений на внутрішній поверхні корпусу, причому розміри поперечного перерізу його внутрішньої поверхні монотонно змінюються по його довжині, крім того, розміри поперечного перерізу внутрішнього електрода, зверненої до зовнішнього електрода, монотонно змінюються по його довжині, при цьому внутрішній електрод встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення в порожнині зовнішнього електрода, при цьому підводить камера забезпечена засобом для перетворення поступального руху рідини в обертальний, а відводить камера забезпечена засобом для перетворення обертального руху рідини в поступальний. Крім того, в якості засобу для перетворення поступального руху рідини в обертальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус підводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний зі зворотним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з прийомним отвором корпуса нагрівача, при цьому в якості засобу для перетворення обертального руху рідини в поступальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус відводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний з вхідним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з випускним отвором корпуса нагрівача, причому стінки равликів розміщені по спіралі, наприклад, Паскаля або Архімеда. Крім того, конусність зовнішнього електрода менше конусности внутрішнього електрода. Крім того, внутрішній електрод виконаний у вигляді облицювання конічного наконечника, закріпленого на одному кінці штока, другий кінець якого забезпечений різьбленням і розміщений в забезпеченому аналогічної різьбленням отворі, співвісно з поздовжньою віссю електродів, виконаному в торцевій стінці відвідної камери, поздовжня вісь електродів розміщена вертикально, при цьому в торцевій стінці підводить камери виконаний отвір, закрите знімним піддоном.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до пристроїв для нагрівання протікає через них текучого середовища і може бути використано для нагріву рідин, що подаються за допомогою трубопроводів (в побуті або різних областях промисловості), а й при експлуатації трубопровідних транспортних систем.

Відомі нагрівачі текучого середовища, виконані як трубчасті електронагрівачі (ТЕНи) для нагріву рідин і повітря (див. Електротехнічний довідник, т.3, кн.2. М .: Вища школа, 1988, розділ 53.1).

Коефіцієнт корисної дії таких нагрівачів складає від 68 до 90% в залежності від конструктивного виконання і терміну служби. Термін служби таких нагрівачів НЕ перевищує 3000 год, а питома поверхнева потужність для рідини не повинна перевищувати 10 ... 12 Вт / см, в іншому випадку термін експлуатації падає в квадратичної залежності, і абсолютно неприпустимо включення «сухого» нагрівача.

Відомий і нагрівач текучого середовища, що містить корпус, в порожнині якого розміщені співвісно розташовані з зазором електроди, зовнішнім з яких охоплено внутрішній, що підводить і відводить камери, розташовані на кінцях корпусу. До таких пристроїв відносяться електродні водогрійні котли різної потужності від 25 до 1000 кВт (пат. РФ №2189541, Кл. F 24 Н 1/20, 2002). Нагрівання відбувається за рахунок проходження електричного струму в воді між електродами, фазним і нульовим (антіелектродом). Перевагою таких котлів є їх дуже високий ККД до 98%. Термін служби таких котлів при регулярному забезпеченні якісної водопідготовки практично не обмежений. Габарити таких котлів багаторазово нижче ТЕНових котлів, тому що допустима питома поверхнева потужність їх складає близько 400 Вт / см.

До недоліків відомого пристрою відноситься необхідність застосування циркуляційних насосів, необхідність водопідготовки для приведення води до необхідних фізичним властивостям, в іншому випадку неминуче утворення накипу на електродах (що приводить до різкого зростання енергоспоживання і / або виходу нагрівача з ладу) і загальне забруднення води продуктами електрохімічних процесів в воді. Нагрівачі котлів цього типу являють собою в загальному випадку трубчасті коаксіальні (співвісні) двохелектродні конструкції, в яких зовнішній електрод-труба підключений до нульового потенціалу мережі, а внутрішній стрижень підключений до фазного потенціалу мережі. Всі нагрівачі, як правило, виготовляються з звичайних конструкційних сталей. Більшість таких котлів забруднюють систему солями і продуктами звичайної корозії металу, що призводить при нерегулярному обслуговуванні до подвоєння, а то і учетверенное споживаної потужності. Щоб уникнути таких ускладнень розробники застосовують спеціальні стандартизовані рідини і складні електронні схеми управління, вартість яких на порядок і більше перевищує вартість власне самого котла.

Розв'язувана технічна задача - підвищення робочого ресурсу нагрівача і зниження залежності ефективності його роботи від якості водопідготовки.

Технічний результат, що отримується при вирішенні поставленого завдання, виражається в підвищеній стабільності теплоенергетичних показників роботи нагрівача, виключення необхідності використання складних електронних схем управління, простоті конструкції, виключення можливості забруднення системи опалення або каналів для прокачування теплоносія, будь-якого іншого пристрою (до яких підключений нагрівач ) солями і продуктами корозії металу, тим самим зниження експлуатаційних витрат.

Для вирішення поставленого завдання нагрівач нагрівач текучого середовища, що містить корпус, в порожнині якого розміщені співвісно розташовані з зазором електроди, зовнішнім з яких охоплено внутрішній, що підводить і відводить камери, розташовані на кінцях корпусу, відрізняється тим, що електроди виконані з хімічно інертного провідного матеріалу, наприклад на основі, вуглецю, при цьому корпус, що підводить і відводить камери виконані з діелектричного матеріалу, зовнішній електрод без зазору закріплений на внутрішній поверхні корпусу, причому розміри поперечного перерізу його внутрішньої поверхні монотонно змінюються по його довжині, крім того, розміри поперечного перерізу поверхні внутрішнього електрода, зверненої до зовнішнього електрода, монотонно змінюються по його довжині, при цьому внутрішній електрод встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення в порожнині зовнішнього електрода, при цьому підводить камера забезпечена засобом для перетворення поступального руху рідини в обертальний, а відводить камера забезпечена засобом для перетворення обертального руху рідини в поступальний. Крім того, в якості засобу для перетворення поступального руху рідини в обертальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус підводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний зі зворотним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з прийомним отвором корпуса нагрівача, при цьому в якості засобу для перетворення обертального руху рідини в поступальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус відводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний з вхідним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з випускним отвором корпуса нагрівача, причому стінки равликів розміщені по спіралі, наприклад, Паскаля або Архімеда. Крім того, конусність зовнішнього електрода менше конусности внутрішнього електрода. Крім того, внутрішній електрод виконаний у вигляді облицювання конічного наконечника, закріпленого на одному кінці штока, другий кінець якого забезпечений різьбленням і розміщений в забезпеченому аналогічної різьбленням отворі, співвісно з поздовжньою віссю електродів, виконаному в торцевій стінці відвідної камери, поздовжня вісь електродів розміщена вертикально, при цьому в торцевій стінці підводить камери виконаний отвір, закрите знімним піддоном.

Порівняльний аналіз ознак заявленого рішення з ознаками прототипу і аналогів свідчить про відповідність заявленого рішення критерію "новизна".

Ознаки відмінною частини формули винаходу забезпечують вирішення наступних функціональних завдань:

Ознаки «... електроди виконані з хімічно інертного провідного матеріалу, наприклад, на основі вуглецю» забезпечують тривалий термін служби пристрою і стабільність в часі його робочих характеристик, виключає потрапляння в рідину - робочий агент продуктів їх електроерозійного руйнування.

Ознаки «... корпус, що підводить і відводить камери виконані з діелектричного матеріалу» підвищують електробезпека пристрою.

Ознаки «... зовнішній електрод без зазору закріплений на внутрішній поверхні корпусу» забезпечують конструктивну міцність пристрою і роблять управління глибшим, оскільки переміщення електрода визначає гідродинамічні умови всього потоку рідини, що проходить через нагрівач.

Ознаки «... розміри поперечного перерізу його (тобто зовнішнього електрода) внутрішньої поверхні монотонно змінюються по його довжині, крім того, розміри поперечного перерізу внутрішнього електрода, зверненої до зовнішнього електрода, монотонно змінюються по його довжині» визначає той факт, що «робочі» поверхні електродів можуть бути або конічними, або пірамідальними, що, в свою чергу, дозволяє легко вирішити проблему регулювання потужності нагрівача шляхом зміни величини міжелектродного зазору, за рахунок надання рухливості внутрішнього електроду. Крім того, одночасно з'являється можливість регулювання гідродинамічних характеристик потоку рідини, що проходить через нагрівач, що важливо з позицій очищення поверхонь електродів від накипу.

Ознаки «... внутрішній електрод встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення в порожнині зовнішнього електрода забезпечують регулювання робочого зазору між електродами, крім того, поступовий знос матеріалу електродів легко компенсується рухливістю внутрішнього електрода.

Ознаки «... підводить камера забезпечена засобом для перетворення поступального руху рідини в обертальний, а відводить камера забезпечена засобом для перетворення обертального руху рідини в поступальний» забезпечують перетворення ламінарного потоку рідини на вході в нагрівач у вращательно-поступальний (в міжелектродному просторі) і зворотне перетворення потоку в ламінарний на виході нагрівача, що сприяє підвищенню ефективності зачистки поверхонь електродів, а й сприяє додатковому нагріванню води за рахунок її обертального руху в трубі, а потім її кінетичного гальмування на виході з нагрівача.

Ознаки другого пункту формули винаходу конкретизують конструктивне виконання підводить і відводить камер.

Ознаки третього пункту формули винаходу забезпечують можливість підвищення швидкості руху потоку рідини у верхній частині за рахунок зменшення товщини зазору, що частково компенсує ефект зниження швидкості потоку через збільшення периметра зазору в міру руху потоку до відвідної камері.

Ознаки четвертого пункту формули винаходу розкривають конкретний варіант вирішення ознаки «рухливість внутрішнього електрода».

Ознаки п'ятого пункту формули винаходу забезпечують видалення накипу (твердих частинок) з рідини.

Заявлений рішення ілюструється кресленнями.

	На фіг.1 показаний вертикальний розріз через нагрівач; на фіг.2 показаний приклад роботи нагрівача в рамках системи обігріву; на фіг.3-5 показані розрізи, відповідно, через що підводить камеру, поперек нагрівача і через відвідну камеру.

На кресленнях показані корпус 1, міжелектродний зазор 2, зовнішній 3 і внутрішній 4 електроди, що підводить 5 і відводить 6 камери, розташовані на кінцях корпусу 1, внутрішня поверхня 7 корпусу 1, внутрішня поверхня 8 зовнішнього електрода 3, поверхня 9 внутрішнього електрода 4, звернена до зовнішнього електрода 3, облицювання 10 конічного наконечника 11, шток 12, забезпечений різьбленням 13 і розміщений в забезпеченому аналогічної різьбленням отворі 14, співвісно з поздовжньою віссю 15 корпусу 1 і електродів 3 і 4, виконаному в торцевій стінці 16 відводить камери 6. Крім того , показані засіб для перетворення поступального руху рідини в обертальний і засіб для перетворення обертального руху рідини в поступальний, виконані у вигляді циклонів, що містять дискообразний корпус (який є одночасно корпусом відповідної камери), в порожнині якого виконана равлик у вигляді спіральної стінки 17 (розміщеної по спіралі , наприклад, Паскаля або Архімеда), при цьому дискообразний корпус забезпечений тангенціальним патрубком 18 і осьовим отвором 19, виконаним в торцевій стінці 20 відповідної камери, зверненої до корпусу 1. Причому осьовий отвір 19 підводить камери 5 пов'язано з прийомним отвором 21 корпусу 1, а осьовий отвір 19 відводить камери 6 пов'язано з випускним отвором 22 корпусу 1. Крім того, тангенціальний патрубок 18 відводить камери 6 пов'язаний з вхідним трубопроводом 23 системи опалення 24, а тангенціальний патрубок 18 підводить камери 5 пов'язаний зі зворотним трубопроводом 25 системи опалення.

Крім того, показані клеми 26 електродів, підключення до джерела струму 27.

Зовнішній 3 і внутрішній 4 електроди, виконані з хімічно інертного провідного матеріалу, наприклад на основі вуглецю (вуглецю або графіту), корпус 1, що підводить 5 і відводить камери 6 виконані з діелектричного матеріалу, наприклад, кераміки, углепласта або поліпропілену, при цьому для матеріалу корпусу і відводить камери важлива термостійкість.

Зовнішній електрод 3 (використовуваний як нульовий) являє собою трубу в формі усіченого конуса з невеликим кутом конусності (2-6 градусів). Він без зазору закріплений на внутрішній поверхні корпусу 1 (наприклад, запресований) і забезпечений клемою 26 для підключення до джерела змінного струму 27 змінної частоти (в якості якого використовують пристрій відомої конструкції, забезпечене захисною автоматикою, яка працює за відомою схемою, що забезпечує відключення нагрівача при небезпечних витоках струму). Внутрішній електрод 4 (фазний електрод) виконаний у вигляді конічної облицювання 10, зафіксованої на поверхні конічного наконечника 11 зі штоком 12, причому конусність облицювання на 2-8 ° більше, ніж конусність зовнішнього електрода 3, обидва електроди сосни один одному і поздовжньої осі 15, при цьому підстави конусів, що утворюють їх робочі поверхні, розміщені з одного боку (з боку відводить камери 6). Доцільно, щоб уникнути електрохімічної корозії конічного наконечника 11 і штока 12, забезпечити їх відповідним покриттям з хімічно інертного матеріалу, по крайней мере, ділянок, що знаходяться в контакті з рідиною і не несучих електрод. В принципі поверхню електродів, що є конічної, оптимальна, хоча за основу може бути взята і рівнобічна піраміда (при цьому шток 12 повинен переміщатися поступально). Кінець штока 12, який виступає з корпусу 1, має «баранчиком» 28 з діелектричного матеріалу і клемою 26.

Циклони, які використовуються як засіб для перетворення поступального руху рідини в обертальний і засіб для перетворення обертального руху рідини в поступальний, конструктивно однакові і відрізняються лише розмірами осьових отворів, крім того, корпус циклону, що є підводить камерою 5, додатково містить отвір 29, виконане в торцевій стінці 30 підводить камери, нормально закрите знімним піддоном 31 (виконаним у вигляді склянки з фланцями, що закріплюється різьбових з'єднань на торцевій стінці 30).

Пристрій працює наступним чином

Монтують систему обігріву, наприклад, як показано на фіг.2 (при цьому вхідний трубопровід 23 системи опалення 24 підключають до баку-акумулятора 32, що знаходиться в найвищій точці системи, який, в свою чергу, пов'язують з теплообмінниками 33, вихід останнього з них за допомогою зворотного трубопроводу 25 пов'язують з тангенціальним патрубком 18 підводить камери 5. Нагрівач розташовують так, щоб його поздовжня вісь 15 була вертикальна. Далі монтують заземлення 34 системи опалення 24 і нагрівача (підключений до клеми 26 зовнішнього електрода 3).

Після заповнення опалювальної системи, при включенні джерела змінного струму 27, на електроди 3 і 4 подається електрична напруга.

При проходженні електричного струму по рідинного проміжку, Міжелектродні зазору 2 виділяється енергія примусової дисоціації і рекомбінації молекул і асоціатів (кластерів) води. Нагріта вода, піднімаючись вгору по корпусу нагрівача, ініціює циркуляцію у всій системі.

З кожним циклом нагрівання вода, потрапляючи на вхід нагрівача, за рахунок термо- і гідродинамічних процесів прискорюється на 10 ... 18% після першого імпульсу включення. При досягненні температури приблизно в 60 ° С процес починає набувати лавиноподібний характер зі збільшенням тиску на виході з нагрівача до 30 м водяного стовпа без застосування циркуляційних насосів.

Сужающееся межелектродное простір забезпечує зменшення площі його горизонтального перетину від вершин конусів до їх підстав. Прямолінійний рух рідини перетворюється в обертальний в підводить камері, канал якої виконаний у формі равлика Паскаля або спіралі Архімеда, і триває як вращательно-поступальний при її русі вгору по Міжелектродні зазору 2, причому з лінійним і кутовим прискореннями через зменшення його перетину. В інтегральному вигляді цей рух відбувається по спіралі з двома прискореннями. При досягненні рідини відводить камери через її великого обсягу відбувається деяке динамічне гальмування з додатковим виділенням теплової енергії. Таким чином, звужується форма межелектродного простору виконує функцію термодинамічної насоса.

Одночасно забезпечується гідродинамічний очищення електродів 3 і 4 від солей інтенсивним вихровим рухом рідини.

Гаряча вода потрапляє в бак-акумулятор 32, звідки самопливом потрапляє в теплообмінники 33, де віддає своє тепло і далі надходить до тангенціальному патрубку 18 підводить камери 5. Далі все повторюється.

Для настройки нагрівача внутрішній електрод переміщають в ту чи іншу сторону вздовж осі 15, що дозволяє при зміні зазору між електродами всього на 1 мм по радіусу змінювати потужність нагрівача більш ніж на 20% в ту або іншу сторони без зміни площі електродів.

Такий нагрівач дозволяє довести ККД опалювальної системи до 100%.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Нагрівач текучого середовища, що містить корпус, в порожнині якого розміщені співвісно розташовані з зазором електроди, зовнішнім з яких охоплено внутрішній, що підводить і відводить камери, розташовані на кінцях корпусу, що відрізняється тим, що електроди виконані з хімічно інертного провідного матеріалу, наприклад на основі вуглецю, при цьому корпус, що підводить і відводить камери виконані з діелектричного матеріалу, зовнішній електрод без зазору закріплений на внутрішній поверхні корпусу, причому розміри поперечного перерізу його внутрішньої поверхні монотонно змінюються по його довжині, крім того, розміри поперечного перерізу внутрішнього електрода, зверненої до зовнішньому електроду, монотонно змінюються по його довжині, при цьому внутрішній електрод встановлений з можливістю зворотно-поступального переміщення в порожнині зовнішнього електрода, при цьому підводить камера забезпечена засобом для перетворення поступального руху рідини в обертальний, а відводить камера забезпечена засобом для перетворення обертального руху рідини в поступальний.

2. Нагрівач по п.1, що відрізняється тим, що в якості засобу для перетворення поступального руху рідини в обертальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус підводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний зі зворотним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з прийомним отвором корпуса нагрівача, при цьому в якості засобу для перетворення обертального руху рідини в поступальний використаний циклон, корпус якого використаний як корпус відводить камери, його тангенціальний патрубок пов'язаний з вхідним трубопроводом системи опалення, а його осьовий отвір пов'язано з випускним отвором корпуса нагрівача, причому стінки равликів розміщені по спіралі, наприклад, Паскаля або Архімеда.

3. Нагрівач по п.1, що відрізняється тим, що внутрішній електрод виконаний у вигляді облицювання конічного наконечника, закріпленого на одному кінці штока, другий кінець якого забезпечений різьбленням і розміщений в забезпеченому аналогічної різьбленням отворі, співвісно з поздовжньою віссю електродів, виконаному в торцевій стінці відводить камери.

4. Нагрівач по п.1 або 3, який відрізняється тим, що конусність зовнішнього електрода менше конусности внутрішнього електрода.

5. Нагрівач по п.1, що відрізняється тим, що поздовжня вісь електродів розміщена вертикально, при цьому в торцевій стінці підводить камери виконаний отвір, закрите знімним піддоном.

Версія для друку
Дата публікації 29.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів