WO2012105864A1 - Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation - Google Patents
Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012105864A1 WO2012105864A1 PCT/RU2011/000066 RU2011000066W WO2012105864A1 WO 2012105864 A1 WO2012105864 A1 WO 2012105864A1 RU 2011000066 W RU2011000066 W RU 2011000066W WO 2012105864 A1 WO2012105864 A1 WO 2012105864A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heating chamber
- conductive fluid
- heat
- heating
- specified
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D1/00—Steam central heating systems
- F24D1/02—Steam central heating systems operating with live steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
- F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
- F22B1/284—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in reservoirs
- F22B1/285—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in reservoirs the water being fed by a pump to the reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D10/00—District heating systems
- F24D10/003—Domestic delivery stations having a heat exchanger
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
Definitions
- the invention relates to the field of energy, and in particular to methods and technical means for heating and pumping conductive fluids, and can be used in electrode steam pumps (heart rate monitors) designed for pumping and pumping conductive fluids in heating systems and hot water supply, in various production processes, in particular, in chemical production, as well as in various machines and installations for special purposes.
- electrode steam pumps heart rate monitors
- the invention also relates to a power system, namely to heat-generating plants and can be used in heating systems and hot water supply of buildings and structures, as well as in various production processes, machines and plants.
- a known method of heating and injection of a conductive fluid using an electrode sealed heating chamber with inlet and outlet check valves including heating the source conductive fluid to a boil with the formation of steam above the conductive fluid, displacing the heated conductive fluid into the discharge line through the outlet of the specified chamber and the exhaust check valve under the influence of the pressure of the specified pair with the power off of the electrodes of the heating chamber after being displaced from after days of liquid, condensation of steam with the formation of a vacuum in the heating chamber and filling the source of conductive fluid from the line of its supply to the heating chamber through the inlet of the last and inlet check valve under the influence of the specified discharge, and the above-mentioned heating of the source of conductive fluid is carried out by passing electric current through it, passing between the electrodes of the heating chamber, while controlling the on and off power of these electrodes is carried out at using a control electrode located in a heating chamber, which is configured to adjust the level of its inlet and outlet openings relative to the bottom of said chamber (USSR copyright certificate Jfe
- the disadvantage of this method is the difficulty of controlling the working electrodes and the difficulty of controlling the temperature and flow rate of the liquid in the discharge line.
- the closest in technical essence to the claimed method is the prototype method of heating and injecting conductive liquid, for example, water using a sealed electrode heating chamber with a vertical or close to vertical tubular body, inlet and outlet check valves, zero electrode and at least , one internal phase electrode, including passing an alternating electric current between the zero and phase electrodes through located in the heating chambers f conductive liquid with heating of the latter to a boil with the formation of steam over the conductive fluid, displacement of the heated conductive fluid from the heating chamber to the discharge line through the outlet Check valve under the influence of steam pressure, condensation of steam in the heating chamber with the formation of a vacuum in the latter and filling the heating chamber with conductive fluid through the inlet check valve under the action of the specified vacuum (USSR copyright certificate N ° 1820046, IPC 5 F04F 1/04, publ. 06/07/1993).
- conductive liquid for example, water using a sealed electrode heating chamber with a vertical or close to vertical tubular body, inlet and outlet check valves, zero electrode and at least , one internal phase
- a device for implementing the method of heating and injection of conductive fluid containing filled with conductive fluid sealed electrode heating chamber with a vertical housing, bottom, cover, phase, zero and control electrodes connected to its lower part with the supply line of the source conductive fluid through a vertical inlet pipe and inlet non-return valve and with a discharge line of heated conductive fluid - through the vertical outlet pipe and the outlet valve, the upper ends of said nozzles are located above the bottom of the heating chamber, which is adapted to adjust the level of the upper ends of said pipes with respect to its bottom (the above mentioned USSR Inventor's Certificate N ° 1532776).
- a disadvantage of the known device is the complexity of its design and the resulting low reliability.
- the closest in technical essence to the claimed device is a prototype device for heating and injecting conductive liquid, for example, water, containing a sealed electrode heating chamber filled with conductive liquid with a vertical or close to a vertical tubular body, bottom, cover, at least one an internal phase electrode and an outlet, connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid and the lower part - through its outlet and outlet check valve with a discharge line of heated conductive fluid, while the casing of the heating chamber serves as a zero electrode (USSR author's certificate N ° 1820046 mentioned above).
- conductive liquid for example, water
- the phase electrode passes along the entire height of the heating chamber, which leads to the following disadvantages of the prototype.
- the process of heating the liquid in this device is carried out simultaneously in the entire volume of the conductive liquid filling the working cavity of the heating chamber, which requires a lot of time to heat the liquid to the boiling point necessary to start vaporization and subsequent displacement of the liquid from the heating chamber to the discharge line.
- the low heating rate of the liquid leads to a low frequency of operating cycles in the heating chamber and, accordingly, a low volumetric flow of heated fluid to the discharge line (i.e. low productivity of the device, like a pump), which limits the scope of the known device.
- the outlet of the heating chamber is located above its bottom at a considerable distance from the latter, which reduces the reliability of the known device, since it creates the possibility of steam from the heating chamber to the discharge line.
- the latter causes an undesirable pulsation of the pressure of the conductive liquid, which disrupts the normal operation of the device.
- a common disadvantage of the known methods of heating and injection of a conductive fluid and known devices for heating and injection of a conductive fluid are also large losses of heat released into the environment through the structural elements of the heating chamber, in particular through its body, bottom and cover. These heat losses lead to irrational energy costs for heating and injecting conductive fluid, reducing the efficiency and, accordingly, the efficiency of the device for heating and injecting conductive fluid.
- the technical essence is the heat-generating installation adopted for the prototype, mainly for heating, containing a heat exchanger and a device for heating and pumping a conductive fluid, for example, water, with a feed line for the source conductive fluid, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, and a line pumping a heated conductive fluid, the output of which is connected to the input of the heat exchanger, while the device for heating and forcing the current
- a driving fluid is designed as a fluid-filled conductive electrode hermetic heating chamber with a vertical tubular body serving as a zero electrode, a bottom, a lid, and a phase electrode located inside said body longitudinally with respect to the latter.
- the lower end of the phase electrode is located above the bottom of the heating chamber, and the outlet of the latter is located near the lower end of the phase electrode and at a distance from the bottom of the heating chamber, which is connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid, and the lower part through the exhaust check valve with the discharge line of the heated conductive fluid (USSR copyright certificate Ns 1751619, IPC 5 F24H 1/20, published on July 30, 1992).
- the unplaced part of the heated liquid remains, and therefore, the indicated zone of the heating chamber is an inoperative zone, and the energy used to heat the unplaced part of the liquid remaining in the bottom zone of the heating chamber is , in essence, unproductive (useless) costs and relate to losses that reduce the efficiency of work and, accordingly, the efficiency of the known heat-generating installation.
- the location of the outlet of the heating chamber near the lower end of the phase electrode and at a distance from the bottom of the specified chamber reduces the reliability of the heat-generating installation, since it creates the possibility of breakthrough steam from the heating chamber to the discharge line when the voltage on the electrodes of the heating chamber rises above a predetermined value / or the magnitude of the current between them.
- the latter causes an undesirable pulsation of the pressure of the conductive fluid, which disrupts the normal operation of the installation.
- the objective of the present invention is to increase the efficiency of the process of heating and injection of a conductive fluid and to increase the efficiency and reliability of the device for heating and injection of a conductive fluid, and thereby increase the efficiency and reliability of the heat generating installation in which the specified device is used, while reducing weight and dimensions specified installation.
- the mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
- S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber
- h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of termination of transmission of electric current through the conductive fluid
- V 3 the volume of phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive fluid at the time of termination of the passage of electric current through the conductive fluid;
- C is the specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
- At] is the magnitude of the temperature change in the heating chamber
- ⁇ 2 the magnitude of the change in temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive liquid not lower than its boiling point.
- the phase electrodes are placed in the heating chamber so that the lower ends of these electrodes are facing to the bottom of the heating chamber, wherein the electrodes perform phase with a total surface area of S 3, their lower ends being selected from the condition 0.4 ⁇ S3 / S ⁇ 0.9, and the distance h 3 m I wait for the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber to be set from the condition 0.10 ⁇ Pe / H ⁇ 0.35, where H is the height of the working cavity of the heating chamber, and the heating chamber is made with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 ⁇ H / d ⁇ 2.0.
- hydraulic back-up is created by throttling the flow of conductive fluid with the possibility of maintaining it in the heating chamber during ousting conductive fluid from it to a steam pressure injection line sufficient in magnitude for said ousting of conductive fluid.
- the electrodes of the heating chamber are provided with a power and control unit, and the heating chamber is equipped with a level sensor of conductive liquid installed in its upper part at a height relative to the bottom of the heating chamber, component 0.7-1.0 of the height of the working cavity of the latter, and connected by its output to the input of the specified power supply and control unit, which is configured to switching on and turning on the power of the phase electrodes upon receipt of a signal from the sensor about the passage of the specified sensor by the level
- the mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
- S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber
- h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of the aforementioned power failure of the phase electrodes;
- V 3 the volume of the phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive liquid at the time the level sensor is triggered to turn off the power of the phase electrodes;
- C is the specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
- ⁇ is the magnitude of the temperature change in the heating chamber
- ⁇ 2 is the magnitude of the change in the temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive fluid not lower than its boiling point.
- the heating chamber is configured to create in its bottom part of the zone of intense electric heating of the conductive liquid, located between the bottom of the heating chamber and the lower ends of the phase electrodes, for which the bottom of the heating chamber serves as a zero electrode, and the phase electrodes are placed in the heating chamber so that the lower ends of these electrodes are facing the bottom of the heating chamber, with the total surface area S 3 of the surface of the lower ends phase electrodes is selected from the condition 0.4 ⁇ Sa / S ⁇ 0.9, and the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber is set from the condition 0.10 Pe / N ⁇ 0.35, where N is the height of the working strip ty of the heating chamber, and the heating chamber is made with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 ⁇ H / d ⁇ 2.0.
- a booster throttle can be installed in the discharge line, located after the outlet check valve in the direction of the conductive fluid and close to the specified valve and made with a cross section tapering in the direction of the conductive fluid, while the hydraulic resistance of the retaining throttle is set to maintain the heating chamber in the process of displacing conductive fluid from it into the steam pressure injection line, sufficient in magnitude to indicate nnogo displacement conductive liquid.
- the latter When performing the specified external source of thermal energy in the form of an electric heater, the latter can be connected to its power source through a control thermostat, while a temperature sensor is installed on the bottom of the heating chamber, the output of which is connected to the input of the specified thermostat.
- outlet of the heating chamber is expediently made in the bottom of the latter, preferably on the axis of said chamber, or in the housing of the latter, adjacent to the bottom of the heating chamber.
- the heating chamber can be equipped with a heat-insulating casing, and the exhaust check valve can be made with the force of its opening, adjustable depending on the magnitude of the hydraulic resistance of the discharge line.
- the inner surface of the bottom of the heating chamber can be made conical with the apex of the cone facing down, while the outlet of the heating chamber and the conical surface of its bottom can be made, preferably coaxially with each other and with the housing of the heating chamber.
- the outlet check valve can be placed in the bottom of the heating chamber, preferably coaxially with the outlet of the latter, with the possibility of overlapping the outlet of the specified opening.
- the solution of the problem in relation to the invention relating to a heat generating installation is achieved by the fact that in a heat generating installation intended primarily for heating, and containing a heat exchanger and a device for heating and pumping a conductive fluid, for example, water, with a supply line of the source conductive fluid, the input of which is connected to the outlet of the heat exchanger, and the discharge line of the heated conductive fluid, the output of which is connected to the input of the heat exchanger, according to paragraph 16 of the formula invented
- a device for heating and injecting a conductive fluid is made according to any one of claims 5-15, and a liquid-liquid type heat exchanger with a heating circuit and a heated medium circuit connected to a heat-consuming device equipped with a hot coolant supply line and a line is used as a heat exchanger.
- the heating medium circuit is connected by its input and output, respectively, to the output of the said discharge line and to the input of the said supply line liquid, and the circuit of the heated medium is connected by its input and output, respectively, to the cold coolant drain line from the heat-consuming device and the hot coolant supply line to the heat-consuming device.
- the installation can be equipped with a storage tank with a gas cavity and a hydraulic cavity separated from the latter by means of a movable separator, which is located above the gas cavity and connected at its upper level through a vertically located channel to the aforementioned line for supplying the source conductive fluid close to the inlet return a valve of said device for heating and pumping a conductive fluid, wherein the movable separator of the storage tank may be in the form of a membrane or a piston, or a bellows.
- the installation can be equipped with a device for automatic gas removal, including a self-acting check valve, the input of which is connected to the internal cavity of the heating chamber of the device for heating and injection of conductive fluid at the upper level of the specified cavity, and an automatic gas vent connected to the output of the specified check valve by its inlet , which contains a horizontally located saddle with a hole for the passage of conductive fluid and a shutter mounted under the specified saddle ohm with the possibility of closing the last hole, while the mass, geometric shape and dimensions of the specified shutter are selected so as to ensure the open position of the specified valve when air or gaseous products come from the heating chamber.
- a device for automatic gas removal including a self-acting check valve, the input of which is connected to the internal cavity of the heating chamber of the device for heating and injection of conductive fluid at the upper level of the specified cavity, and an automatic gas vent connected to the output of the specified check valve by its inlet , which contains a horizontally located saddle with a hole for the passage of conductive fluid and a shutter mounted
- the installation can also be equipped with a device for automatic recharge of coolant, made in the form of a hydraulic accumulator, and a pressure stabilization device through which the device for automatic recharge of coolant is connected to the aforementioned supply line of the source conductive fluid, while the pressure stabilization device can be made, preferably, in the form of a bypass valve with the ability to maintain a given pressure in the specified line.
- the installation can be equipped with a safety valve connected to the internal cavity of the heating chamber and configured for a given maximum pressure in the specified cavity, as well as a safety valve connected to the discharge line and configured for a given maximum pressure in the latter.
- the installation can also be equipped with a sludge trap installed in the aforementioned line of injection of conductive fluid, and at the upper points of the said supply line of the source of conductive fluid can be installed automatic gas vents.
- temperature sensors the outputs of which connected to the said power and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes of the heating chamber when the temperature of the initial conductive liquid at the input of the supply line of the latter to the heating chamber or the temperature of the hot coolant in the supply line of the latter to the heat-consuming device exceeds a predetermined maximum value and with the possibility subsequent power-up of the phase electrodes of the heating chamber after lowering the specified temperature ref conductive and discharge the hot coolant fluid to a predetermined minimum value.
- a temperature sensor can be installed in a room heated with a heat-consuming device, the output of which is connected to the aforementioned power and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes of the heating chamber when the air temperature in the specified room rises above a predetermined maximum value and with the possibility of subsequent power-up of the phase electrodes of the heating chamber after reducing the specified air temperature to a predetermined minimum value.
- the installation can be equipped with a small-sized autonomous power source for the phase electrodes of the heating chamber connected to the power supply and control unit and designed for a given operating time of the heating chamber at sudden power failure of the main power source of these electrodes.
- the technical result obtained in the practical use of the invention is to reduce the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid, provided due to the intermittent power supply of the phase electrodes of the heating chamber with the termination and resumption of transmission of electric current through the conductive fluid, respectively, at the beginning of its displacement from the heating chamber and at the end of filling the heating chamber with conductive liquid, as well as by performing the bottom of the heating minutes massive chamber of a material with high specific heat and high thermal conductivity and capacity in the heating chamber is reversibly heat exchange between the conductive liquid and the bottom of said chamber to the inlet to the bottom of the heating chamber from an external low power a source of thermal energy of an amount of heat sufficient to maintain a temperature in the conductive liquid not lower than the boiling point of the specified liquid, and to ensure further displacement of the conductive liquid from the heating chamber after the cessation of transmission of electric current through it only with the help of the vapor pressure energy generated above the conductive liquid for account specified maintaining the temperature of the latter.
- the exclusion of electric heating of the conductive fluid during its displacement from the heating chamber after the cessation of transmission of electric current through the fluid provides the specified reduction in energy costs.
- the technical result is an increase in the volumetric supply of heated liquid to the discharge line (i.e., the productivity of a device like a pump), which is ensured by creating in the bottom part of the heating chamber between the bottom of the last and lower ends of the phase electrodes a zone of intense electric heating of the conductive liquid, allowing to reduce the time of heating the liquid to the boiling point necessary to start vaporization and subsequent displacement of the liquid from the heating chamber to the discharge line, which, in turn, allows you to increase the frequency of duty cycles in the heating chamber and, accordingly, the indicated volumetric flow of heated fluid into the discharge line.
- An increase in the volumetric supply of heated liquid at the device outlet (in the discharge line) is also ensured by the effective use of the entire working volume of the heating chamber in it, which is achieved by providing the possibility of displacing the conductive fluid from the entire working cavity of the heating chamber.
- an increase in the volumetric supply of heated liquid to the discharge line expands the scope of the device and, at the same time, reduces the specific cost of electricity for heating and injection of conductive fluid per unit volume (e.g. 1 m) of heated liquid coming from the heating chamber to the discharge line.
- the reduction of the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid is also achieved by eliminating the inherent in the prototype of the claimed device of irrational costs of electricity for heating and injection of conductive fluid lost due to the loss of heat leaving in the device known from the prototype into the environment through the walls of the heating chamber.
- the specified reduction in the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid achieved through the use of intermittent transmission of electric current through the conductive fluid, creating a reversible heat transfer process between the conductive fluid and the bottom of the specified chamber in the heating chamber with the supply of heat to the bottom of the heating chamber from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive fluid not lower than its boiling point, as well as by creating constant part of the heating zone an intensive electric heating chamber of conductive liquid and exclusion of heat leak through the heating chamber wall into the environment, according to the calculated data may be not less than 40% of the electricity consumption, which occur in the prior art of the claimed device.
- This provides a significant increase in the efficiency of the process of heating and injection of a conductive fluid and an increase in the operating efficiency and, accordingly, the efficiency of a device for heating and injection of a conductive fluid, thereby increasing the efficiency and efficiency of a heat generating installation in which the said device is the main working body.
- Another technical result is the elimination of the need for a place in the prototype of the claimed device for installing electrodes to the entire height of the heating chamber with a tight passage of the phase electrode through the cover and bottom of the heating chamber, which simplifies the design and manufacture of the device and reduces its weight and cost.
- This increases the reliability of the device by eliminating the inherent prototype of the possibility of violating the tightness of the bottom of the heating chamber at the passage through it of a phase electrode.
- the technical result is the exclusion during operation of the device for heating and injection of conductive fluid, the possibility of steam entering the discharge line of the heated conductive fluid and the elimination of the undesirable pressure pulsation in the specified line, which also improves the reliability of the specified device and, accordingly , increasing the reliability of the heat generating installation.
- Providing the heat-generating installation with a device for automatically feeding coolant, a device for automatic gas removal, a pressure stabilization device, safety valves and a sludge trap enables efficient, safe and reliable operation of the installation in automatic mode without the presence of maintenance personnel.
- supplying the installation with a power and control unit and temperature sensors makes it possible to optimize the energy costs of the installation by automatically maintaining the set temperature of the coolant in the supply line of the source conductive fluid, and / or at the inlet of the heat-consuming device, and / or air temperature in a room heated by this heat-consuming device.
- supplying the installation with a small-sized autonomous power source, designed for a given time of operation of the heating chamber provides the possibility of operation of the installation during the specified time in the event of a sudden outage of the main power supply of the working electrodes of the heating chamber.
- the claimed device for heating and injecting a conductive fluid is used to implement the claimed method of heating and injecting a conductive fluid
- the method and device of the present invention taken together form a single inventive concept, since they are aimed at solving the same problem - increasing the efficiency of the heating and injecting conductive liquids and increasing the efficiency and reliability of the device for heating and pumping conductive liquid and allow one to obtain a different technical result is a reduction in the cost of electricity for heating and pumping a conductive fluid.
- these method and device meet the requirement of unity of invention.
- the claimed device is used as part of the whole in the claimed heat-generating installation and at the same time forms together with the latter a single inventive concept, since the use of the claimed device in the specified installation gives the latter positive technical qualities inherent in the claimed device, namely: increasing the efficiency and reliability of the proposed installation by increasing the efficiency and reliability of the work included as part of the whole claimed device, as well as reducing the mass and dimensions of the claimed installation by reducing the weight and dimensions of the claimed device.
- the specified device and installation also meet the requirement of the unity of the invention.
- FIG. 1 is a General view of a device for heating and pumping a conductive fluid
- FIG. 2 is an embodiment of the lower part of the heating chamber of the device with a discharge valve integrated in the bottom;
- - Fig.Z is a general view of a heat generating installation
- FIG. 4 is a section aa in Fig.Z;
- FIG. 5 is a device for automatic gas removal.
- a device for heating and injecting a conductive fluid comprises a sealed electrode heating chamber 1 (FIG. 1) with an internal working cavity 2 filled with a conductive fluid, for example, water, a tubular body 3 installed in a vertical or close to vertical position, bottom 4, a cover 5, an outlet 6, a zero electrode 7 and one or more phase electrodes 8.
- the zero electrode 7 is equipped with a zero terminal 9 connected to ground (not shown), and each of the phase electrode Ovs 8 is installed inside the housing 3 and mounted on a longitudinal electrode holder 10, equipped with a phase terminal 1 1 and an insulating sleeve 12.
- the heating chamber 1 is connected with its upper part through the inlet check valve 13 to the line 14 for supplying the initial conductive fluid, and the lower part through the outlet 6 x and an exhaust check valve 15 with a discharge line 16 for the injection of heated conductive fluid.
- the outlet 6 of the heating chamber 1 is made in the bottom 4 of the latter (Fig.2,3), preferably on the axis of the chamber 1, or in the housing 3 of the latter (Fig. 1) adjacent to the bottom 4 of the heating chamber 1.
- the cover 5 can be made of durable and heat-resistant dielectric material or metal.
- the heating chamber 1 is configured to intermittently power the phase electrodes 8, for which the electrodes 7 and 8 are equipped with a power supply and control unit 17, to which the zero 9 and phase 11 terminals of the indicated electrodes are connected, and the heating chamber 1 is equipped with a sensor 18 of a level of conductive liquid installed in its upper part at a height h relative to the bottom 4, comprising 0.7-1.0 height H of the working cavity 2 of the heating chamber 1, and p By connecting its output to the input of the power and control unit 17.
- the power and control unit 17 is configured to turn off and turn on the power of the phase electrodes 8 when a signal is received from the level sensor 18 that the level of the conductive liquid has passed through the specified sensor, respectively, when the conductive fluid is forced out of heating chamber 1 and when filling with the last conductive fluid.
- the power supply and control unit 17 is configured to supply the phase electrodes 8 with alternating electric current and may have one working phase “A” at its output (FIG. 3) - when one or more phase electrodes are installed in the heating chamber 1 for 8 s single-phase power supply or three working phases “A”, “B” and “C” - when three or more phase electrodes 8 with three-phase power are installed in the heating chamber 1.
- the minimum value of the indicated height h is set equal to 0.7 of the height H of the working cavity 2, taking into account the fact that with a decrease in height h below 0.7 N, the energy consumption for supplying the phase electrodes 8 sharply increases without a significant increase in the temperature of the conductive liquid and / or its bulk feed to the discharge line 16.
- the heating chamber 1 structural measures are provided that allow the conductive fluid to be displaced from the working cavity 2 in the absence of electrical heating of the conductive fluid, which takes place after the level sensor 18 is activated to turn off the power of the phase electrodes 8.
- the heating chamber 1 is designed to allow reverse heat exchange between the conductive liquid and bottom 4 with the transfer of heat from the conductive liquid to the bottom 4 in the process of passing an electric current through t conductive liquid until the level 18 sensor trips to turn off the power of the phase electrodes 8 and transfers heat in the opposite direction - from the bottom 4 to the conductive liquid when the level drops last after the level 18 sensor goes off to turn off the power of the phase electrodes 8.
- the bottom 4 is equipped with an external a source of thermal energy 19, the thermal power of which is several times less than the thermal power generated by passing current between the electrodes 7 and 8.
- the source 19 is preferably made in de flat electric heater mounted on the outer surface of the bottom 4 preferably from the bottom side of the latter.
- the bottom 4 is made massive of a material with high specific heat capacity and high thermal conductivity, and the mass of the bottom 4 when designing the device is set to the maximum possible value, based on the specified overall and weight parameters of the device.
- the mass of the bottom 4 and the specific heat of the material used for its manufacture, as well as the thermal power of the external heat source 19 are set on the basis of calculated and / or experimental data with the possibility of transferring from the bottom 4 to the conductive liquid enough heat to maintain the temperature of the specified liquid is not lower than its boiling point after the level sensor 18 is triggered to turn off the power of the phase electrodes 8 at the minimum energy consumption of the heat source 19 ii.
- Q K is the amount of heat accumulated in the housing 3, the cover 5, the phase electrodes 8 and their electrode on the holders 10 until the level sensor 18 responds to power off the phase electrodes 8;
- q is the amount of heat received by the bottom 4 from an external source of thermal energy 19 to maintain the temperature of the conductive liquid not lower than its boiling point;
- k the coefficient of heat loss determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation during heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber 1. According to the calculated data, the value of k ranges from 0.01-0.05 in depending on the degree of thermal insulation of the heating chamber 1.
- expression (1) takes the following form:
- ⁇ is the magnitude of the temperature change in the heating chamber 1;
- the mass of liquid included in expression (2) is determined by the expression:
- S is the cross-sectional area of the working cavity 2 of the heating chamber 1;
- V 3 is the volume of the phase electrodes 8 and parts of their electrode holders 10 located in the conductive liquid at the moment the level sensor 18 is triggered to turn off the power of the phase electrodes 8.
- the set value of the mass of the bottom 4 should correspond to the following condition:
- M d [(1 + k) (Sh-V 3 ) p C) K / c - (1 -k) M K ] / (l -k + At 2 / At. (4)
- the heating chamber 1 with one axial phase electrode 8 (Fig. 1), having a diameter and a cross-sectional area S of the cavity 2, respectively 90 mm and 6359 mm, a height H of the working cavity 2, equal to 170 mm, and a height h of installing the level sensor 18 relative to the bottom 4, equal to 150 mm, which is 0.88 N.
- the bottom 4 is made of steel with a specific heat capacity of 0.50 kJ / (kg ° C), and water with a density of 10 "6 kg / mm 3 and a specific heat capacity equal to 4.18 kJ / (kg ° C).
- the value of the change in temperature At in the heating chamber 1 will be set equal to 135 ° C, and the value of the change in temperature At 2 of the bottom 4 as a result of its heating from the source 19 is equal to 20 ° C. Substituting the specified parameters into expression (4) and taking the heat loss coefficient to equal 0.02, we find the required value of the mass of the bottom 4 for such a heating chamber - M d > 1, 52 kg.
- the heating chamber 1 is configured to create a bottom part zone 20 of intense electric heating of the conductive fluid located between the bottom 4 and the lower ends of the phase electrodes 8.
- the bottom 4 of the heating chamber 1 serves as the zero electrode 7 with or without the housing 3, and the phase electrodes 8 are placed in the heating chamber 1 so that the lower ends of the indicated electrodes face the bottom 4.
- the total surface area S 3 of the lower ends of the phase electrodes 8 is selected from the condition 0.4 ⁇ Sa S ⁇ 0.9
- the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 is specified from ovium 0.10 1 g / N ⁇ 0.35
- the heating chamber 1 is made with a cylindrical shape of its working cavity 2, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 ⁇ H / d ⁇ 2.0.
- the total surface area S 3 of the surface of the lower ends of the phase electrodes 7 is selected from the condition 0.4 ⁇ S 3 / S ⁇ 0.9, taking into account the fact that when S 3 ⁇ 0.4S, the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of chamber 1 decreases sharply, and when S 3 > 0.9S sharply increases the hydraulic resistance created by the phase electrodes 7 in the path of movement of the heated liquid and steam from the bottom zone 20 of intense electric heating of the conductive liquid to the upper part of the working cavity 2 of the chamber 1, which slows down the heat transfer process between the heated liquid in the zone 20, and colder liquid located above the phase electrodes 8, and ultimately also leads to a decrease in the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of the chamber 1 and, at the same time, to a decrease in the temperature of the liquid at the outlet of the device in the discharge line 16.
- the decrease in the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of the chamber 1 increases the time of heating the liquid to boiling and the time of displacement of the liquid from the cavity 2 to the discharge line 16, which leads to a decrease in the frequency of working cycles of displacement of the liquid from the chamber 1 and, accordingly, to a decrease in the volumetric supply of heated liquid to iniyu discharge 16.
- increased fluid heating time and the boiling time and the displacement fluid from the cavity 2 causes an increase in electricity consumption for heating and whipping the conductive liquid.
- the indicated decrease in the volumetric supply of heated liquid and an increase in the cost of electricity causes a decrease in the efficiency of the device.
- the height H and the diameter d of the working cavity 2 of the heating chamber 1 are set from the condition 1.0 ⁇ H / d ⁇ 2.0, taking into account that when H / d> 2.0, the replacement time of the cold conductive liquid located in the upper part of the working cavity 2, a hot conductive fluid rising from the area 20 of intensive heating of the conductive fluid, which, as well as at S 3 > 0.9S, slows down the heat transfer process between the heated fluid in zone 20 and the colder fluid above phase electrodes 8, and ultimately lead leads to a decrease in the rate of heating of the liquid in the working cavity 2 of the chamber 1 and, accordingly, to a decrease in the frequency of the operating cycles of displacing the liquid from the chamber 1 and the volumetric supply of heated liquid to the discharge line 16.
- a backup throttle 21 is installed in the discharge line 16, located downstream of the exhaust valve 15 conductive fluid and close to the specified valve.
- the throttle 21 is made in the form of a jet with a cross section tapering in the direction of movement of the conductive fluid. The taper angle of the tapering part of the throttle 21 and the diameter of the outlet opening next to the tapering part are selected by calculation and / or experimentally with the above-mentioned vapor pressure in the working cavity 2.
- the latter is connected to its power source (for example, to the mains) through a control thermostat 22, which serves to adjust the thermal power of the source 19.
- the thermostat 22 is equipped with a temperature sensor 23 mounted on the bottom 4 of the heating chamber 1 and connected by its output to the input of the thermostat 22.
- the most important structural parameters of the heating chamber 1 for carrying out the invention are the mass of the bottom 4 of the heating chamber 1, the height H and the diameter d of the working cavity 2, the ratio H / d, the height h at which the level sensor 18 is installed relative to the bottom 4, the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 of the heating chamber 1, the ratio of the total area S 3 of the lower ends of the phase electrodes 8 to the cross-sectional area S of the working cavity 2 of the chamber 1, containing the volume of the zone 20 intense electric heating, the entire volume of the working cavity 2 of the heating chamber 1 containing the conductive fluid, the wall thickness of the housing 3, the bottom of the 4th cover 5 of the heating chamber 1 if the specific heat capacity of the material from which the housing 3, the bottom 4 and the cover 5 are made.
- the heating chamber 1 is equipped with a heat-insulating casing 24, which reduces the cost of electricity for heating and injection of the conductive fluid, the conductivity of the conductive fluid, the specific heat of the material from which the bottom 4, the housing 3 and the cover 5 of the heating chamber 1, the hydraulic resistance of the outlet 6 of the heating chamber 1, exhaust valve 15, throttle 21 and discharge line 16, the magnitude of the opening force of the exhaust valve 15 and the above geometric parameters of the heating chamber 1, including the distance b e between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 of the chamber 1, are set with the expectation of ensuring a given temperature and / or pressure, and / or volumetric supply of conductive fluid to discharge line 16 with minimal energy consumption for heating the conductive fluid in the working cavity 2 of the heating chamber 1 and for pumping the specified fluid from the cavity 2 into the discharge line 16 at a given value hydraulic resistance to the flow of heated conductive fluid provided from the side of the discharge line 16.
- the heating chamber 1 is equipped with a heat-insulating casing 24, which reduce
- the exhaust valve 15 can be made with adjustable within the specified limits the force of its opening.
- the valve 15 can be configured to adjust the preload of its spring 25 (figure 2) due to the axial movement of the support 26 of the last using a rotating handle 27 connected by an axis 28 to a support 26, while the axis 28 has a threaded connection with the lower part of the housing 29 of the valve 15 and is equipped with a locking lock nut 30.
- the inner surface 31 (FIG. 2) of the bottom 4 can be made conical with the top of the cone facing downward, with the outlet 6 of the heating chamber 1 and the conical surface 31 the bottoms 4 are made coaxially with each other and with the housing 3 of the heating chamber 1.
- the exhaust valve 15 can be placed in the bottom 4, preferably coaxially with the outlet 6, with the possibility of overlapping them in 6 hole course.
- the electrodes 7 and 8 are made of stainless steel or any other electrically conductive material that is resistant to various types of aggressive conductive fluids and to all types of electrocorrosion (especially to intergranular corrosion), and the insulating sleeves 12 of the electrode holders 10 are made of dielectric structural material resistant to aggressive liquids and high temperature, for example, from fluoroplastic, polycrystalline polymers (according to iefirefirketon - tekapik) used at high temperatures (up to 300 ° C), etc.
- the housing 3 of the heating chamber 1 can be made cylindrical or with a different geometric shape.
- the housing 3 may be made with a cross section in the form of an ellipse or triangle, or rectangle, or polygon (not shown).
- the shape of the lower ends of the phase electrodes 8 can also be different, for example, round, ellipse, triangular, rectangular, polygonal, etc.
- the described device for heating and pumping a conductive fluid can be used for its intended purpose in the heat generating installation shown in Fig. 3, designed primarily for systems heating.
- said installation comprises the above-described device for heating and forcing a conductive liquid, for example, water, connected by lines 14 and 16 to a heat exchanger 32, to which a heat-consuming device 33 is also connected, made, for example, in the form of one or more heating radiators, boilers, heating and ventilation apparatus, underfloor heating, etc. and provided with a hot coolant supply line 34 and a cold coolant exhaust line 35.
- the heat exchanger 32 is made in the form of a dual-circuit non-contact liquid-liquid heat exchanger (for example, in the form of a surface heat exchanger countercurrent heat exchanger) with a heating circuit 36 and a heated medium circuit 37.
- the heating medium circuit 36 is connected by its input 38 and output 39, respectively, to lines 16 and 14, and the heated medium circuit (for example, water) 37 is connected by its input 40 and output 41, respectively, to lines 35 and 34.
- the installation is equipped with a storage tank 42 with a gas cavity 43 and separated from it by means of a movable separator 44, a hydraulic cavity 45, filled with a coolant in the form of a conductive fluid.
- the hydraulic cavity 45 is located above the gas cavity 43 and is connected at its upper level through a vertically located channel 46 to the line 14 for supplying the source conductive fluid close to the inlet check valve 13 of the said device for heating and forcing the conductive fluid, and the movable separator 44 of the storage tank 42 made in the form of a membrane or piston, or bellows.
- the installation is equipped with a device 47 for automatic gas removal, including a self-acting check valve 48 (figure 5), the input of which is connected to the inner cavity 2 of the heating chamber 1 of the device for heating and injection of conductive fluid at the upper level of the cavity 2, and an automatic gas vent 49 connected to its input to the outlet of the check valve 48.
- the valve 48 contains a horizontally located seat 50 with an opening 51 for the passage of gaseous products removed from the working cavity 2 of the chamber 1, and a shutter 52 mounted under the seat 50 with the possibility of overlapping the opening 51 of the latter, while the mass, geometric shape and dimensions of the shutter 52 are selected with in such a way that the valve 48 is open when air or gaseous products enter it from the cavity 2 of the heating chamber 1.
- the gas vent 49 is located at the minimum possible distance from the valve 48 and Gross, with the passage therethrough of the gaseous products in only one direction - from the valve 48 outlet to the output of the gazootvodchika 49 and does not allow permeation therethrough of air into the cavity 2 of the chamber 1 upon occurrence of discharge in the cavity 2.
- the installation is also equipped with a device 53 made in the form of a hydraulic accumulator for automatically feeding the circulation circuit of the installation with a coolant in the form of a conductive liquid.
- the device 53 is connected to line 14 through a pressure stabilization device 54, made in the form of a bypass valve (pressure reducer) with the ability to maintain a given pressure in line 14 due to the bypass of fluid from line 14 to a drain line (not shown).
- a pressure stabilization device 54 made in the form of a bypass valve (pressure reducer) with the ability to maintain a given pressure in line 14 due to the bypass of fluid from line 14 to a drain line (not shown).
- the pressure relief valve 55 is connected to the cavity 2 and the pressure relief valve 56 is connected to the line 14, while valves 55 and 56 are set to the specified maximum pressure, respectively, in cavity 2 and in line 14 and are connected by their exits to a drain line (not shown).
- the installation is also equipped with a sludge trap 57, installed after the retaining throttle 21 in the direction of the fluid in line 16, and to enable removal of gaseous products released from the conductive fluid during its heating and throttling through the hydraulic resistances encountered in the path of the fluid, the installation is equipped with automatic gas guides 58 connected by their inputs to line 14 at the highest points of the latter, which are places of possible lazy gaseous products.
- the installation is equipped with a pressure gauge 59 for visual monitoring of pressure in line 14 and dial thermometers 60, 61, 62 and 63 for visual monitoring of fluid temperature, respectively, in lines 14, 16, 34 and 35.
- a circulation pump 64 and a check valve 65 are installed with the possibility of circular circulation of the coolant along the specified working circuit - from the output of the heat-consuming device 33 and then along line 35, circuit 37 of the heat exchanger 32 and line 34 to the input heat-consuming device 33 and 1 with the exception of the possibility of circular circulation of the coolant in the opposite direction.
- temperature sensors are installed, respectively 66 and 67, made, for example, in the form of overhead thermostats.
- an air temperature sensor 68 can be installed in a room (not shown) heated by device 33.
- the output of each of the sensors 66-68 is connected to a power supply and control unit 17 configured to turn off the power of the phase electrodes 8 of the heating chamber 1 when the temperature of the coolant in line 34 of the heat-consuming device 33 and / or the temperature of the conductive fluid in line 14, and / or the temperature of the air in the specified room is higher than the specified maximum value and with the possibility after power on the phase electrodes 8 after reducing the specified temperature of the coolant, and / or conductive fluid, and / or air to a predetermined minimum value.
- the installation can be equipped with a small-sized autonomous source 69 of the power supply of the phase electrodes 8 with alternating electric current connected to the block 17 and designed for a given time of operation of the heating chamber 1 when the power supply of the main electrodes of these electrodes suddenly shuts off.
- the source 69 can be made in the form of a battery with a converter with the possibility of recharging the battery and has a switch 70 and an automatic control device 71 configured to automatically turn on the switch 70 when the power supply to the unit 17 suddenly turns off and automatically turn off the switch 70 when the power to the unit 17 is restored.
- the device 71 may be configured to install the source 69 to recharge and stop charging after accumulation in the source 69 predetermined amount of electricity during recharging.
- the method of heating and injecting conductive fluid is carried out using the above-described device for heating and injecting conductive fluid as follows.
- an alternating electric current is passed through the electrodes 7 and 8 at a given voltage at terminals 9 and 1 1, as a result of which the fluid heats up.
- the bottom 4 is heated from below using an external source of thermal energy 19.
- an intensive electric heating zone 20 of the conductive liquid is created between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4.
- the liquid located in zone 20 has a small mass in comparison with the mass of the entire liquid filling the working cavity 2 of chamber 1, and therefore the liquid in zone 20 is rapidly heated to boiling and, together with the steam generated during boiling, rises from zone 20 to the upper part of the cavity 2, pushing the cold liquid from the upper part of the cavity 2 down to the zone 20 of intense electric heating, which accelerates the process of heating the conductive liquid in the chamber 1 and provides the possibility of increasing the frequency of duty cycles in evatelnoy chamber 1 and, respectively, the volumetric flow of the heated liquid in the discharge line 16 without increasing the power consumption for power electrodes 8 formed in the upper portion of the cavity 2 produces steam in the chamber 1 pressure P K; the value of which at the beginning of the boiling liquid increased by the closed position of the exhaust valve 15.
- the retaining throttle 21 creates hydraulic resistance (backwater) in the path of the conductive fluid in the discharge line 16. Due to the specified hydraulic resistance in the discharge line 16 in the working cavity 2 of the chamber 1 creates a vapor pressure sufficient in magnitude to displace the conductive fluid in the discharge line 16.
- the throttle 21 eliminates possible fluctuations in the shutter of the exhaust valve 15. The hydraulic resistance of the inductor 21 and its geometric parameters corresponding to this resistance are determined by theoretical calculations and / or experimentally.
- the essence of the invention is to create in the heating chamber 1 a process of reversible heat transfer between the conductive liquid and the bottom 4, which makes it possible to reduce the cost of electricity for heating and pumping the conductive fluid.
- the temperature of the latter as a result of the indicated heat losses in the absence of an external heat source 19 can drop below boiling point. Under such conditions, a temperature balance will occur in the heating chamber 1, at which the conductive liquid has the same temperature as the inner surface of the bottom 4, which eliminates the possibility of heat transfer from the bottom 4 to the conductive liquid, thereby eliminating the possibility of reversible heat transfer in the heating chamber 1 , and therefore, the possibility of further displacement of the conductive fluid from the working cavity 2.
- an external source of thermal energy 19 allows you to start the specified reverse heat transfer due to the supply to the bottom 4 from the source 19 insignificant amount of heat, allowing to raise the temperature of the inner surface of the bottom 4 above the temperature of the conductive liquid and bring the heating chamber 1 from the state of the specified temperature balance.
- heat exchange is reversed in the heating chamber 1, after which the heat is transferred in the opposite direction - from the bottom 4 of the heating chamber 1 to the conductive liquid.
- the specified reverse heat transfer in the heating chamber 1 is carried out with minimal energy consumption of the external heat source 19, sufficient to compensate for the heat loss caused by heat leakage from the heating chamber 1, and to heat the inner surface of the bottom 4 to the boiling point of the conductive liquid.
- the boiling of the conductive liquid in the working cavity 2 continues without stopping, despite the termination of its electrical heating after the level sensor 18 has been triggered by turning off the power to the phase electrodes 8.
- the specified boiling is accompanied by the formation of steam over the conductive liquid, under the action of pressure energy of which further complete displacement of the tocopr the leading fluid from the working cavity 2 to the discharge line 16 through the check valve 15.
- the thermostat 22 which receives information about the temperature of the outer surface of the bottom 4 from the sensor 23, set the heat power of the source 19 at a level at which the amount of heat is transferred from the source 19 to the bottom 4, not exceeding the amount of heat required to maintain the temperature of the conductive liquid in working cavity 2 is not lower than its boiling point.
- the pressure in the cavity 2 decreases below the above value after which the exhaust valve 15 closes, and steam condenses in the cavity 2.
- a vacuum is formed, under the action of which the inlet valve 13 opens and the cavity 2 is filled with a new portion of the initial conductive fluid coming from line 14.
- the sensor 18 is activated to turn on the power of the phase electrodes 8. If the sensor is installed at a height h equal to the height H of the working cavity 2, the indicated operation of the sensor 18 occurs at the end of the rise in the level of the conductive fluid, i.e. .
- the block 17 After receiving the signal from the output of the sensor 18, the block 17 turns on the power of the phase electrodes 8, as a result of which the transmission of current through the conductive fluid between the lower ends of the electrodes 8 and the bottom 4 resumes, and, accordingly, intense electrical heating of the conductive fluid in the bottom zone 20 is resumed, accompanied by intense circulation of the heated liquid from zone 20 to the upper part of the working cavity 2 with the expulsion of cold conductive liquid from it into zone 20.
- the intake valve 13 closes.
- the frequency of the operating cycles of heating and injection of the conductive fluid in the heating chamber 1 gradually increases as the bottom 4, the housing 3, the cover 5 and the electrodes 8 with the electrode holders 10 are heated and reaches the working level after heating of these structural elements of the heating chamber is completed 1.
- the massive bottom 4 can be heated using an external source of thermal energy 19 until the electrode is turned on 8.
- the opening valve 15 When changing the value of hydraulic resistance to the flow of heated conductive fluid provided from the discharge line 16, which can occur, for example, when changing the number of consumers of heated conductive fluid connected to the discharge line 16, the opening valve 15 is adjusted to maintain the required efficiency device operation.
- the opening force of the exhaust valve 15 in the case of a decrease in the specified hydraulic resistance, the opening force of the exhaust valve 15 is increased by increasing the pre-compression force of the spring 25 (Fig. 2) by moving its support 26 upward with the help of the rotating handle 27, and in the case of increasing the specified hydraulic resistance, the opening force is reduced exhaust valve 15 by reducing the pre-compression force of the spring 25 by moving its support 26 down.
- the heat generating installation described above works as follows. Using the device for heating and forcing the conductive fluid that serves as the heat carrier, which is part of the heat generating installation, the cold coolant is heated in the form of a conductive fluid, for example, water supplied to the specified device via line 14 from outlet 39 of circuit 36 of heat exchanger 32, in accordance with the method described above. and supplying the heated fluid along the discharge line 16 to the input 38 of the specified circuit 36. At the same time, using the pump 64, the coolant is circulated in a circular manner the same circuit of the heat-consuming device 33. During the indicated circulation, heat from the heated conductive fluid passing through the circuit 36 of the heat exchanger 32 is transferred to the heat transfer medium of the heat-consuming device 33 passing through the circuit 37 of the heat exchanger 32.
- a conductive fluid for example, water supplied to the specified device via line 14 from outlet 39 of circuit 36 of heat exchanger 32, in accordance with the method described above. and supplying the heated fluid along the discharge line 16 to the input 38 of the specified circuit 36.
- the thus heated fluid passes through the line 34 to the input of the heat-consuming device 33, and after the heat is transferred to the latter, it is cooled in line via line 35 through the check valve 65 to the input 40 of the circuit 37 of the heat exchanger 32 and again heats up when passing through circuit 37 of the latter.
- the fluid from the line 14 is forced under pressure from the line 16 into the hydraulic cavity 45 of the storage tank 42, which leads to compression of the gas in the gas cavity 43 of the tank 42 by the separator 44 and the accumulation of potential energy of gas pressure in the cavity 43, which is used to accelerate the process of filling the working cavity 2 of the chamber 1 with the coolant coming from line 14.
- the specified acceleration is ensured by the fact that the filling of the cavity 2 with cold coolant is provided both under the action of the vacuum generated in the working cavity 2 in the process of steam condensation, and under the influence of pressure on the coolant in line 14 from the gas cavity 43 of the container 42.
- the separator 44 of the container 42 is moved by pressure from the side of the gas cavity 43 towards the hydraulic cavity 45, displacing the liquid from the cavity 45 into the working cavity 2 of the chamber 1.
- the heat CITEL accumulating container 42 together with valve 56 also allows to exclude dangerous pressure overshoots in line 14 during the displacement of fluid from the heating chamber 1 to the discharge line 16.
- gaseous products released from the coolant in the working cavity 2 are removed from the specified cavity through a self-acting valve 48 (Fig. 5) and an automatic gas vent 49, and gaseous products accumulating in the upper points of line 14 are removed using automatic gas vents 58
- the loss of coolant resulting from leaks and the conversion of the coolant into said gaseous products is made up by means of an automatic make-up device 53.
- the coolant is cleaned of sludge contaminants using a sludge trap 57
- the pressure in line 14 is maintained at a predetermined level by means of a pressure stabilization device 54 by transferring liquid from line 14 to the drain line if the specified pressure is exceeded above a predetermined value, and the possibility of increasing the working pressure cavity 2 and in line 14 above the maximum permissible value is eliminated by means of safety valves 55 and 56 by bypassing the liquid through these valves into the drain line.
- the heating rate of the coolant in the heating chamber 1 and, accordingly, the temperature of the coolant in the discharge line 16 is maintained at the required level by setting the current value between the electrodes 7 and 8 using the power supply and control unit 17 as well as by selecting a conductive fluid with the required electrical conductivity and installing, using the device 54, the required pressure value in line 14.
- using the heat exchanger 32 provide lower than in the discharge line 16 the temperature of the coolant in the input line 34 of the heat-consuming device 33, required for normal operation of the latter.
- a circulation pump 64 create such a flow rate of the coolant through the circuit 37 of the heat exchanger 32, at which the coolant passing through the circuit 37 has time to warm up to a temperature not exceeding the specified limits determined by the operational characteristics of the heat-consuming device 33.
- the power supply and control unit 17 which receives temperature excess signals from the sensors 66-68, turns off the power to the electrodes 8, and after lowering the temperature of the coolant in line 33, and / or the temperature of the conductive fluid in line 14, and / or the temperature of the air in the specified room to a predetermined minimum value again includes power to the electrodes 8.
- the device 71 In the event of a sudden shutdown of the power supply to the unit 17, the device 71 automatically turns on the switch 70, after which the electrodes 8 receive power from an autonomous source 69. After restoring the power to the unit 17, the device 71 automatically turns off the switch 70 and sets the source 69 to recharge, and after accumulation in the source 69 to the process of recharging a predetermined amount of electricity stops charging the source 69.
- the invention relates to a method for heating and pumping a conductive fluid and a device for implementing this method, can be used in the energy sector, in particular in electrode steam pumps (heart rate monitors) for pumping and pumping conductive fluids in heating and hot water systems, as well as in various production processes, in particular, in chemical production, and in various machines and installations for special purposes.
- electrode steam pumps heart rate monitors
- the invention relating to a heat-generating installation can be used in the power system in heating and hot water supply of buildings and structures, as well as in various production processes, machines and installations.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
The invention relates to methods and technical means for heating and delivering current-conducting liquids and can be used in power engineering, in apparatuses intended for pumping and delivering current-conducting liquids in heating and hot water supply systems. The proposed method for heating and delivering current-conducting liquids is carried out in an installation with the aid of a hermetically sealed electrode heating chamber and comprises passing an alternating electric current between the electrodes so as to heat the liquid to boiling, ejecting the heated liquid via a nonreturn outlet valve under the action of the steam pressure, condensing the steam so as to form a vacuum in the chamber and filling the latter via a nonreturn inlet valve under the action of the above-mentioned vacuum. The passing of the electric current through the liquid is discontinued in the ejection process and resumed in the process of filling the chamber upon passing a specified level in the working cavity of the chamber, which level is arranged at a specified height relative to the base, and a reverse heat exchange is produced in the chamber, said heat exchange being carried out by the base being supplied with a quantity of heat sufficient for maintaining the temperature of the liquid at a point not lower than the boiling point thereof.
Description
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ METHOD AND DEVICE FOR HEATING CONDUCTOR
ЖИДКОСТИ И ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА LIQUIDS AND HEAT GENERATING UNIT
Область техники Technical field
Изобретение относится к области энергетики, а именно к способам и техническим средствам нагрева и нагнетания токопроводящих жидкостей, и может быть использовано в электродных паровых насосах (пульсометрах), предназначенных для перекачки и нагнетания токопроводящих жидкостей в системах отопления и горячего водоснабжения, в различных производственных процессах, в частности, в химическом производстве, а также в различных машинах и установках специального назначения. The invention relates to the field of energy, and in particular to methods and technical means for heating and pumping conductive fluids, and can be used in electrode steam pumps (heart rate monitors) designed for pumping and pumping conductive fluids in heating systems and hot water supply, in various production processes, in particular, in chemical production, as well as in various machines and installations for special purposes.
Изобретение относится также к теплоэнергетике, а именно к теплогенерирующим установкам и может быть использовано в системах обогрева и горячего водоснабжения зданий и сооружений, а также в различных производственных процессах, машинах и установках. The invention also relates to a power system, namely to heat-generating plants and can be used in heating systems and hot water supply of buildings and structures, as well as in various production processes, machines and plants.
Предшествующий уровень техники State of the art
Известен способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости с использованием электродной герметичной нагревательной камеры с впускным и выпускным обратными клапанами, включающий нагрев исходной токопроводящей жидкости до кипения с образованием пара над токопроводящей жидкостью, вытеснение нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания через выходное отверстие указанной камеры и выпускной обратный клапан под действием давления указанного пара с отключением питания электродов нагревательной камеры после вытеснения из последней жидкости, конденсацию пара с образованием разряжения в нагревательной камере и заполнение исходной токопроводящей жидкости из линии ее подвода в нагревательную камеру через входное отверстие последней и впускной обратный клапан под действием указанного разряжения, причем упомянутый нагрев исходной токопроводящей жидкости осуществляют путем пропускания через нее электрического тока, проходящего между электродами нагревательной камеры, при этом управление включением и выключением питания указанных электродов осуществляют при помощи управляющего электрода, расположенного в
нагревательной камере, которую выполняют с возможностью регулировки уровня ее входного и выходного отверстий относительно днища указанной камеры (авторское свидетельство СССР Jfe 1532776, МПК 4 F24H 1/20, F04F 1/04, опубл. 30.12.1989г.). A known method of heating and injection of a conductive fluid using an electrode sealed heating chamber with inlet and outlet check valves, including heating the source conductive fluid to a boil with the formation of steam above the conductive fluid, displacing the heated conductive fluid into the discharge line through the outlet of the specified chamber and the exhaust check valve under the influence of the pressure of the specified pair with the power off of the electrodes of the heating chamber after being displaced from after days of liquid, condensation of steam with the formation of a vacuum in the heating chamber and filling the source of conductive fluid from the line of its supply to the heating chamber through the inlet of the last and inlet check valve under the influence of the specified discharge, and the above-mentioned heating of the source of conductive fluid is carried out by passing electric current through it, passing between the electrodes of the heating chamber, while controlling the on and off power of these electrodes is carried out at using a control electrode located in a heating chamber, which is configured to adjust the level of its inlet and outlet openings relative to the bottom of said chamber (USSR copyright certificate Jfe 1532776, IPC 4 F24H 1/20, F04F 1/04, publ. 30.12.1989).
Недостатком известного способа является сложность управления рабочими электродами и сложность регулирования температуры и расхода жидкости в линии нагнетания. The disadvantage of this method is the difficulty of controlling the working electrodes and the difficulty of controlling the temperature and flow rate of the liquid in the discharge line.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является принятый за прототип способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды с использованием герметичной электродной нагревательной камеры с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, впускным и выпускным обратными клапанами, нулевым электродом и, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом, включающий пропускание переменного электрического тока между нулевым и фазными электродами через находящуюся в нагревательной камере токопроводящую жидкость с нагревом последней до кипения с образованием пара над токопроводящей жидкостью, вытеснение нагретой токопроводящей жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания через выпускной Обратный клапан под действием давления пара, конденсацию пара в нагревательной камере с образованием разряжения в последней и заполнение нагревательной камеры токопроводящей жидкостью через впускной обратный клапан под действием указанного разряжения (авторское свидетельство СССР N° 1820046, МПК 5 F04F 1/04, опубл. 07.06.1993г.). The closest in technical essence to the claimed method is the prototype method of heating and injecting conductive liquid, for example, water using a sealed electrode heating chamber with a vertical or close to vertical tubular body, inlet and outlet check valves, zero electrode and at least , one internal phase electrode, including passing an alternating electric current between the zero and phase electrodes through located in the heating chambers f conductive liquid with heating of the latter to a boil with the formation of steam over the conductive fluid, displacement of the heated conductive fluid from the heating chamber to the discharge line through the outlet Check valve under the influence of steam pressure, condensation of steam in the heating chamber with the formation of a vacuum in the latter and filling the heating chamber with conductive fluid through the inlet check valve under the action of the specified vacuum (USSR copyright certificate N ° 1820046, IPC 5 F04F 1/04, publ. 06/07/1993).
В данном способе электрический ток постоянно пропускается по всему объему токопроводящей жидкости, заполняющей нагревательную камеру, что повышает удельные затраты электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости в расчете на единицу объема нагреваемой жидкости, поступающей в линию нагнетания. Вместе с тем, присущий известному способу одновременный нагрев до кипения всей токопроводящей жидкости, находящейся в нагревательной камере, требует большого времени, что приводит к увеличению продолжительности каждого цикла нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и, соответственно, к снижению частоты таких циклов и связанному с этим снижению объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания. Указанные недостатки снижают эффективность процесса нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости по известному способу.
Известно устройство для осуществления способа нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, содержащее заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с вертикальным корпусом, днищем, крышкой, фазным, нулевым и управляющим электродами, соединенную своей нижней частью с линией подвода исходной токопроводящей жидкости через вертикальный подводящий патрубок и впускной обратный клапан и с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости - через вертикальный отводящий патрубок и выпускной обратный клапан, при этом верхние концы указанных патрубков расположены выше днища нагревательной камеры, которая выполнена с возможностью регулировки уровня верхних концов указанных патрубков относительно ее днища (указанное выше авторское свидетельство СССР N° 1532776). In this method, an electric current is constantly passed through the entire volume of the conductive fluid filling the heating chamber, which increases the specific cost of electricity for heating and injection of conductive fluid per unit volume of the heated fluid entering the discharge line. However, inherent in the known method, the simultaneous heating to the boil of the entire conductive fluid located in the heating chamber, takes a long time, which leads to an increase in the duration of each cycle of heating and injection of the conductive fluid and, accordingly, to reduce the frequency of such cycles and the associated reduction volumetric supply of heated fluid to the discharge line. These disadvantages reduce the efficiency of the process of heating and injection of a conductive fluid by a known method. A device for implementing the method of heating and injection of conductive fluid containing filled with conductive fluid sealed electrode heating chamber with a vertical housing, bottom, cover, phase, zero and control electrodes connected to its lower part with the supply line of the source conductive fluid through a vertical inlet pipe and inlet non-return valve and with a discharge line of heated conductive fluid - through the vertical outlet pipe and the outlet valve, the upper ends of said nozzles are located above the bottom of the heating chamber, which is adapted to adjust the level of the upper ends of said pipes with respect to its bottom (the above mentioned USSR Inventor's Certificate N ° 1532776).
Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и обусловленная этим невысокая надежность работы. A disadvantage of the known device is the complexity of its design and the resulting low reliability.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является принятое за прототип устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, содержащее заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, днищем, крышкой, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом 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 (указанное выше авторское свидетельство СССР N° 1820046). The closest in technical essence to the claimed device is a prototype device for heating and injecting conductive liquid, for example, water, containing a sealed electrode heating chamber filled with conductive liquid with a vertical or close to a vertical tubular body, bottom, cover, at least one an internal phase electrode and an outlet, connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid and the lower part - through its outlet and outlet check valve with a discharge line of heated conductive fluid, while the casing of the heating chamber serves as a zero electrode (USSR author's certificate N ° 1820046 mentioned above).
В данном устройстве фазный электрод проходит по всей высоте нагревательной камеры, что обуславливает следующие недостатки прототипа. Процесс нагрева жидкости в данном устройстве осуществляется одновременно во всем объеме токопроводящей жидкости, заполняющей рабочую полость нагревательной камеры, что требует большого времени для нагрева жидкости до температуры кипения, необходимой для начала парообразования и последующего вытеснения жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания. Низкая скорость нагрева жидкости, в свою очередь, обуславливает низкую частоту рабочих циклов в нагревательной камере и, соответственно, низкую объемную подачу нагретой жидкости в линию нагнетания
(т.е. низкую производительность устройства, как насоса), что ограничивает область применения известного устройства. Вместе с тем, в прототипе электрический ток постоянно пропускается через токопроводящую жидкость вплоть до окончания процесса вытеснения жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания. При этом, как низкая скорость нагрева жидкости до температуры кипения, так и постоянное пропускание электрического тока через жидкость, повышает удельные затраты электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости в расчете на единицу объема нагреваемой жидкости, поступающей в линию нагнетания, вследствие чего снижается эффективность работы и, соответственно, КПД известного устройства. Кроме того, установка фазного электрода на всю высоту нагревательной камеры с обеспечением герметичного прохода указанного электрода через крышку и днище нагревательной камеры усложняет конструкцию и изготовление устройства и увеличивает его вес и стоимость. При этом, не исключается возможность нарушения герметичности днища нагревательной камеры в месте прохода через него фазного электрода, что снижает надежность работы устройства. Вместе с тем, в прототипе выходное отверстие нагревательной камеры находится выше ее днища на значительном удалении от последнего, что снижает надежность работы известного устройства, поскольку создает возможность поступления пара из нагревательной камеры в линию нагнетания. В результате конденсации пара, прорывающегося в линию нагнетания, в последней возникает нежелательная пульсация давления токопроводящей жидкости, нарушающая нормальную работу устройства. In this device, the phase electrode passes along the entire height of the heating chamber, which leads to the following disadvantages of the prototype. The process of heating the liquid in this device is carried out simultaneously in the entire volume of the conductive liquid filling the working cavity of the heating chamber, which requires a lot of time to heat the liquid to the boiling point necessary to start vaporization and subsequent displacement of the liquid from the heating chamber to the discharge line. The low heating rate of the liquid, in turn, leads to a low frequency of operating cycles in the heating chamber and, accordingly, a low volumetric flow of heated fluid to the discharge line (i.e. low productivity of the device, like a pump), which limits the scope of the known device. However, in the prototype, an electric current is constantly passed through the conductive liquid until the process of displacing the liquid from the heating chamber to the discharge line. At the same time, both the low rate of heating the liquid to the boiling point and the constant transmission of electric current through the liquid increase the specific cost of electricity for heating and injection of the conductive liquid per unit volume of the heated liquid entering the discharge line, thereby reducing the efficiency and , respectively, the efficiency of the known device. In addition, the installation of the phase electrode to the entire height of the heating chamber with a tight passage of the specified electrode through the lid and the bottom of the heating chamber complicates the design and manufacture of the device and increases its weight and cost. At the same time, the possibility of violation of the tightness of the bottom of the heating chamber at the place of passage of the phase electrode through it, which reduces the reliability of the device, is not excluded. However, in the prototype, the outlet of the heating chamber is located above its bottom at a considerable distance from the latter, which reduces the reliability of the known device, since it creates the possibility of steam from the heating chamber to the discharge line. As a result of condensation of the steam breaking into the discharge line, the latter causes an undesirable pulsation of the pressure of the conductive liquid, which disrupts the normal operation of the device.
Общим недостатком известных способов нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и известных устройств для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости являются также большие потери теплоты, уходящей в окружающую среду через конструктивные элементы нагревательной камеры, в частности, через ее корпус, днище и крышку. Указанные потери теплоты приводят к нерациональным затратам электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, снижающим эффективность работы и, соответственно, КПД устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости. A common disadvantage of the known methods of heating and injection of a conductive fluid and known devices for heating and injection of a conductive fluid are also large losses of heat released into the environment through the structural elements of the heating chamber, in particular through its body, bottom and cover. These heat losses lead to irrational energy costs for heating and injecting conductive fluid, reducing the efficiency and, accordingly, the efficiency of the device for heating and injecting conductive fluid.
Известна теплогенерирующая установка для отопления помещений, содержащая проточную нагревательную камеру с вертикальным цилиндрическим корпусом, служащим нулевым электродом, продольным фазным электродом, установленным в указанном корпусе, линией подвода исходной токопроводящей жидкости, служащей
теплоносителем, и линией нагнетания нагретого теплоносителя, причем первая из указанных линий подключена к выходу, а вторая - ко входу теплопотребляющего устройства (патент RU Ne 2133918, МПК F24D3/08, F24D13/04, опубл. 27.07.1999г.). Known heat-generating installation for space heating, containing a flow-through heating chamber with a vertical cylindrical body serving as a zero electrode, a longitudinal phase electrode installed in the specified body, the supply line of the source conductive fluid serving heat carrier, and the discharge line of the heated coolant, the first of these lines connected to the output, and the second to the input of the heat-consuming device (patent RU Ne 2133918, IPC F24D3 / 08, F24D13 / 04, published on 07.27.1999).
В известной установке используется конвективный теплообмен, что обуславливает большие потери теплоты на пути движения нагретой жидкости от нагревательной камеры к теплопотребляющему устройству вследствие низкой скорости конвективного течения жидкости, что приводит к непроизводительным затратам электроэнергии, идущим на дополнительный нагрев жидкости в нагревательной камере, компенсирующий указанные потери теплоты для обеспечения подвода на вход теплопотребляющего устройства жидкости с заданной температурой. С увеличением расстояния между генерирующей нагретую жидкость нагревательной камерой и теплопотребляющим устройством указанные потери теплоты возрастают и вместе с ними растут и указанные непроизводительные затраты электроэнергии, что заставляет ограничивать указанное расстояние, в связи с чем ограничивается и область применения известной установки. Вместе с тем, использование в известной установке конвективного теплообмена требует выдерживать заданный уклон трубопроводов, связывающих нагревательную камеру с выходом и входом теплопотребляющего устройства, что не всегда может быть практически реализовано, например, из-за геометрии помещения или по каким-либо другим причинам. Данное обстоятельство также ограничивает область применения известной установки. In the known installation, convective heat transfer is used, which causes large losses of heat along the path of the heated fluid from the heating chamber to the heat-consuming device due to the low speed of convective fluid flow, which leads to unproductive energy costs that go to additional heating of the liquid in the heating chamber, compensating for these heat losses to ensure the input to the input of the heat-consuming device fluid with a given temperature. With an increase in the distance between the heating chamber generating the heated liquid and the heat-consuming device, the indicated heat losses increase, and the indicated unproductive energy costs increase along with them, which makes it possible to limit the specified distance, and therefore the scope of the known installation is also limited. At the same time, the use of convective heat transfer in a known installation requires maintaining a predetermined slope of pipelines connecting the heating chamber with the outlet and inlet of a heat-consuming device, which cannot always be practically realized, for example, due to the geometry of the room or for some other reasons. This fact also limits the scope of the known installation.
Наиболее близкой к заявленной установке по технической сущности является принятая за прототип теплогенерирующая установка, преимущественно для отопления, содержащая теплообменник и устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, вход которой подключен к выходу теплообменника, и линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, выход которой подключен ко входу теплообменника, при этом устройство для нагрева и нагнетания служащей теплоносителем токопроводящей жидкости выполнено в виде заполненной токопроводящей жидкостью герметичной электродной нагревательной камеры с вертикальным трубчатым корпусом, служащим нулевым электродом, днищем, крышкой, и фазным электродом, установленным внутри указанного корпуса продольно по отношению к последнему. Нижний конец фазного электрода расположен выше днища нагревательной камеры, а выходное отверстие последней расположено
вблизи нижнего конца фазного электрода и на удалении от днища нагревательной камеры, которая соединена своей верхней частью через впускной обратный клапан с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижней частью - через выпускной обратный клапан с линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости (авторское свидетельство СССР Ns 1751619, МПК 5 F24H 1/20, опубл. 30.07.1992г.). Closest to the claimed installation, the technical essence is the heat-generating installation adopted for the prototype, mainly for heating, containing a heat exchanger and a device for heating and pumping a conductive fluid, for example, water, with a feed line for the source conductive fluid, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, and a line pumping a heated conductive fluid, the output of which is connected to the input of the heat exchanger, while the device for heating and forcing the current A driving fluid is designed as a fluid-filled conductive electrode hermetic heating chamber with a vertical tubular body serving as a zero electrode, a bottom, a lid, and a phase electrode located inside said body longitudinally with respect to the latter. The lower end of the phase electrode is located above the bottom of the heating chamber, and the outlet of the latter is located near the lower end of the phase electrode and at a distance from the bottom of the heating chamber, which is connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid, and the lower part through the exhaust check valve with the discharge line of the heated conductive fluid (USSR copyright certificate Ns 1751619, IPC 5 F24H 1/20, published on July 30, 1992).
В данной установке в процессе вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры после снижения уровня жидкости до уровня нижнего конца фазного электрода движение тока по жидкости в нагревательной камере прекращается и вместе с этим прекращается нагрев жидкости, в результате чего прекращается парообразование и вытеснение жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания. При этом в придонной зоне нагревательной камеры, находящейся ниже фазного электрода, остается невытесненная часть нагретой жидкости, в связи с чем указанная зона нагревательной камеры является нерабочей зоной, а затраты электроэнергии, использованной для нагрева невытесненной части жидкости, остающейся в придонной зоне нагревательной камеры, оказываются, в сущности, непроизводительными (бесполезными) затратами и относятся к потерям, снижающим эффективность работы и, соответственно, КПД известной теплогенерирующей установки. Вместе с тем, расположение выходного отверстия нагревательной камеры вблизи нижнего конца фазного электрода и на удалении от днища указанной камеры снижает надежность работы теплогенерирующей установки, поскольку создает возможность прорыва пара из нагревательной камеры в линию нагнетания при повышении выше заданного значения величины напряжения на электродах нагревательной камеры и/или величины силы тока между ними. В результате конденсации пара, прорывающегося в линию нагнетания, в последней возникает нежелательная пульсация давления токопроводящей жидкости, нарушающая нормальную работу установки. Вероятность прорыва пара из нагревательной камеры в линию нагнетания усиливается с повышением скорости вытеснения жидкости из нагревательной камеры, в связи с чем известная установка может нормально функционировать лишь при низкой частоте рабочих циклов, протекающих в нагревательной камере, и, соответственно, при низкой объемной подаче жидкости в линию нагнетания, что ограничивает область применения известной установки. Кроме того, наличие нерабочей зоны в придонной части нагревательной камеры приводит к нерациональному увеличению высоты и массы последней и, соответственно, к
RU2011/000066 In this installation, in the process of displacing a conductive fluid from the heating chamber after lowering the fluid level to the level of the lower end of the phase electrode, the flow of fluid through the fluid in the heating chamber ceases and, at the same time, heating of the fluid ceases, as a result of which vaporization and displacement of the fluid from the heating chamber to the line are stopped injection. At the same time, in the bottom zone of the heating chamber below the phase electrode, the unplaced part of the heated liquid remains, and therefore, the indicated zone of the heating chamber is an inoperative zone, and the energy used to heat the unplaced part of the liquid remaining in the bottom zone of the heating chamber is , in essence, unproductive (useless) costs and relate to losses that reduce the efficiency of work and, accordingly, the efficiency of the known heat-generating installation. At the same time, the location of the outlet of the heating chamber near the lower end of the phase electrode and at a distance from the bottom of the specified chamber reduces the reliability of the heat-generating installation, since it creates the possibility of breakthrough steam from the heating chamber to the discharge line when the voltage on the electrodes of the heating chamber rises above a predetermined value / or the magnitude of the current between them. As a result of condensation of the steam breaking into the discharge line, the latter causes an undesirable pulsation of the pressure of the conductive fluid, which disrupts the normal operation of the installation. The likelihood of steam breakthrough from the heating chamber to the discharge line increases with increasing rate of liquid displacement from the heating chamber, and therefore, the known installation can function normally only at a low frequency of operating cycles that occur in the heating chamber, and, accordingly, with a low volumetric flow of liquid into discharge line, which limits the scope of the known installation. In addition, the presence of a non-working zone in the bottom part of the heating chamber leads to an irrational increase in the height and mass of the latter and, accordingly, RU2011 / 000066
7 7
увеличению габаритов и массы установки в целом, а также к снижению одного из основных показателей эффективности работы установки - отношения объемной подачи нагретой токопроводящей жидкости в линии нагнетания к высоте и массе установки. Другим недостатком принятой за прототип теплогенерирующей установки являются большие потери теплоты, уходящей в окружающую среду через конструктивные элементы ее нагревательной камеры, в частности, через корпус, днище и крышку последней. Указанные потери теплоты приводят к нерациональным затратам электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, снижающим эффективность работы и, соответственно, к.п.д. теплогенерирующей установки. an increase in the overall dimensions and mass of the installation as a whole, as well as a decrease in one of the main indicators of the plant’s operating efficiency — the ratio of the volumetric supply of heated conductive fluid in the discharge line to the height and weight of the installation. Another disadvantage of the heat-generating installation adopted for the prototype is the large loss of heat released into the environment through the structural elements of its heating chamber, in particular, through the body, bottom and cover of the latter. These heat losses lead to irrational energy costs for heating and pumping a conductive fluid, which reduces the efficiency of work and, accordingly, the efficiency heat generating installation.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и повышение эффективности и надежности работы устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и обеспечение за счет этого повышения эффективности и надежности работы теплогенерирующей установки, в которой используется указанное устройство, при одновременном снижении массы и габаритов указанной установки. The objective of the present invention is to increase the efficiency of the process of heating and injection of a conductive fluid and to increase the efficiency and reliability of the device for heating and injection of a conductive fluid, and thereby increase the efficiency and reliability of the heat generating installation in which the specified device is used, while reducing weight and dimensions specified installation.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды с использованием герметичной электродной нагревательной камеры с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, впускным и выпускным обратными клапанами, нулевым электродом и, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом, включающем пропускание переменного электрического тока между нулевым и фазными электродами через находящуюся в рабочей полости нагревательной камеры токопроводящую жидкость с нагревом последней до кипения с образованием пара над токопроводящей жидкостью, вытеснение нагретой токопроводящей жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания через выпускной обратный клапан под действием давления пара, конденсацию пара в нагревательной камере с образованием разряжения в последней и заполнение нагревательной камеры токопроводящей жидкостью через впускной обратный клапан под действием указанного разряжения, согласно пункту 1 формулы изобретения пропускание электрического тока через токопроводящую жидкость прекращают в процессе вытеснения токопроводящей жидкости и возобновляют в процессе заполнения нагревательной камеры при
прохождении, соответственно, опускающимся и поднимающимся уровнем токопроводящей жидкости уровня рабочей полости нагревательной камеры, расположенного на высоте относительно днища нагревательной камеры, составляющей 0,7-1,0 высоты указанной рабочей полости, при этом в нагревательной камере создают реверсивный теплообмен между токопроводящей жидкостью и днищем указанной камеры, в соответствии с которым в процессе пропускания через токопроводящую жидкость электрического тока теплота от указанной жидкости передается к днищу нагревательной камеры и аккумулируется в последнем, а после указанного прекращения пропускания электрического тока теплота от днища нагревательной камеры передается к токопроводящей жидкости, причем указанный реверсивный теплообмен осуществляют с подводом к днищу нагревательной камеры от внешнего источника тепловой энергии количества теплоты, достаточного для поддержания температуры токопроводящей жидкости при передаче к ней теплоты от днища нагревательной камеры не ниже температуры кипения указанной жидкости, а дальнейшее вытеснение токопроводящей жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания после упомянутого прекращения пропускания через нее электрического тока осуществляют с помощью энергии давления пара, образующегося над токопроводящей жидкостью за счет указанного поддержания температуры последней, при этом реверсивный теплообмен осуществляют с минимальными затратами энергии указанного внешнего источника тепловой энергии, для чего днище нагревательной камеры выполняют массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью. The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of heating and injecting conductive liquid, for example, water using a sealed electrode heating chamber with a vertical or close to vertical tubular body, inlet and outlet check valves, a zero electrode and at least one internal phase an electrode, including passing an alternating electric current between the zero and phase electrodes through a conductive liquid located in the working cavity of the heating chamber heating the latter to a boil with the formation of steam over the conductive fluid, displacing the heated conductive fluid from the heating chamber to the discharge line through the exhaust check valve under the influence of steam pressure, condensation of steam in the heating chamber to form a vacuum in the latter and filling the heating chamber with conductive fluid through the inlet return the valve under the influence of the specified vacuum, according to paragraph 1 of the claims, the transmission of electric current through a conductive fluid the spine is stopped during the displacement of the conductive fluid and is renewed during the filling of the heating chamber when the passage, respectively, of a falling and rising level of the conductive fluid of the level of the working cavity of the heating chamber located at a height relative to the bottom of the heating chamber, comprising 0.7-1.0 of the height of the specified working cavity, while in the heating chamber create a reversible heat exchange between the conductive fluid and the bottom the specified chamber, according to which during the passage through the conductive fluid of an electric current, heat from the specified fluid is transferred to the bottom of the heater A new chamber and accumulates in the latter, and after the indicated termination of the transmission of electric current, heat from the bottom of the heating chamber is transferred to the conductive liquid, and the specified reverse heat exchange is carried out with an amount of heat sufficient to maintain the temperature of the conductive liquid at the temperature of the conductive liquid at the bottom of the heating chamber at heat transfer to it from the bottom of the heating chamber is not lower than the boiling point of the specified liquid, and the current is further displaced conductive fluid from the heating chamber to the discharge line after the cessation of transmission of electric current through it is carried out using the energy of the vapor pressure generated above the conductive fluid due to the specified temperature maintenance of the latter, while the reverse heat exchange is carried out with minimal energy consumption of the specified external source of thermal energy, for whereby the bottom of the heating chamber is made massive of material with a high specific heat capacity and high heat conductivity Tew.
При этом массу днища нагревательной камеры задают в соответствии с выражением: In this case, the mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
Мд>[(1+к)(8Ь-Уэ)рсж/с - (1-к)Мк]/(1-к+Л12/А11), M d > [(1 + k) (8b-Ue) pc w / s - (1-k) M k ] / (1-k + L12 / A1 1 ),
где Мд - масса днища нагревательной камеры; where M d - the mass of the bottom of the heating chamber;
к- определяемый теоретическим и/или экспериментальным путем коэффициент теплопотерь, учитывающий количество теплоты, теряемой в результате ее рассеивания в процессе теплообмена между токопроводящей жидкостью и конструктивными элементами нагревательной камеры; k - heat loss coefficient determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation in the process of heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber;
S - площадь поперечного сечения рабочей полости нагревательной камеры;
h - высота столба токопроводящеи жидкости в рабочей полости нагревательной камеры в момент прекращения пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость; S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber; h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of termination of transmission of electric current through the conductive fluid;
V3 - объем фазных электродов и частей их электрододержателей, находящихся в токопроводящей жидкости в момент прекращения пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость; V 3 - the volume of phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive fluid at the time of termination of the passage of electric current through the conductive fluid;
р, сж - соответственно плотность и удельная теплоемкость используемой токопроводящей жидкости; p, s w - respectively, the density and specific heat of the used conductive liquid;
с - удельная теплоемкость металла, из которого изготовлены днище, корпус, крышка, фазные электроды и электрододержатели нагревательной камеры; C is the specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
Мк - суммарная масса корпуса, крышки, фазных электродов и электрододержателей нагревательной камеры; M to - the total mass of the housing, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber;
At] - величина изменения температуры в нагревательной камере; At] is the magnitude of the temperature change in the heating chamber;
Δί2 - величина изменения температуры днища нагревательной камеры при его нагреве от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения. Δί 2 - the magnitude of the change in temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive liquid not lower than its boiling point.
Кроме того, в придонной части нагревательной камеры между днищем последней и нижними торцами фазных электродов создают зону интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости, для чего днище нагревательной камеры используют в качестве нулевого электрода, а фазные электроды размещают в нагревательной камере таким образом, что нижние торцы указанных электродов обращены к днищу нагревательной камеры, при этом фазные электроды выполняют с суммарной площадью S3 поверхности их нижних торцов, выбираемой из условия 0,4<S3/S<0,9, а расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов и днищем нагревательной камеры задают из условия 0,10<Пэ/Н<0,35, где Н - высота рабочей полости нагревательной камеры, причем нагревательную камеру выполняют с цилиндрической формой ее рабочей полости, высота Н и диаметр d которой соответствуют условию 1,0< H/d<2,0. In addition, in the bottom part of the heating chamber between the bottom of the last and lower ends of the phase electrodes create a zone of intense electric heating of the conductive liquid, for which the bottom of the heating chamber is used as a zero electrode, and the phase electrodes are placed in the heating chamber so that the lower ends of these electrodes are facing to the bottom of the heating chamber, wherein the electrodes perform phase with a total surface area of S 3, their lower ends being selected from the condition 0.4 <S3 / S <0.9, and the distance h 3 m I wait for the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber to be set from the condition 0.10 <Pe / H <0.35, where H is the height of the working cavity of the heating chamber, and the heating chamber is made with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 <H / d <2.0.
При этом в линии нагнетания после выпускного обратного клапана по ходу движения токопроводящей жидкости и вблизи от указанного клапана создают гидравлический подпор путем дросселирования потока токопроводящей жидкости с обеспечением возможности поддержания в нагревательной камере в процессе
вытеснения из нее токопроводящеи жидкости в линию нагнетания давления пара, достаточного по величине для указанного вытеснения токопроводящей жидкости. At the same time, in the discharge line after the exhaust check valve in the direction of the conductive fluid and near the specified valve, hydraulic back-up is created by throttling the flow of conductive fluid with the possibility of maintaining it in the heating chamber during ousting conductive fluid from it to a steam pressure injection line sufficient in magnitude for said ousting of conductive fluid.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в устройстве для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, содержащем заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, днищем, крышкой, нулевым электродом, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом 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, согласно пункту 5 формулы изобретения электроды нагревательной камеры снабжены блоком питания и управления, а нагревательная камера снабжена датчиком уровня токопроводящей жидкости, установленным в ее верхней части на высоте относительно днища нагревательной камеры, составляющей 0,7-1,0 высоты рабочей полости последней, и подключенным своим выходом ко входу указанного блока питания и управления, который выполнен с возможностью отключения и включения питания фазных электродов при получении от датчика уровня сигнала о прохождении уровнем токопроводящей жидкости указанного датчика, соответственно, при вытеснении токопроводящей жидкости из нагревательной камеры и при заполнении последней токопроводящей жидкостью, при этом нагревательная камера выполнена с обеспечением возможности реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем нагревательной камеры с передачей теплоты от токопроводящей жидкости к днищу нагревательной камеры в процессе пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость до момента указанного отключения питания фазных электродов и передачей теплоты в обратном направлении - от днища нагревательной камеры к токопроводящей жидкости при дальнейшем опускании уровня последней после указанного отключения питания фазных электродов, а днище нагревательной камеры выполнено массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью и снабжено внешним источником тепловой энергии, выполненным предпочтительно в виде электронагревателя, закрепленного на наружной поверхности указанного днища предпочтительно с нижней стороны последнего, причем масса днища нагревательной камеры и удельная
теплоемкость материала, используемого для его изготовления, а также тепловая мощность указанного внешнего источника тепловой энергии заданы с обеспечением возможности передачи от днища нагревательной камеры к токопроводящей жидкости количества теплоты, достаточного для поддержания температуры указанной жидкости не ниже температуры ее кипения после упомянутого отключения питания фазных электродов при минимальных затратах энергии указанного внешнего источника тепловой энергии. The solution to this problem is also achieved by the fact that in a device for heating and injecting a conductive liquid, for example, water, containing a sealed electrode heating chamber filled with a conductive liquid, with a vertical or close to a vertical tubular body, a bottom, a cover, and at least one zero electrode an internal phase electrode and an outlet, connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid, and the lower part through without its outlet and outlet check valve with a discharge line of heated conductive fluid, according to paragraph 5 of the invention, the electrodes of the heating chamber are provided with a power and control unit, and the heating chamber is equipped with a level sensor of conductive liquid installed in its upper part at a height relative to the bottom of the heating chamber, component 0.7-1.0 of the height of the working cavity of the latter, and connected by its output to the input of the specified power supply and control unit, which is configured to switching on and turning on the power of the phase electrodes upon receipt of a signal from the sensor about the passage of the specified sensor by the level of the conductive fluid, respectively, when the conductive fluid is displaced from the heating chamber and when the last conductive fluid is filled, while the heating chamber is configured to allow reverse heat exchange between the conductive fluid and the bottom of the heating chamber with heat transfer from the conductive fluid to the bottom of the heating chamber during acceleration of the electric current through the conductive fluid until the specified phase power is turned off and the heat is transferred in the opposite direction - from the bottom of the heating chamber to the conductive liquid with a further lowering of the level of the latter after the specified power failure of the phase electrodes, and the bottom of the heating chamber is made of a material of high specific heat capacity and high thermal conductivity and is equipped with an external source of thermal energy, preferably made in the form of an electron revatelya mounted on the outer surface of said bottom, preferably on the lower side of the latter, wherein the bottom of the heating chamber and the specific gravity the heat capacity of the material used for its manufacture, as well as the heat capacity of the specified external source of thermal energy, are set to allow the heat to be transferred from the bottom of the heating chamber to the conductive liquid, sufficient to maintain the temperature of the liquid not lower than its boiling point after the aforementioned power failure of the phase electrodes at minimum energy costs of the specified external source of thermal energy.
При этом масса днища нагревательной камеры задана в соответствии с выражением: The mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
Мд>[(1+к)(8Ь-Уэ)рсж/с - (l-k)MJ/(l-k+At2/Ati), M q> [(1 + k) (Y 8b-e) rs f / s - (lk) MJ / (lk + At2 / Ati),
где Мд - масса днища нагревательной камеры; where M d - the mass of the bottom of the heating chamber;
к- определяемый теоретическим и/или экспериментальным путем коэффициент теплопотерь, учитывающий количество теплоты, теряемой в результате ее рассеивания в процессе теплообмена между токопроводящей жидкостью и конструктивными элементами нагревательной камеры; k - heat loss coefficient determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation in the process of heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber;
S - площадь поперечного сечения рабочей полости нагревательной камеры; S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber;
h - высота столба токопроводящей жидкости в рабочей полости нагревательной камеры в момент упомянутого отключения питания фазных электродов; h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of the aforementioned power failure of the phase electrodes;
V3 - объем фазных электродов и частей их электрододержателей, находящихся в токопроводящей жидкости в момент срабатывания датчика уровня на отключение питания фазных электродов; V 3 - the volume of the phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive liquid at the time the level sensor is triggered to turn off the power of the phase electrodes;
р, сж - соответственно плотность и удельная теплоемкость используемой токопроводящей жидкости; p, s w - respectively, the density and specific heat of the used conductive liquid;
с - удельная теплоемкость металла, из которого изготовлены днище, корпус, крышка, фазные электроды и электрододержатели нагревательной камеры; C is the specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
Мк - суммарная масса корпуса, крышки, фазных электродов и электрододержателей нагревательной камеры; M to - the total mass of the housing, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber;
Δίι - величина изменения температуры в нагревательной камере; Δίι is the magnitude of the temperature change in the heating chamber;
Δΐ2 - величина изменения температуры днища нагревательной камеры при его нагреве от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения. Δΐ 2 is the magnitude of the change in the temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive fluid not lower than its boiling point.
Кроме того, нагревательная камера выполнена с возможностью создания в ее придонной части зоны интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости,
расположенной между днищем нагревательной камеры и нижними торцами фазных электродов, для чего днище нагревательной камеры служит нулевым электродом, а фазные электроды размещены в нагревательной камере таким образом, что нижние торцы указанных электродов обращены к днищу нагревательной камеры, при этом суммарная площадь S3 поверхности нижних торцов фазных электродов выбрана из условия 0,4<Sa/S<0,9, а расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов и днищем нагревательной камеры задано из условия 0,10 Пэ/Н<0,35, где Н - высота рабочей полости нагревательной камеры, причем нагревательная камера выполнена с цилиндрической формой ее рабочей полости, высота Н и диаметр d которой соответствуют условию 1,0< H/d<2,0. In addition, the heating chamber is configured to create in its bottom part of the zone of intense electric heating of the conductive liquid, located between the bottom of the heating chamber and the lower ends of the phase electrodes, for which the bottom of the heating chamber serves as a zero electrode, and the phase electrodes are placed in the heating chamber so that the lower ends of these electrodes are facing the bottom of the heating chamber, with the total surface area S 3 of the surface of the lower ends phase electrodes is selected from the condition 0.4 <Sa / S <0.9, and the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber is set from the condition 0.10 Pe / N <0.35, where N is the height of the working strip ty of the heating chamber, and the heating chamber is made with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 <H / d <2.0.
При этом в линии нагнетания может быть установлен подпорный дроссель, расположенный после выпускного обратного клапана по ходу движения токопроводящей жидкости и вблизи от указанного клапана и выполненный с сужающимся в направлении движения токопроводящей жидкости поперечным сечением, при этом гидравлическое сопротивление подпорного дросселя задано с обеспечением возможности поддержания в нагревательной камере в процессе вытеснения из нее токопроводящей жидкости в линию нагнетания давления пара, достаточного по величине для указанного вытеснения токопроводящей жидкости. In this case, a booster throttle can be installed in the discharge line, located after the outlet check valve in the direction of the conductive fluid and close to the specified valve and made with a cross section tapering in the direction of the conductive fluid, while the hydraulic resistance of the retaining throttle is set to maintain the heating chamber in the process of displacing conductive fluid from it into the steam pressure injection line, sufficient in magnitude to indicate nnogo displacement conductive liquid.
При выполнении указанного внешнего источника тепловой энергии в виде электронагревателя последний может быть подключен к своему источнику питания через управляющий термостат, при этом на днище нагревательной камеры установлен датчик температуры, выход которого соединен со входом указанного термостата. When performing the specified external source of thermal energy in the form of an electric heater, the latter can be connected to its power source through a control thermostat, while a temperature sensor is installed on the bottom of the heating chamber, the output of which is connected to the input of the specified thermostat.
Кроме того, выходное отверстие нагревательной камеры целесообразно выполнить в днище последней, предпочтительно на оси указанной камеры, или в корпусе последней с примыканием к днищу нагревательной камеры. In addition, the outlet of the heating chamber is expediently made in the bottom of the latter, preferably on the axis of said chamber, or in the housing of the latter, adjacent to the bottom of the heating chamber.
Нагревательная камера может быть снабжена теплоизоляционным кожухом, а выпускной обратный клапан может быть выполнен с усилием его открытия, регулируемым в зависимости от величины гидравлического сопротивления линии нагнетания. The heating chamber can be equipped with a heat-insulating casing, and the exhaust check valve can be made with the force of its opening, adjustable depending on the magnitude of the hydraulic resistance of the discharge line.
Внутренняя поверхность днища нагревательной камеры может быть выполнена конусной с вершиной конуса, обращенной вниз, при этом выходное отверстие
нагревательной камеры й конусная поверхность ее днища могут быть выполнены, предпочтительно соосно друг с другом и с корпусом нагревательной камеры. The inner surface of the bottom of the heating chamber can be made conical with the apex of the cone facing down, while the outlet of the heating chamber and the conical surface of its bottom can be made, preferably coaxially with each other and with the housing of the heating chamber.
Выпускной обратный клапан может быть размещен в днище нагревательной камеры, предпочтительно соосно с выходным отверстием последней, с возможностью перекрытия им выхода указанного отверстия. The outlet check valve can be placed in the bottom of the heating chamber, preferably coaxially with the outlet of the latter, with the possibility of overlapping the outlet of the specified opening.
При выполнении нагревательной камеры с одним фазным электродом последний целесообразно располагать коаксиально корпусу нагревательной камеры, а при выполнении нагревательной камеры с двумя и более фазньми электродами последние целесообразно размещать равномерно по объему нагревательной камеры и с равным удалением от корпуса последней. When performing a heating chamber with one phase electrode, it is advisable to arrange the latter coaxially to the housing of the heating chamber, and when performing a heating chamber with two or more phase electrodes, it is advisable to place the latter evenly throughout the volume of the heating chamber and with equal distance from the housing of the latter.
Решение поставленной задачи в отношении изобретения, касающегося теплогенерирующей установки, достигается тем, что в теплогенерирующей установке, предназначенной преимущественно для отопления, и содержащей теплообменник и устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, вход которой подключен к выходу теплообменника, и линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, выход которой подключен ко входу теплообменника, согласно пункту 16 формулы изобретения устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости выполнено по любому из пп.5-15, а в качестве теплообменника используется теплообменник типа «жидкость-жидкость» с контуром греющей и контуром нагреваемой среды, подключенный к теплопотребляющему устройству, снабженному линией подвода горячего теплоносителя и линией отвода холодного теплоносителя, при этом у теплообменника контур греющей среды подключен своим входом и выходом, соответственно, к выходу упомянутой линии нагнетания и ко входу упомянутой линии подвода токопроводящей жидкости, а контур нагреваемой среды подключен своим входом и выходом, соответственно, к линии отвода холодного теплоносителя от теплопотребляющего устройства и линии подвода горячего теплоносителя к теплопотребляющему устройству. The solution of the problem in relation to the invention relating to a heat generating installation is achieved by the fact that in a heat generating installation intended primarily for heating, and containing a heat exchanger and a device for heating and pumping a conductive fluid, for example, water, with a supply line of the source conductive fluid, the input of which is connected to the outlet of the heat exchanger, and the discharge line of the heated conductive fluid, the output of which is connected to the input of the heat exchanger, according to paragraph 16 of the formula invented A device for heating and injecting a conductive fluid is made according to any one of claims 5-15, and a liquid-liquid type heat exchanger with a heating circuit and a heated medium circuit connected to a heat-consuming device equipped with a hot coolant supply line and a line is used as a heat exchanger. cold coolant outlet, at the same time at the heat exchanger, the heating medium circuit is connected by its input and output, respectively, to the output of the said discharge line and to the input of the said supply line liquid, and the circuit of the heated medium is connected by its input and output, respectively, to the cold coolant drain line from the heat-consuming device and the hot coolant supply line to the heat-consuming device.
При этом установка может быть снабжена аккумулирующей емкостью с газовой полостью и отделенной от последней с помощью подвижного разделителя гидравлической полостью, которая расположена над газовой полостью и подключена на своем верхнем уровне через вертикально расположенный канал 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 может быть выполнен в виде мембраны или поршня, или сильфона. In this case, the installation can be equipped with a storage tank with a gas cavity and a hydraulic cavity separated from the latter by means of a movable separator, which is located above the gas cavity and connected at its upper level through a vertically located channel to the aforementioned line for supplying the source conductive fluid close to the inlet return a valve of said device for heating and pumping a conductive fluid, wherein the movable separator of the storage tank may be in the form of a membrane or a piston, or a bellows.
Кроме того, установка может быть снабжена устройством для автоматического газоудаления, включающим обратный самодействующий клапан, вход которого подключен к внутренней полости нагревательной камеры устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости на верхнем уровне указанной полости, и автоматический газоотводчик, подключенный своим входом к выходу указанного обратного клапана, который 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. In addition, the installation can be equipped with a device for automatic gas removal, including a self-acting check valve, the input of which is connected to the internal cavity of the heating chamber of the device for heating and injection of conductive fluid at the upper level of the specified cavity, and an automatic gas vent connected to the output of the specified check valve by its inlet , which contains a horizontally located saddle with a hole for the passage of conductive fluid and a shutter mounted under the specified saddle ohm with the possibility of closing the last hole, while the mass, geometric shape and dimensions of the specified shutter are selected so as to ensure the open position of the specified valve when air or gaseous products come from the heating chamber.
Установка может быть также снабжена устройством для автоматической подпитки теплоносителем, выполненным в виде гидроаккумулятора, и устройством стабилизации давления, через которое устройство для автоматической подпитки теплоносителем подключено к упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости, при этом устройство стабилизации давления может выполнено, предпочтительно, в виде перепускного клапана с возможностью поддержания заданного давления в указанной линии. The installation can also be equipped with a device for automatic recharge of coolant, made in the form of a hydraulic accumulator, and a pressure stabilization device through which the device for automatic recharge of coolant is connected to the aforementioned supply line of the source conductive fluid, while the pressure stabilization device can be made, preferably, in the form of a bypass valve with the ability to maintain a given pressure in the specified line.
Кроме того, установка может быть снабжена предохранительным клапаном, подключенным к внутренней полости нагревательной камеры и настроенным на заданное максимальное давление в указанной полости, а также предохранительным клапаном, подключенным к линии нагнетания и настроенным на заданное максимальное давление в последней. In addition, the installation can be equipped with a safety valve connected to the internal cavity of the heating chamber and configured for a given maximum pressure in the specified cavity, as well as a safety valve connected to the discharge line and configured for a given maximum pressure in the latter.
Установка может быть также снабжена шламоуловителем, установленным в упомянутой линии нагнетания токопроводящей жидкости, а в верхних точках упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости могут быть установлены автоматические газоотводчики. The installation can also be equipped with a sludge trap installed in the aforementioned line of injection of conductive fluid, and at the upper points of the said supply line of the source of conductive fluid can be installed automatic gas vents.
При этом на входе упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости и в линии подвода горячего теплоносителя к теплопотребляющему устройству могут быть установлены датчики температуры, выходы которых
соединены с упомянутым блоком питания и управления, выполненным с возможностью отключения питания фазных электродов нагревательной камеры при увеличении температуры исходной токопроводящей жидкости на входе линии подвода последней к упомянутой нагревательной камере или температуры горячего теплоносителя в линии подвода последнего к теплопотребляющему устройству выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения питания фазных электродов нагревательной камеры после снижения указанной температуры исходной токопроводящей жидкости и горячего теплоносителя до заданного минимального значения. При таком выполнении установки в помещении, обогреваемом с помощью теплопотребляющего устройства, может быть установлен датчик температуры, выход которого соединен с упомянутым блоком питания и управления, выполненным с возможностью отключения питания фазных электродов нагревательной камеры при увеличении температуры воздуха в указанном помещении, выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения питания фазных электродов нагревательной камеры после снижения указанной температуры воздуха до заданного минимального значения. Кроме того, при таком выполнении установки, как при наличии, так и при отсутствии в упомянутом выше помещении датчика температуры установка может быть снабжена малогабаритным автономным источником питания фазных 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. At the same time, temperature sensors, the outputs of which connected to the said power and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes of the heating chamber when the temperature of the initial conductive liquid at the input of the supply line of the latter to the heating chamber or the temperature of the hot coolant in the supply line of the latter to the heat-consuming device exceeds a predetermined maximum value and with the possibility subsequent power-up of the phase electrodes of the heating chamber after lowering the specified temperature ref conductive and discharge the hot coolant fluid to a predetermined minimum value. With such an installation, a temperature sensor can be installed in a room heated with a heat-consuming device, the output of which is connected to the aforementioned power and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes of the heating chamber when the air temperature in the specified room rises above a predetermined maximum value and with the possibility of subsequent power-up of the phase electrodes of the heating chamber after reducing the specified air temperature to a predetermined minimum value. In addition, with such an installation, both in the presence and in the absence of a temperature sensor in the aforementioned room, the installation can be equipped with a small-sized autonomous power source for the phase electrodes of the heating chamber connected to the power supply and control unit and designed for a given operating time of the heating chamber at sudden power failure of the main power source of these electrodes.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является снижение затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, обеспечиваемое за счет прерывистого режима питания фазных электродов нагревательной камеры с прекращением и возобновлением пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость, соответственно, в начале ее вытеснения из нагревательной камеры и в конце заполнения нагревательной камеры токопроводящей жидкостью, а также за счет выполнения днища нагревательной камеры массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью и создания в нагревательной камере процесса реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем указанной камеры с подводом к днищу нагревательной камеры от внешнего маломощного
источника тепловой энергии количества теплоты, достаточного для поддержания в токопроводящей жидкости температуры не ниже температуры кипения указанной жидкости, и с обеспечением дальнейшего вытеснения токопроводящей жидкости из нагревательной камеры после упомянутого прекращения пропускания через нее электрического тока только с помощью энергии давления пара, образующегося над токопроводящей жидкостью за счет указанного поддержания температуры последней. Исключение электронагрева токопроводящей жидкости в процессе ее вытеснения из нагревательной камеры после прекращения пропускания через жидкость электрического тока обеспечивает указанное снижение затрат электроэнергии. Вместе с тем, техническим результатом является повышение объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания (т.е. производительности устройства, как насоса), обеспечиваемое за счет создания в придонной части нагревательной камеры между днищем последней и нижними торцами фазных электродов зоны интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости, позволяющей сократить время нагрева жидкости до температуры кипения, необходимой для начала парообразования и последующего вытеснения жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания, что, в свою очередь, позволяет увеличить частоту рабочих циклов в нагревательной камере и, соответственно, указанную объемную подачу нагретой жидкости в линию нагнетания. Увеличение объемной подачи нагретой жидкости на выходе устройства (в линии нагнетания) обеспечивается также за счет эффективного использования в нем всего рабочего объема нагревательной камеры, что достигается за счет обеспечения возможности вытеснения токопроводящей жидкости из всей рабочей полости нагревательной камеры. При этом увеличение объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания расширяет область применения устройства и, вместе с тем, снижает удельные затраты электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости в расчете на единицу объема (например 1м ) нагретой жидкости, поступающей из нагревательной камеры в линию нагнетания. Кроме того, снижение затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости обеспечивается также за счет исключения свойственных прототипу заявленного устройства нерациональных затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, теряемых вследствие потери теплоты, уходящей в известном из прототипа устройстве в окружающую среду через стенки нагревательной камеры.
Указанное снижение затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, достигаемое за счет использования прерывистого режима пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость, создания в нагревательной камере процесса реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем указанной камеры с подводом теплоты к днищу нагревательной камеры от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения, а также за счет создания в придонной части нагревательной камеры зоны интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости и исключения утечек теплоты через стенки нагревательной камеры в окружающую среду, по расчетным данным может составлять не менее 40% затрат электроэнергии, имеющих место в прототипе заявленного устройства. Это обеспечивает существенное повышение эффективности процесса нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и повышение эффективности работы и, соответственно, КПД устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, за счет чего повышается эффективность работы и КПД теплогенерирующей установки, в которой указанное устройство является главным рабочим органом. The technical result obtained in the practical use of the invention is to reduce the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid, provided due to the intermittent power supply of the phase electrodes of the heating chamber with the termination and resumption of transmission of electric current through the conductive fluid, respectively, at the beginning of its displacement from the heating chamber and at the end of filling the heating chamber with conductive liquid, as well as by performing the bottom of the heating minutes massive chamber of a material with high specific heat and high thermal conductivity and capacity in the heating chamber is reversibly heat exchange between the conductive liquid and the bottom of said chamber to the inlet to the bottom of the heating chamber from an external low power a source of thermal energy of an amount of heat sufficient to maintain a temperature in the conductive liquid not lower than the boiling point of the specified liquid, and to ensure further displacement of the conductive liquid from the heating chamber after the cessation of transmission of electric current through it only with the help of the vapor pressure energy generated above the conductive liquid for account specified maintaining the temperature of the latter. The exclusion of electric heating of the conductive fluid during its displacement from the heating chamber after the cessation of transmission of electric current through the fluid provides the specified reduction in energy costs. At the same time, the technical result is an increase in the volumetric supply of heated liquid to the discharge line (i.e., the productivity of a device like a pump), which is ensured by creating in the bottom part of the heating chamber between the bottom of the last and lower ends of the phase electrodes a zone of intense electric heating of the conductive liquid, allowing to reduce the time of heating the liquid to the boiling point necessary to start vaporization and subsequent displacement of the liquid from the heating chamber to the discharge line, which, in turn, allows you to increase the frequency of duty cycles in the heating chamber and, accordingly, the indicated volumetric flow of heated fluid into the discharge line. An increase in the volumetric supply of heated liquid at the device outlet (in the discharge line) is also ensured by the effective use of the entire working volume of the heating chamber in it, which is achieved by providing the possibility of displacing the conductive fluid from the entire working cavity of the heating chamber. At the same time, an increase in the volumetric supply of heated liquid to the discharge line expands the scope of the device and, at the same time, reduces the specific cost of electricity for heating and injection of conductive fluid per unit volume (e.g. 1 m) of heated liquid coming from the heating chamber to the discharge line. In addition, the reduction of the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid is also achieved by eliminating the inherent in the prototype of the claimed device of irrational costs of electricity for heating and injection of conductive fluid lost due to the loss of heat leaving in the device known from the prototype into the environment through the walls of the heating chamber. The specified reduction in the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid, achieved through the use of intermittent transmission of electric current through the conductive fluid, creating a reversible heat transfer process between the conductive fluid and the bottom of the specified chamber in the heating chamber with the supply of heat to the bottom of the heating chamber from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive fluid not lower than its boiling point, as well as by creating constant part of the heating zone an intensive electric heating chamber of conductive liquid and exclusion of heat leak through the heating chamber wall into the environment, according to the calculated data may be not less than 40% of the electricity consumption, which occur in the prior art of the claimed device. This provides a significant increase in the efficiency of the process of heating and injection of a conductive fluid and an increase in the operating efficiency and, accordingly, the efficiency of a device for heating and injection of a conductive fluid, thereby increasing the efficiency and efficiency of a heat generating installation in which the said device is the main working body.
Другим техническим результатом является исключение необходимости имеющей место в прототипе заявленного устройства установки электродов на всю высоту нагревательной камеры с обеспечением герметичного прохода фазного электрода через крышку и днище нагревательной камеры, за счет чего упрощается конструкция и изготовление устройства и снижается его вес и стоимость. При этом повышается надежность работы устройства за счет исключения присущей прототипу возможности нарушения герметичности днища нагревательной камеры в месте прохода через него фазного электрода. Кроме того, техническим результатом является исключение при работе устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости возможности поступления пара в линию нагнетания нагретой токопроводящей жидкости и исключение связанной с этим нежелательной пульсации давления в указанной линии, за счет чего также обеспечивается повышение надежности работы указанного устройства и, соответственно, повышение надежности работы теплогенерирующей установки. Another technical result is the elimination of the need for a place in the prototype of the claimed device for installing electrodes to the entire height of the heating chamber with a tight passage of the phase electrode through the cover and bottom of the heating chamber, which simplifies the design and manufacture of the device and reduces its weight and cost. This increases the reliability of the device by eliminating the inherent prototype of the possibility of violating the tightness of the bottom of the heating chamber at the passage through it of a phase electrode. In addition, the technical result is the exclusion during operation of the device for heating and injection of conductive fluid, the possibility of steam entering the discharge line of the heated conductive fluid and the elimination of the undesirable pressure pulsation in the specified line, which also improves the reliability of the specified device and, accordingly , increasing the reliability of the heat generating installation.
Выполнение теплогенерирующей установки с бесконтактным теплообменником типа «жидкость-жидкость», снабженным контуром греющей и контуром нагреваемой среды, обеспечивает возможность работы установки с нагревом токопроводящей
жидкости в рабочей полости нагревательной камеры до высокой температуры - порядка 150-200°С, обеспечивающей высокий КПД установки, и позволяет подключать при этом к установке различные теплопотребляющие устройства, для работы которых требуется подвод теплоносителя со значительно меньшей температурой - порядка 70-90°С. The implementation of a heat-generating installation with a non-contact liquid-liquid heat exchanger, equipped with a heating circuit and a heated medium circuit, makes it possible to operate the system with heating conductive liquid in the working cavity of the heating chamber to a high temperature of about 150-200 ° C, providing a high efficiency of the installation, and allows you to connect to the installation of various heat-consuming devices, the operation of which requires the supply of a coolant with a significantly lower temperature - of about 70-90 ° C .
Снабжение теплогенерирующей установки устройством для автоматической подпитки теплоносителем, устройством для автоматического газоудаления, устройством стабилизации давления, предохранительными клапанами и шламоуловителем обеспечивает возможность эффективной, безопасной и надежной работы установки в автоматическом режиме без присутствия обслуживающего персонала. Вместе с тем, снабжение установки блоком питания и управления и датчиками температуры обеспечивает возможность оптимизации затрат электроэнергии на работу установки за счет поддержания в автоматическом режиме заданной температуры теплоносителя в линии подвода исходной токопроводящей жидкости, и/или на входе теплопотребляющего устройства, и/или температуры воздуха в помещении, обогреваемом с помощью данного теплопотребляющего устройства. Кроме того, снабжение установки малогабаритным автономным источником питания, рассчитанным на заданное время работы нагревательной камеры, обеспечивает возможность работы установки в течение указанного времени в случае внезапного отключения электроснабжения основного источника питания рабочих электродов нагревательной камеры. Providing the heat-generating installation with a device for automatically feeding coolant, a device for automatic gas removal, a pressure stabilization device, safety valves and a sludge trap enables efficient, safe and reliable operation of the installation in automatic mode without the presence of maintenance personnel. At the same time, supplying the installation with a power and control unit and temperature sensors makes it possible to optimize the energy costs of the installation by automatically maintaining the set temperature of the coolant in the supply line of the source conductive fluid, and / or at the inlet of the heat-consuming device, and / or air temperature in a room heated by this heat-consuming device. In addition, supplying the installation with a small-sized autonomous power source, designed for a given time of operation of the heating chamber, provides the possibility of operation of the installation during the specified time in the event of a sudden outage of the main power supply of the working electrodes of the heating chamber.
Заявленное устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости служит для осуществления заявленного способа нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, причем способ и устройство по настоящему изобретению вместе взятые образуют единый изобретательский замысел, поскольку направлены на решение одной и той же задачи - повышение эффективности процесса нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и повышение эффективности и надежности работы устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и позволяют получить одинаковый технический результат - снижение затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости. В связи с этим, указанные способ и устройство соответствуют требованию единства изобретения. The claimed device for heating and injecting a conductive fluid is used to implement the claimed method of heating and injecting a conductive fluid, the method and device of the present invention taken together form a single inventive concept, since they are aimed at solving the same problem - increasing the efficiency of the heating and injecting conductive liquids and increasing the efficiency and reliability of the device for heating and pumping conductive liquid and allow one to obtain a different technical result is a reduction in the cost of electricity for heating and pumping a conductive fluid. In this regard, these method and device meet the requirement of unity of invention.
Вместе с тем, заявленное устройство Используется как часть целого в заявленной теплогенерирующей установке и при этом образует вместе с последней единый
изобретательский замысел, поскольку использование заявленного устройства в указанной установке придает последней положительные технические качества, заложенные в заявленном устройстве, а именно: повышение эффективности и надежности работы предлагаемой установки за счет повышения эффективности и надежности работы входящего в нее как часть целого заявленного устройства, а также снижение массы и габаритов заявленной установки за счет снижения массы и габаритов заявленного устройства. В связи с этим, указанные устройство и установка, также соответствуют требованию единства изобретения. However, the claimed device is used as part of the whole in the claimed heat-generating installation and at the same time forms together with the latter a single inventive concept, since the use of the claimed device in the specified installation gives the latter positive technical qualities inherent in the claimed device, namely: increasing the efficiency and reliability of the proposed installation by increasing the efficiency and reliability of the work included as part of the whole claimed device, as well as reducing the mass and dimensions of the claimed installation by reducing the weight and dimensions of the claimed device. In this regard, the specified device and installation also meet the requirement of the unity of the invention.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: The invention is illustrated by drawings, which depict:
- на фиг.1 - общий вид устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости; - figure 1 is a General view of a device for heating and pumping a conductive fluid;
- на фиг.2 - вариант выполнения нижней части нагревательной камеры устройства с встроенным в днище выпускным клапаном; - figure 2 is an embodiment of the lower part of the heating chamber of the device with a discharge valve integrated in the bottom;
- на фиг.З - общий вид теплогенерирующей установки; - Fig.Z is a general view of a heat generating installation;
- на фиг.4 - сечение А-А на фиг.З; - figure 4 is a section aa in Fig.Z;
- на фиг.5 - устройство для автоматического газоудаления. - figure 5 is a device for automatic gas removal.
Осуществление изобретения The implementation of the invention
Согласно изобретению устройство дл нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости содержит герметичную электродную нагревательную камеру 1 (фиг.1) с внутренней рабочей полостью 2, заполненной токопроводящей жидкостью, например, водой, трубчатым корпусом 3, установленным в вертикальном или близком к вертикальному положении, днищем 4, крышкой 5, выходным отверстием 6, нулевым электродом 7 и одним или несколькими фазными электродами 8. Нулевой электрод 7 снабжен нулевой клеммой 9, соединенной с заземлением (не показано), а каждый из фазных электродов 8 установлен внутри корпуса 3 и закреплен на продольном электрододержателе 10, снабженном фазной клеммой 1 1 и изоляционной втулкой 12. Нагревательная камера 1 соединена своей верхней частью через впускной обратный клапан 13 с линией 14 подвода исходной токопроводящей жидкости, а нижней частью - через выходное отверстие 6х и выпускной обратный клапан 15 с линией 16 нагнетания нагретой токопроводящей жидкости. Для обеспечения полного вытеснения токопроводящей жидкости из рабочей полости 2 выходное отверстие 6 нагревательной камеры 1 выполнено в днище 4 последней (фиг.2,3), предпочтительно на оси камеры
1, или в корпусе 3 последней (фиг.1) с примыканием к днищу 4 нагревательной камеры 1. Крышка 5 может быть выполнена из прочного и термостойкого диэлектрического материала или из металла. According to the invention, a device for heating and injecting a conductive fluid comprises a sealed electrode heating chamber 1 (FIG. 1) with an internal working cavity 2 filled with a conductive fluid, for example, water, a tubular body 3 installed in a vertical or close to vertical position, bottom 4, a cover 5, an outlet 6, a zero electrode 7 and one or more phase electrodes 8. The zero electrode 7 is equipped with a zero terminal 9 connected to ground (not shown), and each of the phase electrode Ovs 8 is installed inside the housing 3 and mounted on a longitudinal electrode holder 10, equipped with a phase terminal 1 1 and an insulating sleeve 12. The heating chamber 1 is connected with its upper part through the inlet check valve 13 to the line 14 for supplying the initial conductive fluid, and the lower part through the outlet 6 x and an exhaust check valve 15 with a discharge line 16 for the injection of heated conductive fluid. To ensure complete displacement of the conductive fluid from the working cavity 2, the outlet 6 of the heating chamber 1 is made in the bottom 4 of the latter (Fig.2,3), preferably on the axis of the chamber 1, or in the housing 3 of the latter (Fig. 1) adjacent to the bottom 4 of the heating chamber 1. The cover 5 can be made of durable and heat-resistant dielectric material or metal.
Для снижения затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости нагревательная камера 1 выполнена с обеспечением возможности прерывистого режима питания фазных электродов 8, для чего электроды 7 и 8 снабжены блоком питания и управления 17, к которому подключены нулевая 9 и фазная 11 клеммы указанных электродов, а нагревательная камера 1 снабжена датчиком 18 уровня токопроводящей жидкости, установленным в ее верхней части на высоте h относительно днища 4, составляющей 0,7-1,0 высоты Н рабочей полости 2 нагревательной камеры 1 , и подключенным своим выходом ко входу блока питания и управления 17. При этом блок питания и управления 17 выполнен с возможностью отключения и включения питания фазных электродов 8 при получении от датчика уровня 18 сигнала о прохождении уровнем токопроводящей жидкости указанного датчика, соответственно, при вытеснении токопроводящей жидкости из нагревательной камеры 1 и при заполнении последней токопроводящей жидкостью. Вместе с тем, блок питания и управления 17 выполнен с возможностью питания фазных электродов 8 переменным электрическим током и на своем выходе может иметь одну рабочую фазу «А» (фиг.З) - при установке в нагревательной камере 1 одного или нескольких фазных электродов 8 с однофазным питанием или три рабочие фазы «А», «В» и «С» - при установке в нагревательной камере 1 трех или более фазных электродов 8 с трехфазным питанием. To reduce the cost of electricity for heating and injection of conductive fluid, the heating chamber 1 is configured to intermittently power the phase electrodes 8, for which the electrodes 7 and 8 are equipped with a power supply and control unit 17, to which the zero 9 and phase 11 terminals of the indicated electrodes are connected, and the heating chamber 1 is equipped with a sensor 18 of a level of conductive liquid installed in its upper part at a height h relative to the bottom 4, comprising 0.7-1.0 height H of the working cavity 2 of the heating chamber 1, and p By connecting its output to the input of the power and control unit 17. At the same time, the power and control unit 17 is configured to turn off and turn on the power of the phase electrodes 8 when a signal is received from the level sensor 18 that the level of the conductive liquid has passed through the specified sensor, respectively, when the conductive fluid is forced out of heating chamber 1 and when filling with the last conductive fluid. At the same time, the power supply and control unit 17 is configured to supply the phase electrodes 8 with alternating electric current and may have one working phase “A” at its output (FIG. 3) - when one or more phase electrodes are installed in the heating chamber 1 for 8 s single-phase power supply or three working phases “A”, “B” and “C” - when three or more phase electrodes 8 with three-phase power are installed in the heating chamber 1.
В целях снижения затрат электроэнергии на питание фазных электродов 8 рекомендуется увеличивать высоту h установки датчика уровня 18 относительно днища 4 вплоть до значения h=H, при котором датчик уровня 18 устанавливается в крышке 5 нагревательной камеры 1 или в верхней торцевой части корпуса 3, что обеспечивает максимальное снижение указанных затрат электроэнергии. При этом минимальное значение указанной высоты h задано равным 0,7 высоты Н рабочей полости 2 с учетом того, что при уменьшении высоты h ниже 0,7Н резко возрастают затраты электроэнергии на питание фазных электродов 8 без существенного повышения температуры токопроводящей жидкости и/или ее объемной подачи в линию нагнетания 16.
В нагревательной камере 1 предусмотрены конструктивные меры, обеспечивающие возможность вытеснения токопроводящей жидкости из рабочей полости 2 при отсутствии электронагрева токопроводящей жидкости, имеющем место после срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8. Для этого нагревательная камера 1 выполнена с обеспечением возможности реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем 4 с передачей теплоты от токопроводящей жидкости к днищу 4 в процессе пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость до момента срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8 и передачей теплоты в обратном направлении - от днища 4 к токопроводящей жидкости при дальнейшем опускании уровня последней после срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8. При этом днище 4 снабжено внешним источником 19 тепловой энергии, тепловая мощность которого в несколько раз меньше тепловой мощности, вырабатываемой при пропускании тока между электродами 7 и 8. Источник 19 выполнен предпочтительно в виде плоского электронагревателя, закрепленного на наружной поверхности днища 4 предпочтительно с нижней стороны последнего. Для обеспечения возможности минимизации затрат энергии на работу внешнего источника тепла 19 днище 4 выполнено массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью, причем массу днища 4 при проектировании устройства задают максимально возможной по величине, исходя из заданных габаритных и весовых показателей устройства. При этом масса днища 4 и удельная теплоемкость материала, используемого для его изготовления, а также тепловая мощность внешнего источника 19 тепловой энергии задаются на основе расчетных и/или экспериментальных данных с обеспечением возможности передачи от днища 4 к токопроводящей жидкости количества теплоты, достаточного для поддержания температуры указанной жидкости не ниже температуры ее кипения после срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8 при минимальных затратах энергии источника 19 тепловой энергии. In order to reduce the cost of electricity for feeding the phase electrodes 8, it is recommended to increase the installation height h of the level sensor 18 relative to the bottom 4 up to the value h = H, at which the level sensor 18 is installed in the cover 5 of the heating chamber 1 or in the upper end part of the housing 3, which ensures maximum reduction of the indicated energy costs. In this case, the minimum value of the indicated height h is set equal to 0.7 of the height H of the working cavity 2, taking into account the fact that with a decrease in height h below 0.7 N, the energy consumption for supplying the phase electrodes 8 sharply increases without a significant increase in the temperature of the conductive liquid and / or its bulk feed to the discharge line 16. In the heating chamber 1, structural measures are provided that allow the conductive fluid to be displaced from the working cavity 2 in the absence of electrical heating of the conductive fluid, which takes place after the level sensor 18 is activated to turn off the power of the phase electrodes 8. For this, the heating chamber 1 is designed to allow reverse heat exchange between the conductive liquid and bottom 4 with the transfer of heat from the conductive liquid to the bottom 4 in the process of passing an electric current through t conductive liquid until the level 18 sensor trips to turn off the power of the phase electrodes 8 and transfers heat in the opposite direction - from the bottom 4 to the conductive liquid when the level drops last after the level 18 sensor goes off to turn off the power of the phase electrodes 8. At the same time, the bottom 4 is equipped with an external a source of thermal energy 19, the thermal power of which is several times less than the thermal power generated by passing current between the electrodes 7 and 8. The source 19 is preferably made in de flat electric heater mounted on the outer surface of the bottom 4 preferably from the bottom side of the latter. To ensure that energy costs for operating an external heat source can be minimized 19, the bottom 4 is made massive of a material with high specific heat capacity and high thermal conductivity, and the mass of the bottom 4 when designing the device is set to the maximum possible value, based on the specified overall and weight parameters of the device. The mass of the bottom 4 and the specific heat of the material used for its manufacture, as well as the thermal power of the external heat source 19 are set on the basis of calculated and / or experimental data with the possibility of transferring from the bottom 4 to the conductive liquid enough heat to maintain the temperature of the specified liquid is not lower than its boiling point after the level sensor 18 is triggered to turn off the power of the phase electrodes 8 at the minimum energy consumption of the heat source 19 ii.
Для обеспечения возможности осуществления реверсивного теплообмена в нагревательной камере 1 в момент прекращения пропускания тока через токопроводящую жидкость, соответствующий срабатыванию датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8, количество теплоты в днище 4, необходимое для обеспечения реверса теплообмена с последующей передачей теплоты
6 To enable reversible heat transfer in the heating chamber 1 at the moment of stopping the passage of current through the conductive fluid, corresponding to the actuation of the level sensor 18 to turn off the power of the phase electrodes 8, the amount of heat in the bottom 4, necessary to ensure reverse heat transfer with subsequent transfer of heat 6
22 22
от днища 4 к токопроводящей жидкости, должно превышать количество теплоты в токопроводящей жидкости. Данное условие имеет следующее математическое выражение: from the bottom 4 to the conductive fluid, must exceed the amount of heat in the conductive fluid. This condition has the following mathematical expression:
Qa+ QK+ q > Q>K+ ((Зж+ QK+ Q^, (1 ) где Qa- количество теплоты, накопленное в днище 4 до момента срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8; Q a + QK + q>Q> K + ( ( З ж + Q K + Q ^, (1) where Q a is the amount of heat accumulated in the bottom 4 until the level sensor 18 responds to power off the phase electrodes 8;
QK - количество теплоты, накопленное в корпусе 3, крышке 5, фазных электродах 8 и их электрод о держателях 10 до момента срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8; Q K is the amount of heat accumulated in the housing 3, the cover 5, the phase electrodes 8 and their electrode on the holders 10 until the level sensor 18 responds to power off the phase electrodes 8;
q - количество теплоты, получаемое днищем 4 от внешнего источника 19 тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения; q is the amount of heat received by the bottom 4 from an external source of thermal energy 19 to maintain the temperature of the conductive liquid not lower than its boiling point;
( ж - количество теплоты в токопроводящей жидкости в момент срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8; ( g - the amount of heat in the conductive fluid at the time of the sensor level 18 to turn off the power of the phase electrodes 8;
к- определяемый теоретическим и/или экспериментальным путем коэффициент теплопотерь, учитывающий количество теплоты, теряемой в результате ее рассеивания в процессе теплообмена между токопроводящей жидкостью и конструктивными элементами нагревательной камеры 1. По расчетным данным величина к колеблется в пределах 0,01-0,05 в зависимости от степени тепловой изоляции нагревательной камеры 1. k - the coefficient of heat loss determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation during heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber 1. According to the calculated data, the value of k ranges from 0.01-0.05 in depending on the degree of thermal insulation of the heating chamber 1.
После раскрытия параметров Qa, QK, q и Q>K выражение (1) принимает следующий вид: After the parameters Q a , Q K , q and Q> K are expanded, expression (1) takes the following form:
сМя Ati(l-k) + сМк Ati(l-k) + сМд At2 > сжМж At^l+k), (2) где с - удельная теплоемкость металла, из которого изготовлены корпус 3, днище 4, крышка 5, фазные электроды 8 и электродо держатели 10 нагревательной камеры 1; cm i Ati (lk) + cm to Ati (lk) + cm d At 2 > s x M x At ^ l + k), (2) where c is the specific heat of the metal of which the body 3, bottom 4, cover are made 5, phase electrodes 8 and electrode holders 10 of the heating chamber 1;
Мд - масса днища 4 нагревательной камеры 1 ; M d - the mass of the bottom 4 of the heating chamber 1;
Δίι - величина изменения температуры в нагревательной камере 1 ; Δίι is the magnitude of the temperature change in the heating chamber 1;
Мк - суммарная масса корпуса 3, крышки 5, фазных электродов 8 и электродо держателей 10 нагревательной камеры 1 ; M to - the total mass of the housing 3, cover 5, phase electrodes 8 and electrode holders 10 of the heating chamber 1;
Δι2 - величина изменения температуры днища нагревательной камеры при его нагреве от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения; Δι 2 - the magnitude of the change in temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive liquid is not lower than its boiling point;
сж - удельная теплоемкость используемой токопроводящей жидкости;
Мж - масса токопроводящей жидкости, находящейся в рабочей полости 2 в момент срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8. with w - the specific heat of the used conductive fluid; M W - the mass of conductive fluid located in the working cavity 2 at the time of the level sensor 18 to turn off the power of the phase electrodes 8.
Входящая в выражение (2) масса жидкости определяется выражением: The mass of liquid included in expression (2) is determined by the expression:
Мж = р(8п-Уэ), (3) M w = p (8n-y e ), (3)
где р - плотность используемой токопроводящей жидкости; where p is the density of the used conductive fluid;
S - площадь поперечного сечения рабочей полости 2 нагревательной камеры 1 ; V3 - объем фазных электродов 8 и частей их электродо держателей 10, находящихся в токопроводящей жидкости в момент срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8. S is the cross-sectional area of the working cavity 2 of the heating chamber 1; V 3 is the volume of the phase electrodes 8 and parts of their electrode holders 10 located in the conductive liquid at the moment the level sensor 18 is triggered to turn off the power of the phase electrodes 8.
Как следует из выражений (2) и (3), задаваемая величина массы днища 4 должна соответствовать следующему условию: As follows from the expressions (2) and (3), the set value of the mass of the bottom 4 should correspond to the following condition:
Мд>[(1 +k)(Sh-V3)pC)K/c - (1 -k)MK]/(l -k+At2/At . (4) Возьмем для примера нагревательную камеру 1 с одним осевым фазным электродом 8 (фиг.1), имеющую диаметр и площадь S поперечного сечения полости 2, соответственно 90мм и 6359мм , высоту Н рабочей полости 2, равную 170мм, и высоту h установки датчика уровня 18 относительно днища 4, равную 150мм, что составляет 0,88Н. Днище 4 изготовлено из стали с удельной теплоемкостью, равной 0,50кДж/(кг °С), а в качестве токопроводящей жидкости используется вода с плотностью, равной 10"6кг/мм3, и удельной теплоемкостью, равной 4,18кДж/(кг °С). Суммарная масса Мк конструктивных элементов нагревательной камеры 1 составляет 5,31кг, а объем V3 фазных электродов 8 и частей их электрододержателей 10, находящихся в токопроводящей жидкости при расположении уровня последней на уровне датчика 18, составляет 15% от объема токопроводящей жидкости, соответствующего указанному уровню ее расположения (V3=0,15Sh). Величину изменения температуры At в нагревательной камере 1 зададим равной 135°С, а величину изменения температуры At2 днища 4 в результате его нагрева от источника 19 - равной 20°С. Подставив заданные параметры в выражение (4) и приняв коэффициент теплопотерь к равным 0,02, найдем требуемую величину массы днища 4 для такой нагревательной камеры - Мд> 1 ,52кг. M d > [(1 + k) (Sh-V 3 ) p C) K / c - (1 -k) M K ] / (l -k + At 2 / At. (4) Take for example the heating chamber 1 with one axial phase electrode 8 (Fig. 1), having a diameter and a cross-sectional area S of the cavity 2, respectively 90 mm and 6359 mm, a height H of the working cavity 2, equal to 170 mm, and a height h of installing the level sensor 18 relative to the bottom 4, equal to 150 mm, which is 0.88 N. The bottom 4 is made of steel with a specific heat capacity of 0.50 kJ / (kg ° C), and water with a density of 10 "6 kg / mm 3 and a specific heat capacity equal to 4.18 kJ / (kg ° C). C the total mass M of the structural elements of the heating chamber 1 is 5.31 kg, and the volume V 3 of the phase electrodes 8 and parts of their electrode holders 10 located in the conductive liquid when the level of the latter is at the level of the sensor 18 is 15% of the volume of the conductive liquid corresponding to the specified the level of its location (V 3 = 0.15Sh). The value of the change in temperature At in the heating chamber 1 will be set equal to 135 ° C, and the value of the change in temperature At 2 of the bottom 4 as a result of its heating from the source 19 is equal to 20 ° C. Substituting the specified parameters into expression (4) and taking the heat loss coefficient to equal 0.02, we find the required value of the mass of the bottom 4 for such a heating chamber - M d > 1, 52 kg.
Для снижения затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости и обеспечения возможности увеличения в необходимых пределах величины объемной подачи нагретой токопроводящей жидкости в линию нагнетания 16 нагревательная камера 1 выполнена с возможностью создания в ее придонной части
зоны 20 интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости, расположенной между днищем 4 и нижними торцами фазных электродов 8. Для этого днище 4 нагревательной камеры 1 служит нулевым электродом 7 вместе с корпусом 3 или без последнего, а фазные электроды 8 размещены в нагревательной камере 1 таким образом, что нижние торцы указанных электродов обращены к днищу 4. При этом суммарная площадь S3 поверхности нижних торцов фазных электродов 8 выбрана из условия 0,4<Sa S<0,9, расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов 8 и днищем 4 задано из условия 0,10 1г/Н<0,35, а нагревательная камера 1 выполнена с цилиндрической формой ее рабочей полости 2, высота Н и диаметр d которой соответствуют условию 1,0< H/d<2,0. To reduce the cost of electricity for heating and injection of a conductive fluid and to provide the possibility of increasing, within the required limits, the volumetric supply of heated conductive fluid to the discharge line 16, the heating chamber 1 is configured to create a bottom part zone 20 of intense electric heating of the conductive fluid located between the bottom 4 and the lower ends of the phase electrodes 8. For this, the bottom 4 of the heating chamber 1 serves as the zero electrode 7 with or without the housing 3, and the phase electrodes 8 are placed in the heating chamber 1 so that the lower ends of the indicated electrodes face the bottom 4. In this case, the total surface area S 3 of the lower ends of the phase electrodes 8 is selected from the condition 0.4 <Sa S <0.9, the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 is specified from ovium 0.10 1 g / N <0.35, and the heating chamber 1 is made with a cylindrical shape of its working cavity 2, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 <H / d <2.0.
Суммарная площадь S3 поверхности нижних торцов фазных электродов 7 выбрана из условия 0,4<S3/S<0,9 с учетом того, что при S3<0,4S резко снижается скорость нагрева жидкости в полости 2 камеры 1, а при S3>0,9S резко возрастает гидравлическое сопротивление, создаваемое фазными электродами 7 на пути движения нагретой жидкости и пара из придонной зоны 20 интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости в верхнюю часть рабочей полости 2 камеры 1, что замедляет процесс теплообмена между нагретой жидкостью, находящейся в зоне 20, и более холодной жидкостью, находящейся выше фазных электродов 8, и в конечном итоге также приводит к снижению скорости нагрева жидкости в полости 2 камеры 1 и, вместе с тем, к снижению температуры жидкости на выходе устройства - в линии нагнетания 16. В свою очередь, снижение скорости нагрева жидкости в полости 2 камеры 1 увеличивает время нагрева жидкости до кипения и время вытеснения жидкости из полости 2 в линию нагнетания 16, что приводит к снижению частоты рабочих циклов вытеснения жидкости из камеры 1 и, соответственно, к снижению объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания 16. Вместе с тем, увеличение времени нагрева жидкости до кипения и времени вытеснения жидкости из полости 2 вызывает повышение затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости. В свою очередь, указанное снижение объемной подачи нагретой жидкости и повышение затрат электроэнергии вызывает снижение эффективности работы устройства. The total surface area S 3 of the surface of the lower ends of the phase electrodes 7 is selected from the condition 0.4 <S 3 / S <0.9, taking into account the fact that when S 3 <0.4S, the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of chamber 1 decreases sharply, and when S 3 > 0.9S sharply increases the hydraulic resistance created by the phase electrodes 7 in the path of movement of the heated liquid and steam from the bottom zone 20 of intense electric heating of the conductive liquid to the upper part of the working cavity 2 of the chamber 1, which slows down the heat transfer process between the heated liquid in the zone 20, and colder liquid located above the phase electrodes 8, and ultimately also leads to a decrease in the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of the chamber 1 and, at the same time, to a decrease in the temperature of the liquid at the outlet of the device in the discharge line 16. In turn, the decrease in the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of the chamber 1 increases the time of heating the liquid to boiling and the time of displacement of the liquid from the cavity 2 to the discharge line 16, which leads to a decrease in the frequency of working cycles of displacement of the liquid from the chamber 1 and, accordingly, to a decrease in the volumetric supply of heated liquid to iniyu discharge 16. At the same time, increased fluid heating time and the boiling time and the displacement fluid from the cavity 2 causes an increase in electricity consumption for heating and whipping the conductive liquid. In turn, the indicated decrease in the volumetric supply of heated liquid and an increase in the cost of electricity causes a decrease in the efficiency of the device.
При величине расстояния h3 между нижними торцами фазных электродов 8 и днищем 4 нагревательной камеры 1 h3<0,10H объем зоны 20 интенсивного
электронагрева токопроводящей жидкости снижается до недопустимого значения, при котором, также как и при S3<0,4S, резко снижается скорость нагрева жидкости в полости 2 камеры 1, что приводит к недопустимому увеличению времени нагрева жидкости до кипения и времени вытеснения жидкости из полости 2 в линию нагнетания 16, и связанному с этим снижению до недопустимого уровня частоты рабочих циклов вытеснения жидкости из камеры 1 и, соответственно, к недопустимому снижению уровня объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания 16 и повышению затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости. Вместе с тем, при уменьшении указанного расстояния h3 ниже значения О, ЮН возможно возникновение электрического пробоя между электродами 7 и 8, способного нарушить нормальную работу устройства и вывести его из строя. В то же время, нецелесообразно увеличивать указанное расстояние h3 выше значения 0,35Н, поскольку йри h>0,35H объем зоны 20 интенсивного нагрева токопроводящей жидкости увеличивается до недопустимого значения, при котором, также как и при h<0,10H, резко снижается скорость нагрева жидкости в полости 2 камеры 1 , что приводит к снижению частоты рабочих циклов в камере 1 и объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания 16 и повышению затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, в результате чего снижается эффективность работы устройства. When the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 of the heating chamber 1 h 3 <0.10H the volume of the zone 20 of the intense the electric heating of the conductive liquid decreases to an unacceptable value, at which, as with S 3 <0.4S, the rate of heating of the liquid in the cavity 2 of the chamber 1 sharply decreases, which leads to an unacceptable increase in the time of heating the liquid to boiling and the time of displacement of the liquid from the cavity 2 to the discharge line 16, and the associated reduction to an unacceptable level of the frequency of the operating cycles of liquid displacement from the chamber 1 and, accordingly, to an unacceptable decrease in the volumetric flow rate of the heated liquid into the discharge line 16 and an increase in power expenditure for heating and whipping the conductive liquid. However, with a decrease in the specified distance h 3 below the value of О, UN, electrical breakdown between the electrodes 7 and 8 may occur, which can disrupt the normal operation of the device and disable it. At the same time, it is impractical to increase the indicated distance h 3 above the value of 0.35N, since yri h> 0.35H the volume of the zone 20 of intensive heating of the conductive liquid increases to an unacceptable value, at which, as with h <0.10H, the rate of heating the fluid in the cavity 2 of the chamber 1 is reduced, which leads to a decrease in the frequency of duty cycles in the chamber 1 and the volumetric supply of heated fluid to the discharge line 16 and an increase in the cost of electricity for heating and pumping a conductive fluid, thereby reducing the efficiency of Ota device.
Высота Н и диаметр d рабочей полости 2 нагревательной камеры 1 заданы из условия 1,0< H/d<2,0 с учетом того, при H/d>2,0 замедляется до недопустимого значения время замещения холодной токопроводящей жидкости, находящейся в верхней части рабочей полости 2, горячей токопроводящей жидкостью, поднимающейся из зоны 20 интенсивного нагрева токопроводящей жидкости, что также, как и при S3>0,9S, замедляет процесс теплообмена между нагретой жидкостью, находящейся в зоне 20, и более холодной жидкостью, находящейся выше фазных электродов 8, и в конечном итоге приводит к снижению скорости нагрева жидкости в рабочей полости 2 камеры 1 и, соответственно, к снижению частоты рабочих циклов вытеснения жидкости из камеры 1 и объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания 16. При величине отношения H/d< 1,0 высота h3 зоны 20 интенсивного нагрева токопроводящей жидкости недостаточна по величине . для организации в указанной зоне с требуемой эффективностью процесса интенсивного нагрева токопроводящей жидкости.
Для обеспечения возможности создания в рабочей полости 2 давления пара, достаточного по величине для вытеснения токопроводящей жидкости в линию нагнетания 16, а также для устранения возможных колебаний затвора выпускного клапана 15 в линии нагнетания 16 установлен подпорный дроссель 21, расположенный после выпускного клапана 15 по ходу движения токопроводящей жидкости и вблизи от указанного клапана. Дроссель 21 выполнен в виде жиклера с сужающимся в направлении движения токопроводящей жидкости поперечным сечением. Угол конусности сужающейся части дросселя 21 и диаметр следующего за сужающейся частью выходного отверстия подбираются расчетным и/или экспериментальным путем с обеспечением указанного выше давления пара в рабочей полости 2. The height H and the diameter d of the working cavity 2 of the heating chamber 1 are set from the condition 1.0 <H / d <2.0, taking into account that when H / d> 2.0, the replacement time of the cold conductive liquid located in the upper part of the working cavity 2, a hot conductive fluid rising from the area 20 of intensive heating of the conductive fluid, which, as well as at S 3 > 0.9S, slows down the heat transfer process between the heated fluid in zone 20 and the colder fluid above phase electrodes 8, and ultimately lead leads to a decrease in the rate of heating of the liquid in the working cavity 2 of the chamber 1 and, accordingly, to a decrease in the frequency of the operating cycles of displacing the liquid from the chamber 1 and the volumetric supply of heated liquid to the discharge line 16. When the ratio H / d <1,0, the height h 3 zones 20 intensive heating of the conductive fluid is insufficient in magnitude. for organizing in the specified zone with the required efficiency of the process of intensive heating of the conductive fluid. To ensure the possibility of creating a vapor pressure in the working cavity 2 that is large enough to displace the conductive fluid into the discharge line 16, as well as to eliminate possible oscillations of the shutter of the exhaust valve 15, a backup throttle 21 is installed in the discharge line 16, located downstream of the exhaust valve 15 conductive fluid and close to the specified valve. The throttle 21 is made in the form of a jet with a cross section tapering in the direction of movement of the conductive fluid. The taper angle of the tapering part of the throttle 21 and the diameter of the outlet opening next to the tapering part are selected by calculation and / or experimentally with the above-mentioned vapor pressure in the working cavity 2.
Для обеспечения возможности регулирования количества теплоты, передаваемой от источника 19 к днищу 4, при выполнении внешнего источника 19 тепловой энергии в виде электронагревателя последний подключен к своему источнику питания (например, к электросети) через управляющий термостат 22, служащий для регулировки тепловой мощности источника 19. Термостат 22 снабжен датчиком температуры 23, установленным на днище 4 нагревательной камеры 1 и подключенным своим выходом ко входу термостата 22. To provide the ability to control the amount of heat transferred from the source 19 to the bottom 4, when the external heat source 19 is in the form of an electric heater, the latter is connected to its power source (for example, to the mains) through a control thermostat 22, which serves to adjust the thermal power of the source 19. The thermostat 22 is equipped with a temperature sensor 23 mounted on the bottom 4 of the heating chamber 1 and connected by its output to the input of the thermostat 22.
Наиболее важными для осуществления изобретения конструктивными параметрами нагревательной камеры 1 являются масса днища 4 нагревательной камеры 1, высота Н и диаметр d рабочей полости 2, величина отношения H/d, высота h, на которой установлен датчик уровня 18 относительно днища 4, расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов 8 и днищем 4 нагревательной камеры 1, величина отношения суммарной площади S3 нижних торцов фазных электродов 8 к площади S поперечного сечения рабочей полости 2 камеры 1 , вмещающий токопроводящую жидкость объем зоны 20 интенсивного электронагрева, весь объем рабочей полости 2 нагревательной камеры 1, вмещающий токопроводящую жидкость, толщина стенок корпуса 3, днища 4 й крышки 5 нагревательной камеры 1 if величина удельной теплоемкости материала, из которого изготовлены корпус 3, днище 4 и крышка 5. The most important structural parameters of the heating chamber 1 for carrying out the invention are the mass of the bottom 4 of the heating chamber 1, the height H and the diameter d of the working cavity 2, the ratio H / d, the height h at which the level sensor 18 is installed relative to the bottom 4, the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 of the heating chamber 1, the ratio of the total area S 3 of the lower ends of the phase electrodes 8 to the cross-sectional area S of the working cavity 2 of the chamber 1, containing the volume of the zone 20 intense electric heating, the entire volume of the working cavity 2 of the heating chamber 1 containing the conductive fluid, the wall thickness of the housing 3, the bottom of the 4th cover 5 of the heating chamber 1 if the specific heat capacity of the material from which the housing 3, the bottom 4 and the cover 5 are made.
Указанные конструктивные параметры нагревательной камеры 1, а также величина усилия открытия выпускного клапана 15, величина тепловой мощности источника 19 тепловой энергии, величина напряжения на электродах 7 и 8 нагревательной камеры 1 и величина силы тока между указанными электродами
задаются с обеспечением возможности кипения токопроводящей жидкости после отключения питания фазных электродов 8 при срабатывании датчика уровня 18 с образованием в полости 2 над токопроводящей жидкостью пара с давлением, достаточным по величине для дальнейшего вытеснения указанным паром токопроводящей жидкости из рабочей полости 2 в линию нагнетания 16 при заданной величине температуры и электропроводности исходной токопроводящей жидкости, поступающей из линии 14 в камеру 1 и гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания 16. Вместе с тем, с целью повышения эффективности работы и, соответственно, КПД устройства за счет снижения затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости, величина электропроводности токопроводящей жидкости, величина удельной теплоемкости материала, из которого выполнены днище 4, корпус 3 и крышка 5 нагревательной камеры 1 , величина гидравлического сопротивления выходного отверстия 6 нагревательной камеры 1, выпускного клапана 15, дросселя 21 и линии нагнетания 16, величина усилия открытия выпускного клапана 15 и указанные выше геометрические параметры нагревательной камеры 1, включая расстояние Ьэ между нижними торцами фазных электродов 8 и днищем 4 камеры 1, задаются с расчетом обеспечения заданной температуры и/или давления, и/или объемной подачи токопроводящей жидкости в линии нагнетания 16 с минимальными затратами электроэнергии на нагрев токопроводящей жидкости в рабочей полости 2 нагревательной камеры 1 и на нагнетание указанной жидкости из полости 2 в линию нагнетания 16 при заданной величине гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания 16. С этой же целью нагревательная камера 1 снабжена теплоизоляционным кожухом 24, снижающим утечки теплоты через стенки камеры 1 в окружающую среду. These design parameters of the heating chamber 1, as well as the magnitude of the opening force of the exhaust valve 15, the magnitude of the thermal power of the heat source 19, the magnitude of the voltage on the electrodes 7 and 8 of the heating chamber 1, and the magnitude of the current between the indicated electrodes are set with the possibility of boiling of the conductive liquid after turning off the power of the phase electrodes 8 when the level sensor 18 is triggered with the formation of a vapor in the cavity 2 above the conductive liquid with a pressure sufficient to further expel the conductive liquid from the working cavity 2 to the discharge line 16 at a given the temperature and conductivity of the original conductive fluid coming from line 14 to the chamber 1 and the hydraulic resistance to the flow of the heated conductive liquid provided from the discharge line 16. At the same time, in order to increase the efficiency of the device and, accordingly, the efficiency of the device by reducing the cost of electricity for heating and injection of the conductive fluid, the conductivity of the conductive fluid, the specific heat of the material from which the bottom 4, the housing 3 and the cover 5 of the heating chamber 1, the hydraulic resistance of the outlet 6 of the heating chamber 1, exhaust valve 15, throttle 21 and discharge line 16, the magnitude of the opening force of the exhaust valve 15 and the above geometric parameters of the heating chamber 1, including the distance b e between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4 of the chamber 1, are set with the expectation of ensuring a given temperature and / or pressure, and / or volumetric supply of conductive fluid to discharge line 16 with minimal energy consumption for heating the conductive fluid in the working cavity 2 of the heating chamber 1 and for pumping the specified fluid from the cavity 2 into the discharge line 16 at a given value hydraulic resistance to the flow of heated conductive fluid provided from the side of the discharge line 16. For the same purpose, the heating chamber 1 is equipped with a heat-insulating casing 24, which reduces heat leakage through the walls of the chamber 1 into the environment.
Для сохранения необходимой эффективности работы устройства при изменении величины гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания 16, что может иметь место, например, при изменении количества потребителей нагретой токопроводящей жидкости, подключаемых к линии нагнетания 16, выпускной клапан 15 может быть выполнен с регулируемым в заданных пределах усилием его открытия. Для этого клапан 15 может быть выполнен с возможностью регулировки предварительного натяга его пружины 25 (фиг.2) за счет осевого перемещения опоры 26 последней с
помощью вращающейся рукояти 27, соединенной осью 28 с опорой 26, при этом ось 28 имеет резьбовое соединение с нижней частью корпуса 29 клапана 15 и снабжена фиксирующей контргайкой 30. To maintain the required operating efficiency of the device when changing the hydraulic resistance to the flow of heated conductive fluid provided from the discharge line 16, which may occur, for example, when the number of consumers of heated conductive fluid connected to the discharge line 16 changes, the exhaust valve 15 can be made with adjustable within the specified limits the force of its opening. For this, the valve 15 can be configured to adjust the preload of its spring 25 (figure 2) due to the axial movement of the support 26 of the last using a rotating handle 27 connected by an axis 28 to a support 26, while the axis 28 has a threaded connection with the lower part of the housing 29 of the valve 15 and is equipped with a locking lock nut 30.
Для снижения гидравлического сопротивления потоку токопроводящей жидкости при вытеснении последней из нагревательной камеры 1 в выходное отверстие 6 внутренняя поверхность 31 (фиг.2) днища 4 может быть выполнена конусной с вершиной конуса, обращенной вниз, причем выходное отверстие 6 нагревательной камеры 1 и конусная поверхность 31 днища 4 выполнены соосно друг с другом и с корпусом 3 нагревательной камеры 1. При этом выпускной клапан 15 может быть размещен в днище 4 предпочтительно соосно с выходным отверстием 6, с возможностью перекрытия им выхода отверстия 6. To reduce hydraulic resistance to the flow of conductive fluid during the displacement of the latter from the heating chamber 1 into the outlet 6, the inner surface 31 (FIG. 2) of the bottom 4 can be made conical with the top of the cone facing downward, with the outlet 6 of the heating chamber 1 and the conical surface 31 the bottoms 4 are made coaxially with each other and with the housing 3 of the heating chamber 1. In this case, the exhaust valve 15 can be placed in the bottom 4, preferably coaxially with the outlet 6, with the possibility of overlapping them in 6 hole course.
Для повышения надежности работы и долговечности устройства электроды 7 и 8 выполнены из нержавеющей стали или любого другого электропроводного материала, стойкого к воздействию различных видов агрессивных токопроводящих жидкостей и ко всем видам электрокоррозии (особенно к межкристаллической коррозии), а изоляционные втулки 12 электродо держателей 10 выполнены из диэлектрического конструкционного материала, стойкого к воздействию агрессивных жидкостей и высокой температуры, например, из фторопласта, поликристаллических полимеров (полиэфирэфиркетон - текапик), применяемых при высоких температурах ( до 300° С), и т.п. To increase the reliability and durability of the device, the electrodes 7 and 8 are made of stainless steel or any other electrically conductive material that is resistant to various types of aggressive conductive fluids and to all types of electrocorrosion (especially to intergranular corrosion), and the insulating sleeves 12 of the electrode holders 10 are made of dielectric structural material resistant to aggressive liquids and high temperature, for example, from fluoroplastic, polycrystalline polymers (according to iefirefirketon - tekapik) used at high temperatures (up to 300 ° C), etc.
При выполнении нагревательной камеры 1 с одним фазным электродом 8 (фиг.1) последний расположен коаксиально к корпусу 3 нагревательной камеры 1, а при выполнении нагревательной камеры 1 с двумя и более фазными электродами 8 последние размещены равномерно по объему нагревательной камеры 1 (фиг.З, 4) и равноудалены от ее корпуса 3. При этом корпус 3 нагревательной камеры 1 может быть выполнен цилиндрическим или с иной геометрической формой. Например, корпус 3 может быть выполнен с поперечным сечением в виде эллипса или треугольника, или прямоугольника, или многоугольника (не показано). Вместе с тем, форма нижних торцов фазных электродов 8 также может быть различной, например, круглой, эллипсной, треугольной, прямоугольной, многоугольной и т.п. When performing the heating chamber 1 with one phase electrode 8 (Fig. 1), the latter is located coaxially to the housing 3 of the heating chamber 1, and when the heating chamber 1 is equipped with two or more phase electrodes 8, the latter are placed uniformly throughout the volume of the heating chamber 1 (Fig. 3) , 4) and are equidistant from its housing 3. In this case, the housing 3 of the heating chamber 1 can be made cylindrical or with a different geometric shape. For example, the housing 3 may be made with a cross section in the form of an ellipse or triangle, or rectangle, or polygon (not shown). However, the shape of the lower ends of the phase electrodes 8 can also be different, for example, round, ellipse, triangular, rectangular, polygonal, etc.
Описанное устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости может быть использовано по своему прямому назначению в показанной на фиг.З теплогенерирующей установке, предназначенной преимущественно для систем
отопления. Согласно изобретению указанная установка содержит описанное выше устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, подключенное линиями 14 и 16 к теплообменнику 32, к которому подключено также теплопотребляющее устройство 33, выполненное, например, в виде одного или нескольких отопительных радиаторов, бойлеров, отопительно-вентиляционных аппаратов, теплых полов и т.п. и снабженное линией 34 подвода горячего теплоносителя и линией 35 отвода холодного теплоносителя. The described device for heating and pumping a conductive fluid can be used for its intended purpose in the heat generating installation shown in Fig. 3, designed primarily for systems heating. According to the invention, said installation comprises the above-described device for heating and forcing a conductive liquid, for example, water, connected by lines 14 and 16 to a heat exchanger 32, to which a heat-consuming device 33 is also connected, made, for example, in the form of one or more heating radiators, boilers, heating and ventilation apparatus, underfloor heating, etc. and provided with a hot coolant supply line 34 and a cold coolant exhaust line 35.
Для обеспечения возможности работы установки с нагревом токопроводящей жидкости в рабочей полости 2 до высокой температуры - порядка 150-200°С, обеспечивающей высокий КПД установки, и обеспечением при этом возможности подключения к линии нагнетания 16 установки теплопотребляющего устройства 33, для работы которого требуется подвод теплоносителя со значительно меньшей температурой - порядка 70-90°С, теплообменник 32 выполнен в виде двухконтурного бесконтактного теплообменника типа «жидкость-жидкость» (например, в виде поверхностного рекуперативного противоточного теплообменника) с контуром 36 греющей и контуром 37 нагреваемой среды. При этом контур 36 греющей среды подключен своим входом 38 и выходом 39, соответственно к линиям 16 и 14, а контур 37 нагреваемой среды (например, воды) подключен своим входом 40 и выходом 41, соответственно к линиям 35 и 34. To enable the installation to work with heating the conductive fluid in the working cavity 2 to a high temperature of about 150-200 ° C, which ensures high efficiency of the installation, while ensuring the possibility of connecting to the discharge line 16 of the installation of a heat-consuming device 33, the operation of which requires a coolant supply with a significantly lower temperature - about 70-90 ° C, the heat exchanger 32 is made in the form of a dual-circuit non-contact liquid-liquid heat exchanger (for example, in the form of a surface heat exchanger countercurrent heat exchanger) with a heating circuit 36 and a heated medium circuit 37. In this case, the heating medium circuit 36 is connected by its input 38 and output 39, respectively, to lines 16 and 14, and the heated medium circuit (for example, water) 37 is connected by its input 40 and output 41, respectively, to lines 35 and 34.
Установка снабжена аккумулирующей емкостью 42 с газовой полостью 43 и отделенной от нее с помощью подвижного разделителя 44 гидравлической полостью 45, заполненной теплоносителем в виде токопроводящей жидкости. При этом гидравлическая полость 45 расположена над газовой полостью 43 и подключена на своем верхнем уровне через вертикально расположенный канал 46 к линии 14 подвода исходной токопроводящей жидкости вблизи от впускного обратного клапана 13 упомянутого устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, а подвижный разделитель 44 аккумулирующей емкости 42 выполнен в виде мембраны или поршня, или сильфона. The installation is equipped with a storage tank 42 with a gas cavity 43 and separated from it by means of a movable separator 44, a hydraulic cavity 45, filled with a coolant in the form of a conductive fluid. In this case, the hydraulic cavity 45 is located above the gas cavity 43 and is connected at its upper level through a vertically located channel 46 to the line 14 for supplying the source conductive fluid close to the inlet check valve 13 of the said device for heating and forcing the conductive fluid, and the movable separator 44 of the storage tank 42 made in the form of a membrane or piston, or bellows.
Установка снабжена устройством 47 для автоматического газоудаления, включающим обратный самодействующий клапан 48 (фиг.5), вход которого подключен к внутренней полости 2 нагревательной камеры 1 устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости на верхнем уровне полости 2, и автоматический газоотводчик 49, подключенный своим входом к выходу обратного клапана 48.
Клапан 48 содержит горизонтально расположенное седло 50 с отверстием 51 для прохода газообразных продуктов, удаляемых из рабочей полости 2 камеры 1, и затвор 52, установленный под седлом 50 с возможностью перекрытия отверстия 51 последнего, при этом масса, геометрическая форма и размеры затвора 52 выбираются с таким расчетом, чтобы обеспечивалось открытое положение клапана 48 при поступлении к нему воздуха или газообразных продуктов из полости 2 нагревательной камеры 1. Газоотводчик 49 расположен на минимально возможном расстоянии от клапана 48 и выполнен с возможностью прохода через него газообразных продуктов только в одном направлении - с выхода клапана 48 на выход самого газоотводчика 49 и не допускает проникание через него воздуха в полость 2 камеры 1 при наступлении разряжения в полости 2. The installation is equipped with a device 47 for automatic gas removal, including a self-acting check valve 48 (figure 5), the input of which is connected to the inner cavity 2 of the heating chamber 1 of the device for heating and injection of conductive fluid at the upper level of the cavity 2, and an automatic gas vent 49 connected to its input to the outlet of the check valve 48. The valve 48 contains a horizontally located seat 50 with an opening 51 for the passage of gaseous products removed from the working cavity 2 of the chamber 1, and a shutter 52 mounted under the seat 50 with the possibility of overlapping the opening 51 of the latter, while the mass, geometric shape and dimensions of the shutter 52 are selected with in such a way that the valve 48 is open when air or gaseous products enter it from the cavity 2 of the heating chamber 1. The gas vent 49 is located at the minimum possible distance from the valve 48 and Gross, with the passage therethrough of the gaseous products in only one direction - from the valve 48 outlet to the output of the gazootvodchika 49 and does not allow permeation therethrough of air into the cavity 2 of the chamber 1 upon occurrence of discharge in the cavity 2.
Установка снабжена также выполненным в виде гидроаккумулятора устройством 53 для автоматической подпитки циркуляционного контура установки теплоносителем в виде токопроводящей жидкости. Устройство 53 подключено к линии 14 через устройство стабилизации давления 54, выполненное в виде перепускного клапана (редуктора давления) с возможностью поддержания заданного давления в линии 14 за счет перепуска жидкости из линии 14 в сливную линию (не показана). Для исключения опасных для работы установки забросов давления в рабочей полости 2 камеры 1 и в линии 14 к полости 2 подключен предохранительный клапан 55, а к линии 14 - предохранительный клапан 56, при этом клапаны 55 и 56 настроены на заданное максимальное давление, соответственно, в полости 2 и в линии 14 и соединены своими выходами со сливной линией (не показана). Установка снабжена также шламоуловителем 57, установленным после подпорного дросселя 21 по ходу движения жидкости в линии 16, а для обеспечения возможности удаления из циркуляционного контура установки газообразных продуктов, выделяющихся из токопроводящей жидкости в процессе ее нагрева и дросселирования через встречающиеся на пути указанной жидкости гидравлические сопротивления, установка снабжена автоматическими газортводчиками 58, подключенными своими входами к линии 14 в верхних точках последней, являющихся местами возможного скопления газообразных продуктов. The installation is also equipped with a device 53 made in the form of a hydraulic accumulator for automatically feeding the circulation circuit of the installation with a coolant in the form of a conductive liquid. The device 53 is connected to line 14 through a pressure stabilization device 54, made in the form of a bypass valve (pressure reducer) with the ability to maintain a given pressure in line 14 due to the bypass of fluid from line 14 to a drain line (not shown). In order to exclude pressure surges in the installation cavity 2 of the chamber 1 and in the line 14, the pressure relief valve 55 is connected to the cavity 2 and the pressure relief valve 56 is connected to the line 14, while valves 55 and 56 are set to the specified maximum pressure, respectively, in cavity 2 and in line 14 and are connected by their exits to a drain line (not shown). The installation is also equipped with a sludge trap 57, installed after the retaining throttle 21 in the direction of the fluid in line 16, and to enable removal of gaseous products released from the conductive fluid during its heating and throttling through the hydraulic resistances encountered in the path of the fluid, the installation is equipped with automatic gas guides 58 connected by their inputs to line 14 at the highest points of the latter, which are places of possible lazy gaseous products.
Кроме того, установка снабжена манометром 59 для визуального контроля давления в линии 14 и стрелочными термометрами 60, 61, 62 и 63 для визуального контроля температуры жидкости, соответственно в линиях 14, 16, 34 и 35. Для
поддержания циркуляции теплоносителя в рабочем контуре теплопотребляющего устройства 33 в линии 35 установлены циркуляционный насос 64 и обратный клапан 65 с возможностью круговой циркуляции теплоносителя по указанному рабочему контуру - с выхода теплопотребляющего устройства 33 и далее по линии 35, контуру 37 теплообменника 32 и линии 34 ко входу теплопотребляющего устройства 33 и 1 исключением возможности круговой циркуляции теплоносителя в обратном направлении. In addition, the installation is equipped with a pressure gauge 59 for visual monitoring of pressure in line 14 and dial thermometers 60, 61, 62 and 63 for visual monitoring of fluid temperature, respectively, in lines 14, 16, 34 and 35. For maintaining the circulation of the coolant in the working circuit of the heat-consuming device 33 in line 35, a circulation pump 64 and a check valve 65 are installed with the possibility of circular circulation of the coolant along the specified working circuit - from the output of the heat-consuming device 33 and then along line 35, circuit 37 of the heat exchanger 32 and line 34 to the input heat-consuming device 33 and 1 with the exception of the possibility of circular circulation of the coolant in the opposite direction.
В линиях 14 и 34 установлены термодатчики, соответственно 66 и 67, выполненные, например, в виде накладных термостатов. Кроме того, в помещении (не показано), обогреваемом с помощью устройства 33, может быть установлен датчик температуры воздуха 68. При этом выход каждого из датчиков 66-68 соединен с блоком питания и управления 17, выполненным с возможностью отключения питания фазных электродов 8 нагревательной камеры 1 при увеличении температуры теплоносителя в линии 34 теплопотребляющего устройства 33 и/или температуры токопроводящей жидкости в линии 14, и/или температуры воздуха в указанном помещении выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения питания фазных электродов 8 после снижения указанной температуры теплоносителя, и/или токопроводящей жидкости, и/или воздуха до заданного минимального значения. In the lines 14 and 34, temperature sensors are installed, respectively 66 and 67, made, for example, in the form of overhead thermostats. In addition, in a room (not shown) heated by device 33, an air temperature sensor 68 can be installed. In this case, the output of each of the sensors 66-68 is connected to a power supply and control unit 17 configured to turn off the power of the phase electrodes 8 of the heating chamber 1 when the temperature of the coolant in line 34 of the heat-consuming device 33 and / or the temperature of the conductive fluid in line 14, and / or the temperature of the air in the specified room is higher than the specified maximum value and with the possibility after power on the phase electrodes 8 after reducing the specified temperature of the coolant, and / or conductive fluid, and / or air to a predetermined minimum value.
Установка может быть снабжена малогабаритным автономным источником 69 питания фазных электродов 8 переменным электрическим током, подключенным к блоку 17 и рассчитанным на заданное время работы нагревательной камеры 1 при внезапном отключении электроснабжения основного источника питания указанных электродов. Источник 69 может быть выполнен в виде аккумулятора с преобразователем с возможностью подзарядки аккумулятора и имеет выключатель 70 и устройство 71 автоматического управления, выполненное с возможностью автоматического включения выключателя 70 при внезапном отключении электроснабжения блока 17 и автоматического выключения выключателя 70 при восстановлении электроснабжения блока 17. Кроме того, устройство 71 может быть выполнено с возможностью установки источника 69 на подзарядку и прекращения подзарядки после аккумулирования в источнике 69 заданной величины электроэнергии в процессе подзарядки.
Согласно изобретению способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости осуществляется с помощью описанного выше устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости следующим образом. The installation can be equipped with a small-sized autonomous source 69 of the power supply of the phase electrodes 8 with alternating electric current connected to the block 17 and designed for a given time of operation of the heating chamber 1 when the power supply of the main electrodes of these electrodes suddenly shuts off. The source 69 can be made in the form of a battery with a converter with the possibility of recharging the battery and has a switch 70 and an automatic control device 71 configured to automatically turn on the switch 70 when the power supply to the unit 17 suddenly turns off and automatically turn off the switch 70 when the power to the unit 17 is restored. In addition , the device 71 may be configured to install the source 69 to recharge and stop charging after accumulation in the source 69 predetermined amount of electricity during recharging. According to the invention, the method of heating and injecting conductive fluid is carried out using the above-described device for heating and injecting conductive fluid as follows.
Через токопроводящую жидкость, находящуюся в рабочей полости 2, пропускают переменный электрический ток, проходящий между электродами 7 и 8 при заданном напряжении на клеммах 9 и 1 1, в результате чего жидкость нагревается. Одновременно с этим днище 4 подогревают снизу с помощью внешнего источника 19 тепловой энергии. При этом за счет большой суммарной площади нижних торцов фазных электродов 8, составляющей не менее 0,4 площади S поперечного сечения рабочей полости 2 нагревательной камеры 1, между нижними торцами фазных электродов 8 и днищем 4 создается зона 20 интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости. Находящаяся в зоне 20 жидкость имеет небольшую массу в сравнении с массой всей жидкости, заполняющей рабочую полость 2 камеры 1 , в связи с чем жидкость в зоне 20 быстро нагревается до кипения и вместе с образующимся при кипении паром с большой скоростью поднимается из зоны 20 в верхнюю часть полости 2, выталкивая холодную жидкость из верхней части полости 2 вниз - в зону 20 интенсивного электронагрева, благодаря чему ускоряется процесс нагрева токопроводящей жидкости в камере 1 и обеспечивается возможность повышения частоты рабочих циклов в нагревательной камере 1 и, соответственно, объемной подачи нагретой жидкости в линию нагнетания 16 без увеличения расхода электроэнергии на питание электродов 8. Образующийся в верхней части полости 2 пар создает в камере 1 давление РК; величина которого в начале кипения жидкости возрастает в связи с закрытым положением выпускного клапана 15. При увеличении давления Рк в камере 1 в процессе дальнейшего кипения жидкости до значения Рк * , соответствующего открытию выпускного клапана 15, последний открывается, и под воздействием давления пара жидкость вытесняется из полости 2 в линию нагнетания 16 через выходное отверстие 6 нагревательной камеры 1 и выпускной клапан 15. При этом подпорный дроссель 21 создает гидравлическое сопротивление (подпор) на пути движения токопроводящей жидкости в линии нагнетания 16. За счет указанного гидравлического сопротивления в линии нагнетания 16 в рабочей полости 2 камеры 1 создается давление пара, достаточное по величине для вытеснения токопроводящей жидкости в линию нагнетания 16. Кроме того, дроссель 21 устраняет возможные колебания затвора выпускного клапана 15. Величина гидравлического сопротивления дросселя 21 и его
геометрические параметры, соответствующие данному сопротивлению, определяются путем теоретических расчетов и/или экспериментальным путем. Through the conductive fluid located in the working cavity 2, an alternating electric current is passed through the electrodes 7 and 8 at a given voltage at terminals 9 and 1 1, as a result of which the fluid heats up. At the same time, the bottom 4 is heated from below using an external source of thermal energy 19. At the same time, due to the large total area of the lower ends of the phase electrodes 8, which is at least 0.4 of the cross-sectional area S of the working cavity 2 of the heating chamber 1, an intensive electric heating zone 20 of the conductive liquid is created between the lower ends of the phase electrodes 8 and the bottom 4. The liquid located in zone 20 has a small mass in comparison with the mass of the entire liquid filling the working cavity 2 of chamber 1, and therefore the liquid in zone 20 is rapidly heated to boiling and, together with the steam generated during boiling, rises from zone 20 to the upper part of the cavity 2, pushing the cold liquid from the upper part of the cavity 2 down to the zone 20 of intense electric heating, which accelerates the process of heating the conductive liquid in the chamber 1 and provides the possibility of increasing the frequency of duty cycles in evatelnoy chamber 1 and, respectively, the volumetric flow of the heated liquid in the discharge line 16 without increasing the power consumption for power electrodes 8 formed in the upper portion of the cavity 2 produces steam in the chamber 1 pressure P K; the value of which at the beginning of the boiling liquid increased by the closed position of the exhaust valve 15. When the pressure is increased to P 1 in the chamber during further boiling the liquid to a value P k * corresponding to the opening of the exhaust valve 15, the latter opens and the steam under pressure liquid is displaced from the cavity 2 into the discharge line 16 through the outlet 6 of the heating chamber 1 and the exhaust valve 15. In this case, the retaining throttle 21 creates hydraulic resistance (backwater) in the path of the conductive fluid in the discharge line 16. Due to the specified hydraulic resistance in the discharge line 16 in the working cavity 2 of the chamber 1 creates a vapor pressure sufficient in magnitude to displace the conductive fluid in the discharge line 16. In addition, the throttle 21 eliminates possible fluctuations in the shutter of the exhaust valve 15. The hydraulic resistance of the inductor 21 and its geometric parameters corresponding to this resistance are determined by theoretical calculations and / or experimentally.
Суть изобретения заключается в создании в нагревательной камере 1 процесса реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем 4, обеспечивающего возможность снижения затрат электроэнергии на нагрев и нагнетание токопроводящей жидкости. The essence of the invention is to create in the heating chamber 1 a process of reversible heat transfer between the conductive liquid and the bottom 4, which makes it possible to reduce the cost of electricity for heating and pumping the conductive fluid.
В соответствии с указанным реверсивным теплообменом, в процессе пропускания через токопроводящую жидкость электрического тока теплота от нагреваемой жидкости передается к массивному днищу 4 нагревательной камеры 1 и аккумулируется в последнем. При вытеснении токопроводящей жидкости из рабочей полости 2 после опускании уровня токопроводящей жидкости до уровня нагревательной камеры 1, на котором установлен датчик уровня 18, последний срабатывает на отключение питания фазных электродов 8. В случае установки датчика на высоте h, равной высоте Н рабочей полости 2, указанное срабатывание датчика 18 происходит в начале опускания уровня токопроводящей жидкости (при отрыве токопроводящей жидкости от крышки 5). После получения сигнала с выхода датчика 18 блок 17 отключает питание фазных электродов 8, в результате чего прекращается пропускание тока через токопроводящую жидкость и, соответственно, прекращается действие зоны 20 интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости. In accordance with the indicated reverse heat exchange, in the process of passing electric current through a conductive fluid, heat from the heated fluid is transferred to the massive bottom 4 of the heating chamber 1 and accumulates in the latter. When the conductive fluid is displaced from the working cavity 2 after lowering the level of the conductive fluid to the level of the heating chamber 1 on which the level sensor 18 is installed, the latter is activated to turn off the power of the phase electrodes 8. If the sensor is installed at a height h equal to the height H of the working cavity 2, the specified operation of the sensor 18 occurs at the beginning of the lowering of the level of the conductive fluid (when the conductive fluid is separated from the cover 5). After receiving the signal from the output of the sensor 18, the block 17 turns off the power of the phase electrodes 8, as a result of which the transmission of current through the conductive fluid stops, and, accordingly, the zone 20 of intense electric heating of the conductive fluid ceases.
Поскольку в нагревательной камере 1, как в любом реальном техническом объекте, неизбежны тепловые потери за счет утечек теплоты через стенки камеры 1 в окружающее пространство, после прекращения пропускания тока через токопроводящую жидкость температура последней в результате указанных тепловых потерь при отсутствии внешнего источника 19 тепловой энергии может снизиться ниже температуры кипения. При таких условиях в нагревательной камере 1 наступит температурный баланс, при котором токопроводящая жидкость имеет такую же температуру, как внутренняя поверхность днища 4, что исключает возможность переноса теплоты от днища 4 к токопроводящей жидкости, вследствие чего исключается и возможность осуществления реверсивного теплообмена в нагревательной камере 1, а следовательно, и возможность дальнейшего вытеснения токопроводящей жидкости из рабочей полости 2. Since in the heating chamber 1, as in any real technical object, heat losses are inevitable due to heat leakage through the walls of the chamber 1 into the surrounding space, after the current has passed through the conductive fluid, the temperature of the latter as a result of the indicated heat losses in the absence of an external heat source 19 can drop below boiling point. Under such conditions, a temperature balance will occur in the heating chamber 1, at which the conductive liquid has the same temperature as the inner surface of the bottom 4, which eliminates the possibility of heat transfer from the bottom 4 to the conductive liquid, thereby eliminating the possibility of reversible heat transfer in the heating chamber 1 , and therefore, the possibility of further displacement of the conductive fluid from the working cavity 2.
Наличие внешнего источника 19 тепловой энергии позволяет запустить в действие указанный реверсивный теплообмен за счет подвода к днищу 4 от источника 19
незначительного по величине количества теплоты, позволяющего поднять температуру внутренней поверхности днища 4 выше температуры токопроводящей жидкости и вывести нагревательную камеру 1 из состояния указанного температурного баланса. При этом в нагревательной камере 1 наступает реверс теплообмена, после которого передача теплоты осуществляется в обратном направлении - от днища 4 нагревательной камеры 1 к токопроводящей жидкости. Указанный реверсивный теплообмен в нагревательной камере 1 осуществляют с минимальными затратами энергии внешнего источника 19 тепловой энергии, достаточными для того, чтобы компенсировать тепловые потери, обусловленные утечками теплоты из нагревательной камеры 1, и нагреть внутреннюю поверхность днища 4 до температуры кипения токопроводящей жидкости. The presence of an external source of thermal energy 19 allows you to start the specified reverse heat transfer due to the supply to the bottom 4 from the source 19 insignificant amount of heat, allowing to raise the temperature of the inner surface of the bottom 4 above the temperature of the conductive liquid and bring the heating chamber 1 from the state of the specified temperature balance. In this case, heat exchange is reversed in the heating chamber 1, after which the heat is transferred in the opposite direction - from the bottom 4 of the heating chamber 1 to the conductive liquid. The specified reverse heat transfer in the heating chamber 1 is carried out with minimal energy consumption of the external heat source 19, sufficient to compensate for the heat loss caused by heat leakage from the heating chamber 1, and to heat the inner surface of the bottom 4 to the boiling point of the conductive liquid.
Благодаря указанному подогреву токопроводящей жидкости со стороны днища 4 с использованием теплоты, передаваемой к днищу 4 от внешнего источника 19 тепловой энергии, кипение токопроводящей жидкости в рабочей полости 2 продолжается без остановки, несмотря на прекращение ее электронагрева после срабатывания датчика уровня 18 на отключение питания фазных электродов 8. Указанное кипение сопровождается образованием пара над токопроводящей жидкостью, под действием энергии давления которого осуществляется дальнейшее полное вытеснение токопроводящей жидкости из рабочей полости 2 в линию нагнетания 16 через обратный клапан 15. Для снижения затрат энергии на работу внешнего источника тепла 19 перед началом или в процессе работы устройства с помощью термостата 22, получающего информацию о величине температуры наружной поверхности днища 4 от датчика 23, устанавливают тепловую мощность источника 19 на уровне, при котором от источника 19 к днищу 4 передается количество теплоты, не превышающее по величине количество теплоты, требуемое для поддержания температуры токопроводящей жидкости в рабочей полости 2 не ниже температуры ее кипения. Due to the specified heating of the conductive liquid from the bottom 4 using heat transferred to the bottom 4 from an external source of thermal energy 19, the boiling of the conductive liquid in the working cavity 2 continues without stopping, despite the termination of its electrical heating after the level sensor 18 has been triggered by turning off the power to the phase electrodes 8. The specified boiling is accompanied by the formation of steam over the conductive liquid, under the action of pressure energy of which further complete displacement of the tocopr the leading fluid from the working cavity 2 to the discharge line 16 through the check valve 15. To reduce the energy consumption for the external heat source 19 before or during operation of the device using the thermostat 22, which receives information about the temperature of the outer surface of the bottom 4 from the sensor 23, set the heat power of the source 19 at a level at which the amount of heat is transferred from the source 19 to the bottom 4, not exceeding the amount of heat required to maintain the temperature of the conductive liquid in working cavity 2 is not lower than its boiling point.
После окончания вытеснения жидкости из рабочей полости 2 в линию нагнетания 16 давление в полости 2 снижается ниже указанного выше значения
после чего выпускной клапан 15 закрывается, а в полости 2 происходит конденсация пара. В результате конденсаций пара в полости 2 образуется разряжение, под действием которого открывается впускной клапан 13 и полость 2 заполняется новой порцией исходной токопроводящей жидкости, поступающей из линии 14. При прохождении
уровнем токопроводящей жидкости датчика 18 в процессе заполнения полости 2 датчик 18 срабатывает на включение питания фазных электродов 8. В случае установки датчика на высоте h, равной высоте Н рабочей полости 2, указанное срабатывание датчика 18 происходит в конце подъема уровня токопроводящей жидкости, т.е. в момент полного заполнения рабочей полости 2 токопроводящей жидкостью. После получения сигнала с выхода датчика 18 блок 17 включает питание фазных электродов 8, в результате чего возобновляется пропускание тока через токопроводящую жидкость между нижними торцами электродов 8 и днищем 4 и, соответственно, возобновляется интенсивный электронагрев токопроводящей жидкости в придонной зоне 20, сопровождающийся интенсивной циркуляцией нагретой жидкости из зоны 20 в верхнюю часть рабочей полости 2 с вытеснением из нее в зону 20 холодной токопроводящей жидкости. После заполнения полости 2 токопроводящей жидкостью впускной клапан 13 закрывается. After the displacement of the liquid from the working cavity 2 to the discharge line 16, the pressure in the cavity 2 decreases below the above value after which the exhaust valve 15 closes, and steam condenses in the cavity 2. As a result of steam condensation in the cavity 2, a vacuum is formed, under the action of which the inlet valve 13 opens and the cavity 2 is filled with a new portion of the initial conductive fluid coming from line 14. When passing through the level of the conductive fluid of the sensor 18 in the process of filling the cavity 2, the sensor 18 is activated to turn on the power of the phase electrodes 8. If the sensor is installed at a height h equal to the height H of the working cavity 2, the indicated operation of the sensor 18 occurs at the end of the rise in the level of the conductive fluid, i.e. . at the time of complete filling of the working cavity 2 with a conductive fluid. After receiving the signal from the output of the sensor 18, the block 17 turns on the power of the phase electrodes 8, as a result of which the transmission of current through the conductive fluid between the lower ends of the electrodes 8 and the bottom 4 resumes, and, accordingly, intense electrical heating of the conductive fluid in the bottom zone 20 is resumed, accompanied by intense circulation of the heated liquid from zone 20 to the upper part of the working cavity 2 with the expulsion of cold conductive liquid from it into zone 20. After filling the cavity 2 with a conductive fluid, the intake valve 13 closes.
Далее процесс нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости повторяется в описанном порядке. Next, the process of heating and injection of conductive fluid is repeated in the described order.
В процессе запуска устройства частота рабочих циклов нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости в нагревательной камере 1 плавно увеличивается по мере нагрева днища 4, корпуса 3, крышки 5 и электродов 8 с электрод о держателями 10 и выходит на рабочий уровень по окончании нагрева указанных конструктивных элементов нагревательной камеры 1. Для сокращения времени выхода устройства на рабочий режим перед его запуском массивное днище 4 может быть прогрето с помощью внешнего источника 19 тепловой энергии до момента включения питания электродов 8. During the start-up of the device, the frequency of the operating cycles of heating and injection of the conductive fluid in the heating chamber 1 gradually increases as the bottom 4, the housing 3, the cover 5 and the electrodes 8 with the electrode holders 10 are heated and reaches the working level after heating of these structural elements of the heating chamber is completed 1. To reduce the time the device enters the operating mode before starting it, the massive bottom 4 can be heated using an external source of thermal energy 19 until the electrode is turned on 8.
При изменении величины гидравлического сопротивления течению нагретой токопроводящей жидкости, оказываемого со стороны линии нагнетания 16, что может иметь место, например, при изменении количества потребителей нагретой токопроводящей жидкости, подключаемых к линии нагнетания 16, производят регулировку усилия открытия выпускного клапана 15 в целях сохранения необходимой эффективности работы устройства. При этом в случае снижения указанного гидравлического сопротивления увеличивают усилие открытия выпускного клапана 15 путем увеличения усилия предварительного сжатия пружины 25 (фиг.2) за счет перемещения ее опоры 26 вверх с помощью вращающейся рукояти 27, а в случае повышения указанного гидравлического сопротивления снижают усилие открытия
выпускного клапана 15 путем снижения усилия предварительного сжатия пружины 25 за счет перемещения ее опоры 26 вниз. When changing the value of hydraulic resistance to the flow of heated conductive fluid provided from the discharge line 16, which can occur, for example, when changing the number of consumers of heated conductive fluid connected to the discharge line 16, the opening valve 15 is adjusted to maintain the required efficiency device operation. In this case, in the case of a decrease in the specified hydraulic resistance, the opening force of the exhaust valve 15 is increased by increasing the pre-compression force of the spring 25 (Fig. 2) by moving its support 26 upward with the help of the rotating handle 27, and in the case of increasing the specified hydraulic resistance, the opening force is reduced exhaust valve 15 by reducing the pre-compression force of the spring 25 by moving its support 26 down.
Описанная выше теплогенерирующая установка работает следующим образом. С помощью входящего в состав теплогенерирующей установки устройства для нагрева и нагнетания служащей теплоносителем токопроводящей жидкости осуществляют в соответствии с описанным выше способом нагрев холодного теплоносителя в виде токопроводящей жидкости, например, воды, поступающего к указанному устройству по линии 14 с выхода 39 контура 36 теплообменника 32, и подачу нагретого теплоносителя по линии нагнетания 16 на вход 38 указанного контура 36. Одновременно с этим с помощью насоса 64 осуществляют круговую циркуляцию теплоносителя в рабочем контуре теплопотребляющего устройства 33. В процессе указанной циркуляции тепло от нагретой токопроводящей жидкости, проходящей через контур 36 теплообменника 32, передается теплоносителю теплопотребляющего устройства 33, проходящему через контур 37 теплообменника 32. Нагреваемый таким образом теплоноситель по линии 34 поступает на вход теплопотребляющего устройства 33, а после отдачи тепла последнему в охлажденном виде поступает по линии 35 через обратный клапан 65 на вход 40 контура 37 теплообменника 32 и вновь нагревается при прохождении через контур 37 последнего. The heat generating installation described above works as follows. Using the device for heating and forcing the conductive fluid that serves as the heat carrier, which is part of the heat generating installation, the cold coolant is heated in the form of a conductive fluid, for example, water supplied to the specified device via line 14 from outlet 39 of circuit 36 of heat exchanger 32, in accordance with the method described above. and supplying the heated fluid along the discharge line 16 to the input 38 of the specified circuit 36. At the same time, using the pump 64, the coolant is circulated in a circular manner the same circuit of the heat-consuming device 33. During the indicated circulation, heat from the heated conductive fluid passing through the circuit 36 of the heat exchanger 32 is transferred to the heat transfer medium of the heat-consuming device 33 passing through the circuit 37 of the heat exchanger 32. The thus heated fluid passes through the line 34 to the input of the heat-consuming device 33, and after the heat is transferred to the latter, it is cooled in line via line 35 through the check valve 65 to the input 40 of the circuit 37 of the heat exchanger 32 and again heats up when passing through circuit 37 of the latter.
При этом в процессе вытеснения токопроводящей жидкости из полости 2 камеры 1 в линию нагнетания 16 жидкость из линии 14 под действием давления со стороны линии 16 вытесняется в гидравлическую полость 45 аккумулирующей емкости 42, что приводит к сжатию газа в газовой полости 43 емкости 42 разделителем 44 и аккумулированию потенциальной энергии давления газа в полости 43, которая используется для ускорения процесса заполнения рабочей полости 2 камеры 1 поступающим из линии 14 холодным теплоносителем. Указанное ускорение обеспечивается тем, что заполнение полости 2 холодным теплоносителем обеспечивается как под действием разряжения, образующегося в рабочей полости 2 в процессе конденсации пара, так и под действием давления на теплоноситель в линии 14 со стороны газовой полости 43 емкости 42. При этом разделитель 44 емкости 42 перемещается давлением со стороны газовой полости 43 в сторону гидравлической полости 45, вытесняя жидкость из полости 45 в рабочую полость 2 камеры 1. Помимо ускорения процесса заполнения рабочей полости 2 камеры 1 теплоносителем аккумулирующая емкость 42 совместно с клапаном 56 позволяет также исключить
опасные забросы давления в линии 14 в процессе вытеснения жидкости из нагревательной камеры 1 в линию нагнетания 16. Moreover, in the process of displacing the conductive fluid from the cavity 2 of the chamber 1 to the discharge line 16, the fluid from the line 14 is forced under pressure from the line 16 into the hydraulic cavity 45 of the storage tank 42, which leads to compression of the gas in the gas cavity 43 of the tank 42 by the separator 44 and the accumulation of potential energy of gas pressure in the cavity 43, which is used to accelerate the process of filling the working cavity 2 of the chamber 1 with the coolant coming from line 14. The specified acceleration is ensured by the fact that the filling of the cavity 2 with cold coolant is provided both under the action of the vacuum generated in the working cavity 2 in the process of steam condensation, and under the influence of pressure on the coolant in line 14 from the gas cavity 43 of the container 42. In this case, the separator 44 of the container 42 is moved by pressure from the side of the gas cavity 43 towards the hydraulic cavity 45, displacing the liquid from the cavity 45 into the working cavity 2 of the chamber 1. In addition to accelerating the process of filling the working cavity 2 of the chamber 1, the heat CITEL accumulating container 42 together with valve 56 also allows to exclude dangerous pressure overshoots in line 14 during the displacement of fluid from the heating chamber 1 to the discharge line 16.
В процессе работы установки газообразные продукты, выделяющиеся из теплоносителя в рабочей полости 2, выводятся из указанной полости через самодействующий клапан 48 (фиг.5) и автоматический газоотводчик 49, а газообразные продукты, скапливающиеся в верхних точках линии 14, удаляются с помощью автоматических газоотводчиков 58. Потери теплоносителя, возникающие за счет утечек и превращения теплоносителя в указанные газообразные продукты, восполняются при помощи устройства 53 автоматической подпитки. При этом теплоноситель очищается от шламовых загрязнений при помощи шламоуловителя 57, давление в линии 14 поддерживается на заданном уровне при помощи устройства 54 стабилизации давления путем перепуска в сливную линию жидкости из линии 14 в случае превышения указанного давления выше заданного значения, а возможность повышения давления в рабочей полости 2 и в линии 14 свыше предельно допустимого значения исключается при помощи предохранительных клапанов 55 и 56 путем перепуска жидкости через указанные клапаны в сливную линию. During operation of the installation, gaseous products released from the coolant in the working cavity 2 are removed from the specified cavity through a self-acting valve 48 (Fig. 5) and an automatic gas vent 49, and gaseous products accumulating in the upper points of line 14 are removed using automatic gas vents 58 The loss of coolant resulting from leaks and the conversion of the coolant into said gaseous products is made up by means of an automatic make-up device 53. In this case, the coolant is cleaned of sludge contaminants using a sludge trap 57, the pressure in line 14 is maintained at a predetermined level by means of a pressure stabilization device 54 by transferring liquid from line 14 to the drain line if the specified pressure is exceeded above a predetermined value, and the possibility of increasing the working pressure cavity 2 and in line 14 above the maximum permissible value is eliminated by means of safety valves 55 and 56 by bypassing the liquid through these valves into the drain line.
Для обеспечения высокой эффективности работы и высокого КПД установки интенсивность нагрева теплоносителя в нагревательной камере 1 и, соответственно, температуру теплоносителя в линии нагнетания 16 поддерживают на требуемом уровне путем установки с помощью блока питания и управления 17 необходимого для этого значения силы тока между электродами 7 и 8, а также за счет выбора токопроводящей жидкости с требуемой электропроводностью и установки с помощью устройства 54 требуемой величины давления в линии 14. При этом с помощью теплообменника 32 обеспечивают более низкую чем в линии нагнетания 16 температуру теплоносителя во входной линии 34 теплопотребляющего устройства 33, требуемую для нормальной эксплуатации последнего. Для этого с помощью циркуляционного насоса 64 создают такую скорость течения теплоносителя через контур 37 теплообменника 32, при которой теплоноситель, проходящий через контур 37, успевает нагреться до температуры, не превышающей заданные пределы, определяемые эксплуатационными характеристиками теплопотребляющего устройства 33. To ensure high operating efficiency and high efficiency of the installation, the heating rate of the coolant in the heating chamber 1 and, accordingly, the temperature of the coolant in the discharge line 16 is maintained at the required level by setting the current value between the electrodes 7 and 8 using the power supply and control unit 17 as well as by selecting a conductive fluid with the required electrical conductivity and installing, using the device 54, the required pressure value in line 14. Moreover, using the heat exchanger 32 provide lower than in the discharge line 16 the temperature of the coolant in the input line 34 of the heat-consuming device 33, required for normal operation of the latter. To do this, using a circulation pump 64 create such a flow rate of the coolant through the circuit 37 of the heat exchanger 32, at which the coolant passing through the circuit 37 has time to warm up to a temperature not exceeding the specified limits determined by the operational characteristics of the heat-consuming device 33.
При увеличении температуры теплоносителя в линии 34 теплопотребляющего устройства 33 и/или температуры токопроводящей жидкости в линии 14, и/или
температуры воздуха в помещении, в котором установлено теплопотребляющее устройство 33, выше заданного максимального значения блок питания и управления 17, получающий сигналы о превышении температуры от датчиков 66-68, отключает питание электродов 8, а после снижения температуры теплоносителя в линии 33, и/или температуры токопроводящей жидкости в линии 14, и/или температуры воздуха в указанном помещении до заданного минимального значения вновь включает питание электродов 8. When the temperature of the coolant in line 34 of the heat-consuming device 33 and / or the temperature of the conductive fluid in line 14, and / or the temperature of the air in the room in which the heat-consuming device 33 is installed is above the preset maximum value, the power supply and control unit 17, which receives temperature excess signals from the sensors 66-68, turns off the power to the electrodes 8, and after lowering the temperature of the coolant in line 33, and / or the temperature of the conductive fluid in line 14, and / or the temperature of the air in the specified room to a predetermined minimum value again includes power to the electrodes 8.
В случае внезапного отключения электроснабжения блока 17 устройство 71 автоматически включает выключатель 70, после чего электроды 8 получают питание от автономного источника 69. После восстановления электроснабжения блока 17 устройство 71 автоматически выключает выключатель 70 и устанавливает источник 69 на подзарядку, а после аккумулирования в источнике 69 в процессе подзарядки заданной величины электроэнергии прекращает подзарядку источника 69. In the event of a sudden shutdown of the power supply to the unit 17, the device 71 automatically turns on the switch 70, after which the electrodes 8 receive power from an autonomous source 69. After restoring the power to the unit 17, the device 71 automatically turns off the switch 70 and sets the source 69 to recharge, and after accumulation in the source 69 to the process of recharging a predetermined amount of electricity stops charging the source 69.
Промышленная применимость Industrial applicability
Изобретение, относящееся к способу нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости и устройству для осуществления данного способа, может быть использовано в энергетике, в частности в электродных паровых насосах (пульсометрах), предназначенных для перекачки и нагнетания токопроводящих жидкостей в системах отопления и горячего водоснабжения, а также в различных производственных процессах, в частности, в химическом производстве, и в различных машинах и установках специального назначения. The invention relates to a method for heating and pumping a conductive fluid and a device for implementing this method, can be used in the energy sector, in particular in electrode steam pumps (heart rate monitors) for pumping and pumping conductive fluids in heating and hot water systems, as well as in various production processes, in particular, in chemical production, and in various machines and installations for special purposes.
Изобретение, относящееся к теплогенерирующей установке, может быть использовано в теплоэнергетике в системах обогрева и горячего водоснабжения зданий и сооружений, а также в различных производственных процессах, машинах и установках. The invention relating to a heat-generating installation can be used in the power system in heating and hot water supply of buildings and structures, as well as in various production processes, machines and installations.
При этом сведения об изобретении, содержащиеся в его формуле, чертежах и описании, представлены в объеме, достаточном для практического осуществления изобретения и реализации его назначения.
Moreover, the information about the invention contained in its formula, drawings and description are presented in a volume sufficient for the practical implementation of the invention and the implementation of its purpose.
Claims
1. Способ нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды с использованием герметичной электродной нагревательной камеры с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, впускным и выпускным обратными клапанами, нулевым электродом и, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом, включающий пропускание переменного электрического тока между нулевым и фазными электродами через находящуюся в рабочей полости нагревательной камеры токопроводящую жидкость с нагревом последней до кипения с образованием пара над токопроводящей жидкостью, вытеснение нагретой токопроводящей жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания через выпускной обратный клапан под действием давления пара, конденсацию пара в нагревательной камере с образованием разряжения в последней и заполнение нагревательной камеры токопроводящей жидкостью через впускной обратный клапан под действием указанного разряжения, отличающийся тем, что пропускание электрического тока через токопроводящую жидкость прекращают в процессе вытеснения токопроводящей жидкости и возобновляют в процессе заполнения нагревательной камеры при прохождении, соответственно, опускающимся и поднимающимся уровнем токопроводящей жидкости уровня рабочей полости нагревательной камеры, расположенного на высоте относительно днища нагревательной камеры, составляющей 0,7-1,0 высоты указанной рабочей полости, при этом в нагревательной камере создают реверсивный теплообмен между токопроводящей жидкостью и днищем указанной камеры, в соответствии с которым в процессе пропускания через токопроводящую жидкость электрического тока теплота от указанной жидкости передается к днищу нагревательной камеры и аккумулируется в последнем, а после указанного прекращения пропускания электрического тока теплота от днища нагревательной камеры передается к токопроводящей жидкости, причем указанный реверсивный теплообмен осуществляют с подводом к днищу нагревательной камеры от внешнего источника тепловой энергии количества теплоты, достаточного для поддержания температуры токопроводящей жидкости при передаче к ней теплоты от днища нагревательной камеры не ниже температуры кипения указанной жидкости, а дальнейшее вытеснение токопроводящей жидкости из нагревательной камеры в линию нагнетания после упомянутого прекращения пропускания через нее электрического тока осуществляют с помощью энергии давления пара, образующегося над токопроводящей жидкостью за счет указанного поддержания температуры последней, при этом реверсивный теплообмен осуществляют с минимальными затратами энергии указанного внешнего источника тепловой энергии, для чего днище нагревательной камеры выполняют массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью. 1. The method of heating and injection of a conductive fluid, for example, water using a sealed electrode heating chamber with a vertical or close to vertical tubular body, inlet and outlet check valves, a zero electrode and at least one internal phase electrode, comprising passing an alternating electric phase current between the zero and phase electrodes through the conductive liquid located in the working cavity of the heating chamber with heating of the latter to a boil with the formation of pa and above the conductive fluid, displacing the heated conductive fluid from the heating chamber to the discharge line through the exhaust check valve under the influence of steam pressure, condensation of steam in the heating chamber to form a vacuum in the latter and filling the heating chamber with the conductive fluid through the inlet check valve under the action of said vacuum, the fact that the transmission of electric current through the conductive fluid is stopped during the displacement of the conductive fluid and they renew during filling of the heating chamber when passing, respectively, a lowering and rising level of the conductive liquid, the level of the working cavity of the heating chamber, located at a height relative to the bottom of the heating chamber, comprising 0.7-1.0 of the height of the specified working cavity, while creating in the heating chamber reversible heat exchange between the conductive fluid and the bottom of the specified chamber, according to which during the passage through the conductive fluid of an electric current the heat from the specified liquid is transferred to the bottom of the heating chamber and is accumulated in the latter, and after the indicated termination of transmission of electric current, the heat from the bottom of the heating chamber is transferred to the conductive liquid, and the specified reverse heat exchange is carried out with the amount of heat supplied to the bottom of the heating chamber from an external heat source, sufficient to maintain the temperature of the conductive fluid when heat is transferred to it from the bottom of the heating chamber not lower than urs boiling said liquid, and further displacement of the conductive liquid the heating chamber to the discharge line after the cessation of transmission of electric current through it is carried out using the energy of the vapor pressure generated above the conductive liquid due to the specified temperature maintenance of the latter, while the reverse heat exchange is carried out with minimal energy costs of the specified external source of thermal energy, for which the bottom of the heating the chambers are massive of a material with high specific heat and high thermal conductivity.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу днища нагревательной камеры задают в соответствии с выражением: 2. The method according to claim 1, characterized in that the mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
Мд>[(1+к)(8Ь-Уэ)рсж/с - (l-k)MK]/(l-k+At2/At,), где Мд - масса днища нагревательной камеры; M d > [(1 + k) (8L-V e ) pc w / s - (lk) M K ] / (l-k + At 2 / At,), where M d is the mass of the bottom of the heating chamber;
к- определяемый теоретическим и/или экспериментальным путем коэффициент теплопотерь, учитывающий количество теплоты, теряемой в результате ее рассеивания в процессе теплообмена между токопроводящей жидкостью и конструктивными элементами нагревательной камеры; k - heat loss coefficient determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation in the process of heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber;
S - площадь поперечного сечения рабочей полости нагревательной камеры; S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber;
h - высота столба токопроводящей жидкости в рабочей полости нагревательной камеры в момент прекращения пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость; h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of termination of the passage of electric current through the conductive fluid;
V3 - объем фазных электродов и частей их электрододержателей, находящихся в токопроводящей жидкости в момент прекращения пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость; V 3 - the volume of phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive fluid at the time of termination of the passage of electric current through the conductive fluid;
р, сж - соответственно плотность и удельная теплоемкость используемой токопроводящей жидкости; p, s w - respectively, the density and specific heat of the used conductive liquid;
- с - удельная теплоемкость металла, из которого изготовлены днище, корпус, крышка, фазные электроды и электрододержатели нагревательной камеры; - c - specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
Мк - суммарная масса корпуса, крышки, фазных электродов и электрододержателей нагревательной камеры; M to - the total mass of the housing, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber;
At\ - величина изменения температуры в нагревательной камере; At \ is the magnitude of the temperature change in the heating chamber;
At2 - величина изменения температуры днища нагревательной камеры при его нагреве от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения. At 2 is the magnitude of the change in the temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive fluid not lower than its boiling point.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в придонной части нагревательной камеры между днищем последней и нижними торцами фазных электродов создают зону интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости, для чего днище нагревательной камеры используют в качестве нулевого электрода, а фазные электроды размещают в нагревательной камере таким образом, что нижние торцы указанных электродов обращены к днищу нагревательной камеры, при этом фазные электроды выполняют с суммарной площадью S3 поверхности их нижних торцов, выбираемой из условия 0,4<S S<0,9, а расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов и днищем нагревательной камеры задают из условия 0,10<Ьэ/Н<0,35, где Н - высота рабочей полости нагревательной камеры, причем нагревательную камеру выполняют с цилиндрической формой ее рабочей полости, высота Н и диаметр d которой соответствуют условию 1,0< H/d<2,0. 3. The method according to claim 1, characterized in that in the bottom of the heating chamber between the bottom of the last and lower ends of the phase electrodes create a zone of intense electric heating of the conductive liquid, for which the bottom of the heating chamber is used as a zero electrode, and the phase electrodes are placed in the heating chamber so that the lower ends of these electrodes are facing the bottom of the heating chamber, while the phase electrodes are performed with a total surface area S 3 of the surface of their lower ends, selected from the condition 0.4 <S S <0.9, and the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber is set from the condition 0.10 <b e / H <0.35, where H is the height of the working cavity of the heating chamber, and the camera is performed with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 <H / d <2.0.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в линии нагнетания после выпускного обратного клапана по ходу движения токопроводящей жидкости и вблизи от указанного клапана создают гидравлический подпор путем дросселирования потока токопроводящей жидкости с обеспечением возможности поддержания в нагревательной камере в процессе вытеснения из нее токопроводящей жидкости в линию нагнетания давления пара, достаточного по величине для указанного вытеснения токопроводящей жидкости. 4. The method according to claim 1, characterized in that in the discharge line after the exhaust check valve in the direction of the conductive fluid and near the specified valve create a hydraulic back-up by throttling the flow of conductive fluid with the possibility of maintaining in the heating chamber during the process of displacing conductive liquid in the line of injection of steam pressure, sufficient in magnitude for the specified displacement of the conductive fluid.
5. Устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, например, воды, содержащее заполненную токопроводящей жидкостью герметичную электродную нагревательную камеру с вертикальным или близким к вертикальному трубчатым корпусом, днищем, крышкой, нулевым электродом, по меньшей мере, одним внутренним фазным электродом 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, отличающееся тем, что электроды нагревательной камеры снабжены блоком питания и управления, а нагревательная камера снабжена датчиком уровня токопроводящей жидкости, установленным в ее верхней части на высоте относительно днища нагревательной камеры, составляющей 0,7-1,0 высоты рабочей полости последней, и подключенным своим выходом ко входу указанного блока питания и управления, который выполнен с возможностью отключения и включения питания фазных электродов при получении от датчика уровня сигнала о прохождении уровнем токопроводящеи жидкости указанного датчика, соответственно, при вытеснении токопроводящей жидкости из нагревательной камеры и при заполнении последней токопроводящей жидкостью, при этом нагревательная камера выполнена с обеспечением возможности реверсивного теплообмена между токопроводящей жидкостью и днищем нагревательной камеры с передачей теплоты от токопроводящей жидкости к днищу нагревательной камеры в процессе пропускания электрического тока через токопроводящую жидкость до момента указанного отключения питания фазных электродов и передачей теплоты в обратном направлении - от днища нагревательной камеры к токопроводящей жидкости при дальнейшем опускании уровня последней после указанного отключения питания фазных электродов, а днище нагревательной камеры выполнено массивным из материала с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью и снабжено внешним источником тепловой энергии, выполненным предпочтительно в виде электронагревателя, закрепленного на наружной поверхности указанного днища предпочтительно с нижней стороны последнего, причем масса днища нагревательной камеры и удельная теплоемкость материала, используемого для его изготовления, а также тепловая мощность указанного внешнего источника тепловой энергии заданы с обеспечением возможности передачи от днища нагревательной камеры к токопроводящей жидкости количества теплоты, достаточного для поддержания температуры указанной жидкости не ниже температуры ее кипения после упомянутого отключения питания фазных электродов при минимальных затратах энергии указанного внешнего источника тепловой энергии. 5. A device for heating and injecting conductive liquid, for example, water, containing a sealed electrode heating chamber filled with conductive liquid with a vertical or close to vertical tubular body, a bottom, a cover, a zero electrode, at least one internal phase electrode and an outlet, connected by its upper part through the inlet check valve to the supply line of the source conductive fluid, and the lower part through its outlet and outlet check valve with a discharge line of heated conductive fluid, characterized in that the electrodes of the heating chamber are provided with a power and control unit, and the heating chamber is equipped with a level sensor of conductive liquid installed in its upper part at a height relative to the bottom of the heating chamber, comprising 0.7-1.0 working height cavity of the latter, and connected by its output to the input of the specified power supply and control unit, which is configured to turn off and on the phase power electrodes when receiving a signal from the level sensor about the passage of the specified sensor by the level of the conductive fluid, respectively, when the conductive fluid is displaced from the heating chamber and when the last conductive fluid is filled, the heating chamber is configured to allow reverse heat exchange between the conductive fluid and the bottom of the heating chamber with transmission heat from the conductive fluid to the bottom of the heating chamber during the passage of electric current through t surrounding fluid until the specified phase power supply is turned off and heat is transferred in the opposite direction - from the bottom of the heating chamber to the conductive liquid with a further lowering of the level of the latter after the specified phase power off, and the bottom of the heating chamber is massive from a material with high specific heat capacity and high thermal conductivity and is equipped with an external source of thermal energy, preferably made in the form of an electric heater mounted on an external the surface of the specified bottom is preferably on the lower side of the latter, and the mass of the bottom of the heating chamber and the specific heat of the material used for its manufacture, as well as the heat capacity of the specified external source of thermal energy, are set to allow the transfer of sufficient heat from the bottom of the heating chamber to the conductive liquid maintaining the temperature of the specified liquid is not lower than its boiling point after the aforementioned power failure of the phase electrodes at min mal energy costs of said external heat energy source.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что масса днища нагревательной камеры задана в соответствии с выражением: 6. The device according to claim 5, characterized in that the mass of the bottom of the heating chamber is set in accordance with the expression:
Мд>[(1+к)(8п-Уэ)рсж/с - (l-k)MK]/(l-k+At2/At,), где Мд - масса днища нагревательной камеры; M d > [(1 + k) (8n-U e ) pc w / s - (lk) M K ] / (l-k + At 2 / At,), where M d is the mass of the bottom of the heating chamber;
к- определяемый теоретическим и/или экспериментальным путем коэффициент теплопотерь, учитывающий количество теплоты, теряемой в результате ее рассеивания в процессе теплообмена между токопроводящей жидкостью и конструктивными элементами нагревательной камеры; k - heat loss coefficient determined theoretically and / or experimentally, taking into account the amount of heat lost as a result of its dissipation in the process of heat exchange between the conductive fluid and the structural elements of the heating chamber;
S - площадь поперечного сечения рабочей полости нагревательной камеры; h - высота столба токопроводящей жидкости в рабочей полости нагревательной камеры в момент упомянутого отключения питания фазных электродов; S is the cross-sectional area of the working cavity of the heating chamber; h is the height of the column of conductive fluid in the working cavity of the heating chamber at the time of the aforementioned power failure of the phase electrodes;
V3 - объем фазных электродов и частей их электрододержателей, находящихся в токопроводящей жидкости в момент срабатывания датчика уровня на отключение питания фазных электродов; V 3 - the volume of the phase electrodes and parts of their electrode holders located in the conductive liquid at the time the level sensor is triggered to turn off the power of the phase electrodes;
р, сж - соответственно плотность и удельная теплоемкость используемой токопроводящей жидкости; p, s w - respectively, the density and specific heat of the used conductive liquid;
с - удельная теплоемкость металла, из которого изготовлены днище, корпус, крышка, фазные электроды и электрододержатели нагревательной камеры; C is the specific heat of the metal from which the bottom, body, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber are made;
Мк - суммарная масса корпуса, крышки, фазных электродов и электрододержателей нагревательной камеры; M to - the total mass of the housing, cover, phase electrodes and electrode holders of the heating chamber;
Δίι - величина изменения температуры в нагревательной камере; Δίι is the magnitude of the temperature change in the heating chamber;
Δί2 - величина изменения температуры днища нагревательной камеры при его нагреве от внешнего источника тепловой энергии для поддержания температуры токопроводящей жидкости не ниже температуры ее кипения. Δί 2 - the magnitude of the change in temperature of the bottom of the heating chamber when it is heated from an external source of thermal energy to maintain the temperature of the conductive liquid not lower than its boiling point.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нагревательная камера выполнена с возможностью создания в ее придонной части зоны интенсивного электронагрева токопроводящей жидкости, расположенной между днищем нагревательной камеры и нижними торцами фазных электродов, для чего днище нагревательной камеры служит нулевым электродом, а фазные электроды размещены в нагревательной камере таким образом, что нижние торцы указанных электродов обращены к днищу нагревательной камеры, при этом суммарная площадь S3 поверхности нижних торцов фазных электродов выбрана из условия 0,4<S3/S<0,9, а расстояние h3 между нижними торцами фазных электродов и днищем нагревательной камеры задано из условия 0,10<Пэ/Н<0,35, где Н - высота рабочей полости нагревательной камеры, причем нагревательная камера выполнена с цилиндрической формой ее рабочей полости, высота Н и диаметр d которой соответствуют условию 1,0< H/d<2,0. 7. The device according to claim 5, characterized in that the heating chamber is configured to create in its bottom part a zone of intense electric heating of a conductive liquid located between the bottom of the heating chamber and the lower ends of the phase electrodes, for which the bottom of the heating chamber serves as a zero electrode, and phase the electrodes are placed in the heating chamber in such a way that the lower ends of these electrodes are facing the bottom of the heating chamber, with the total surface area S 3 of the surface of the lower ends of the phase electrons the electrodes are selected from the condition 0.4 <S 3 / S <0.9, and the distance h 3 between the lower ends of the phase electrodes and the bottom of the heating chamber is specified from the condition 0.10 <Pe / N <0.35, where N is the working height cavity of the heating chamber, and the heating chamber is made with a cylindrical shape of its working cavity, the height H and diameter d of which correspond to the condition 1.0 <H / d <2.0.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в линии нагнетания установлен подпорный дроссель, расположенный после выпускного обратного клапана по ходу движения токопроводящей жидкости и вблизи от указанного клапана и выполненный с сужающимся в направлении движения токопроводящей жидкости поперечным сечением, при этом гидравлическое сопротивление подпорного дросселя задано с обеспечением возможности поддержания в нагревательной камере в процессе вытеснения из нее токопроводящей жидкости в линию нагнетания давления пара, достаточного по величине для указанного вытеснения токопроводящей жидкости. 8. The device according to claim 5, characterized in that a discharge throttle is installed in the discharge line, located after the exhaust check valve in the direction of the conductive fluid and close to the specified valve and made with a cross section tapering in the direction of conductive fluid, while the hydraulic resistance booster throttle set with providing the possibility of maintaining in the heating chamber during the process of displacing a conductive fluid from it into a steam pressure injection line, sufficient in magnitude for said displacement of the conductive fluid.
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что при выполнении указанного внешнего источника тепловой энергии в виде электронагревателя последний подключен к своему источнику питания через управляющий термостат, а на днище нагревательной камеры установлен датчик температуры, выход которого соединен со входом указанного термостата. 9. The device according to claim 5, characterized in that when the specified external heat source is in the form of an electric heater, the latter is connected to its power source through a control thermostat, and a temperature sensor is installed on the bottom of the heating chamber, the output of which is connected to the input of the specified thermostat.
10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выходное отверстие нагревательной камеры выполнено в днище последней, предпочтительно на оси указанной камеры, или в корпусе последней с примыканием к днищу нагревательной камеры. 10. The device according to claim 5, characterized in that the outlet of the heating chamber is made in the bottom of the latter, preferably on the axis of said chamber, or in the housing of the latter, adjacent to the bottom of the heating chamber.
11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что нагревательная камера снабжена теплоизоляционным кожухом. 11. The device according to claim 5, characterized in that the heating chamber is equipped with a heat-insulating casing.
12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выпускной обратный клапан выполнен с усилием его открытия, регулируемым в зависимости от величины гидравлического сопротивления линии нагнетания. 12. The device according to claim 5, characterized in that the exhaust check valve is made with the force of its opening, adjustable depending on the magnitude of the hydraulic resistance of the discharge line.
13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что внутренняя поверхность днища 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. 13. The device according to claim 5, characterized in that the inner surface of the bottom of the heating chamber is conical with the apex of the cone facing downward, while the outlet of the heating chamber and the conical surface of its bottom are preferably aligned with each other and with the housing of the heating chamber.
14. Устройство по п.5 или 13, отличающееся тем, что выпускной обратный клапан размещен в днище нагревательной камеры, предпочтительно соосно с выходным отверстием последней, с возможностью перекрытия им выхода указанного отверстия. 14. The device according to claim 5 or 13, characterized in that the exhaust check valve is located in the bottom of the heating chamber, preferably coaxially with the outlet of the latter, with the possibility of blocking the outlet of the said opening.
15. Устройство по п.5, отличающееся тем, что при выполнении нагревательной камеры с одним фазным электродом последний расположен коаксиально корпусу нагревательной камеры, а цри выполнении нагревательной камеры с двумя и более фазными электродами последние размещены равномерно по объему нагревательной камеры и равноудалены от корпуса последней. 15. The device according to claim 5, characterized in that when the heating chamber is made with one phase electrode, the latter is coaxial to the housing of the heating chamber, and when the heating chamber is made with two or more phase electrodes, the latter are placed uniformly throughout the volume of the heating chamber and are equidistant from the housing of the latter .
16. Теплогенерирующая установка, преимущественно для отопления, содержащая теплообменник и устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости, 16. Heat generating installation, mainly for heating, containing a heat exchanger and a device for heating and pumping a conductive fluid,
•-л • -l
например, воды, с линией подвода исходной токопроводящей жидкости, вход которой подключен к выходу теплообменника, и линией нагнетания нагретой токопроводящей жидкости, выход которой подключен ко входу теплообменника, отличающаяся тем, что устройство для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости выполнено по любому из пп.5-15, а в качестве теплообменника используется теплообменник типа «жидкость-жидкость» с контуром греющей и контуром нагреваемой среды, подключенный к теплопотребляющему устройству, снабженному линией подвода горячего теплоносителя и линией отвода холодного теплоносителя, при этом у теплообменника контур греющей среды подключен своим входом и выходом, соответственно, к выходу упомянутой линии нагнетания и ко входу упомянутой линии подвода токопроводящей жидкости, а контур нагреваемой среды подключен своим входом и выходом, соответственно, к линии отвода холодного теплоносителя от теплопотребляющего устройства и линии подвода горячего теплоносителя к теплопотребляющему устройству. for example, water, with a supply line of the source conductive fluid, the input of which is connected to the output of the heat exchanger, and a heated discharge line conductive fluid, the output of which is connected to the input of the heat exchanger, characterized in that the device for heating and injection of conductive fluid is made according to any one of paragraphs.5-15, and the heat exchanger uses a fluid-liquid heat exchanger with a heating circuit and a heated medium circuit connected to a heat-consuming device equipped with a hot coolant supply line and a cold coolant drain line, while the heat medium circuit of the heat exchanger is connected with its input and output, respectively Accordingly, to the output of said discharge line and to the input of said supply line of conductive liquid, and the circuit of the heated medium is connected with its input and output, respectively, to the cold coolant drain line from the heat consuming device and the hot coolant supply line to the heat consuming device.
17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена аккумулирующей емкостью с газовой полостью и отделенной от последней с помощью подвижного разделителя гидравлической полостью, которая расположена над газовой полостью и подключена на своем верхнем уровне через вертикально расположенный канал 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. 17. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a storage tank with a gas cavity and separated from the latter by means of a movable separator, a hydraulic cavity, which is located above the gas cavity and connected at its upper level through a vertically located channel to the aforementioned supply line conductive fluid close to the inlet check valve of said device for heating and forcing conductive fluid, while the movable separator of the storage tank is made in de diaphragm or piston, or bellows.
18. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для автоматического газоудаления, включающим обратный самодействующий клапан, вход которого подключен к внутренней полости нагревательной камеры устройства для нагрева и нагнетания токопроводящей жидкости на верхнем уровне указанной полости, и автоматический газоотводчик, подключенный своим входом к выходу указанного обратного клапана, который 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. 18. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a device for automatic gas removal, including a self-acting check valve, the input of which is connected to the inner cavity of the heating chamber of the device for heating and injection of conductive liquid at the upper level of the specified cavity, and an automatic gas vent connected its entrance to the exit of the specified non-return valve, which contains a horizontally located seat with an opening for the passage of conductive fluid and a shutter mounted under bound seat to overlap the last hole, the mass, the geometric shape and dimensions of said shutter are chosen so as to maintain the open position of said valve for admission thereto of air or the gaseous products from the heating chamber.
19. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для автоматической подпитки теплоносителем, выполненным в виде гидроаккумулятора, и устройством стабилизации давления, через которое устройство для автоматической подпитки теплоносителем подключено к упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости, при этом устройство стабилизации давления выполнено, предпочтительно, в виде перепускного клапана с возможностью поддержания заданного давления в указанной линии. 19. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a device for automatically feeding coolant, made in the form of a hydraulic accumulator, and a pressure stabilization device through which the device for automatically feeding coolant is connected to said supply line of the source conductive fluid, while the pressure stabilization device is preferably made in the form of a bypass valve with the ability to maintain a given pressure in the specified line.
20. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительным клапаном, подключенным к внутренней полости нагревательной камеры и настроенньм на заданное максимальное давление в указанной полости. 20. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a safety valve connected to the inner cavity of the heating chamber and configured for a given maximum pressure in the specified cavity.
21. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительным клапаном, подключенным к линии нагнетания и настроенным на заданное максимальное давление в последней. 21. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a safety valve connected to the discharge line and configured for a given maximum pressure in the latter.
22. Установка по п.16, отличающаяся тем, что она снабжена шламоуловителем, установленным в упомянутой линии нагнетания токопроводящей жидкости. 22. The installation according to clause 16, characterized in that it is equipped with a sludge trap installed in the aforementioned discharge line of the conductive fluid.
23. Установка по п.16, отличающаяся тем, что в верхних точках упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости установлены автоматические газоотводчики. 23. Installation according to clause 16, characterized in that at the upper points of the aforementioned line for supplying the source conductive fluid installed automatic gas vents.
24. Установка по п.16, отличающаяся тем, что на входе упомянутой линии подвода исходной токопроводящей жидкости и в линии подвода горячего теплоносителя к теплопотребляющему устройству установлены датчики температуры, выходы которых соединены с упомянутым блоком питания и управления, выполненным с возможностью отключения питания фазных электродов нагревательной камеры при увеличений температуры исходной токопроводящей жидкости на входе линии подвода последней к упомянутой нагревательной камере или температуры горячего теплоносителя в линии подвода последнего к теплопотребляющему устройству выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения питания фазных электродов нагревательной камеры после снижения указанной температуры исходной токопроводящей жидкости и горячего теплоносителя до заданного минимального значения. 24. The apparatus according to claim 16, characterized in that temperature sensors are installed at the input of the aforementioned line for supplying the initial conductive liquid and in the line for supplying the hot fluid to the heat-consuming device, the outputs of which are connected to the aforementioned power and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes the heating chamber with increasing temperature of the initial conductive fluid at the inlet of the supply line of the latter to the said heating chamber or the temperature of the hot coolant a line for supplying the latter to teplopotreblyayuschemu device above a predetermined maximum value and with the possibility of further switching phase power supply electrodes of the heating chamber after the initial reduction of said conductive liquid and the hot coolant temperature to a predetermined minimum value.
25. Установка по п.24, отличающаяся тем, что в помещении, обогреваемом с помощью теплопотребляющего устройства, установлен датчик температуры, выход которого соединен с упомянутым блоком питания и управления, выполненным с возможностью отключения питания фазных электродов нагревательной камеры при увеличении температуры воздуха в указанном помещении, выше заданного максимального значения и с возможностью последующего включения питания фазных электродов нагревательной камеры после снижения указанной температуры воздуха до заданного минимального значения. 25. Installation according to paragraph 24, characterized in that in the room heated by means of a heat-consuming device, a temperature sensor is installed, the output of which is connected to said power supply and control unit, configured to turn off the power of the phase electrodes of the heating chamber with increasing air temperature in the specified room above a given the maximum value and with the possibility of subsequent power-up of the phase electrodes of the heating chamber after lowering the indicated air temperature to a predetermined minimum value.
26. Установка по п.24 или 25, отличающаяся тем, что она снабжена малогабаритным автономным источником питания фазных 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. 26. The installation according to paragraph 24 or 25, characterized in that it is equipped with a small-sized autonomous power source for the phase electrodes of the heating chamber, connected to the power supply and control unit and designed for a given time of operation of the heating chamber when the power supply to the main power source of the indicated electrodes suddenly turns off.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/000066 WO2012105864A1 (en) | 2011-02-04 | 2011-02-04 | Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/000066 WO2012105864A1 (en) | 2011-02-04 | 2011-02-04 | Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2012105864A1 true WO2012105864A1 (en) | 2012-08-09 |
Family
ID=46602951
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2011/000066 WO2012105864A1 (en) | 2011-02-04 | 2011-02-04 | Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2012105864A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113276704A (en) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 魏杰 | New energy automobile charges rifle with filling electric pile |
CN116613405A (en) * | 2023-06-02 | 2023-08-18 | 宁波邵金塑料制品有限公司 | Battery box |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4061131A (en) * | 1975-11-24 | 1977-12-06 | Acme Engineering And Manufacturing Corporation | Heat transfer system particularly applicable to solar heating installations |
SU1532776A1 (en) * | 1987-07-20 | 1989-12-30 | Ленинградский сельскохозяйственный институт | Apparatus for heating and pumping a fluid |
SU1751619A1 (en) * | 1990-03-19 | 1992-07-30 | Конструкторское бюро "Арматура" | Heating system |
RU1820046C (en) * | 1990-03-19 | 1993-06-07 | Институт Геотехнической Механики Ан Усср | Device for delivery of liquid |
RU2133918C1 (en) * | 1995-02-15 | 1999-07-27 | Киповский Владимир Яковлевич | Room heating device |
-
2011
- 2011-02-04 WO PCT/RU2011/000066 patent/WO2012105864A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4061131A (en) * | 1975-11-24 | 1977-12-06 | Acme Engineering And Manufacturing Corporation | Heat transfer system particularly applicable to solar heating installations |
SU1532776A1 (en) * | 1987-07-20 | 1989-12-30 | Ленинградский сельскохозяйственный институт | Apparatus for heating and pumping a fluid |
SU1751619A1 (en) * | 1990-03-19 | 1992-07-30 | Конструкторское бюро "Арматура" | Heating system |
RU1820046C (en) * | 1990-03-19 | 1993-06-07 | Институт Геотехнической Механики Ан Усср | Device for delivery of liquid |
RU2133918C1 (en) * | 1995-02-15 | 1999-07-27 | Киповский Владимир Яковлевич | Room heating device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113276704A (en) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 魏杰 | New energy automobile charges rifle with filling electric pile |
CN113276704B (en) * | 2021-05-24 | 2023-09-19 | 国网浙江省电力有限公司嵊泗县供电公司 | Charging pile for new energy automobile charging gun |
CN116613405A (en) * | 2023-06-02 | 2023-08-18 | 宁波邵金塑料制品有限公司 | Battery box |
CN116613405B (en) * | 2023-06-02 | 2023-11-03 | 宁波邵金塑料制品有限公司 | Battery box |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2320187B1 (en) | Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body | |
US8746235B2 (en) | Heat driven liquid self-circulating devices and the system employ same | |
EP2937286A1 (en) | High capacity water heater | |
US20210318028A1 (en) | Internally heated phase change material heat batteries | |
CN110195990B (en) | Steam generator with steam temperature control valve | |
JP5777702B2 (en) | Heat-driven self-circulating fluid heating and storage tanks and systems | |
WO2012105864A1 (en) | Method and apparatus for heating current-conducting liquid, and heat-generating installation | |
RU87856U1 (en) | LIQUID INDUCTION HEATING DEVICE | |
RU2419039C1 (en) | Method to heat and inject current-conducting fluid, device for its realisation and heat-generating plant | |
EP2690374B1 (en) | Resistive structure for the uniform heating of fluids | |
AU2011320032B2 (en) | Heating apparatus | |
CN104180530A (en) | Pressure-bearing hot-water boiler system | |
CN212619283U (en) | Instant heating assembly, instant cooling and instant heating structure and gas water heater | |
US20170311393A1 (en) | Inductive heater for fluids | |
KR101258059B1 (en) | Boiler system | |
CN206771720U (en) | A kind of semiconductor heat reservoir and heating system | |
WO2013180685A1 (en) | System and method for energy storage | |
KR20190141287A (en) | Hot water generator | |
KR101240451B1 (en) | Heating and hot water supplying system using solar heat | |
EP2635856A1 (en) | Geothermal column | |
CN111649476A (en) | Instant heating assembly, instant cooling and instant heating structure, gas water heater and instant heating control method | |
RU44798U1 (en) | FLOWING ELECTRIC HEATER | |
JP2004101120A (en) | Hot water storage type hot water supply apparatus | |
US10036373B2 (en) | Thermal pumping via in situ pipes and apparatus including the same | |
KR101516889B1 (en) | Boiler using polymer catalyst heating unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11857532 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11857532 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |