CC BY
38
УДК 621.31
МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ЖИЛЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ
Б.В.Коровин1, Г.В. Лепеш2 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7 Аннотация - разработано устройство конвективного типа, предназначенное для обогрева жилых помещений. Принцип функционирования устройства основан на прямом пропускании электрического тока через водный раствор поваренной соли слабой концентрации. Показано преимущество данного способа по некоторым эксплуатационным характеристикам по сравнению с другими.
Ключевые слова: электронагрев; кипячение; конденсация; электроды; электробезопасность.
THE MOBILE DEVICE FOR PREMISES HEATING
B.V.Korovin, G.V.Lepesh The St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky, 7 The summary - The device of convective type intended for heating of premises is developed. The principle of functioning of the device is based on direct passage of an electric current through a water solution of table salt of weak concentration. Advantage of the given way under some operational characteristics in comparison with others is shown.
Keywords: electroheating; a boiling; condensation; electrodes; an electrosecurity.
Известно, что при пропускании электрического тока через воду, обладающую вследствие своих особенностей проводимостью, происходит преобразование электрической энергии в тепловую.
Утилитарный способ кипячения воды, основанный на этом явлении, заключается в пропускании электрического тока от осветительной сети (50 Гц, 220 В) посредством оголенных проводников, подсоединенных, например, к лезвиям безопасной бритвы, разнесенным в резервуаре с водой на расстояние 2 - 3 см.
Вследствие возможности появления значительного по величине электрического тока, зависящего от состава воды (наличия в нем ионов растворенных солей) сечение провода, предназначенного для соединения с электрической сетью выбирается в расчете на пропускание тока 5 - 6 А. Как правило метод можно применять для кипячения воды предназначенной для технических нужд в емкости 0,5 - 1,0 литра. Так после подключения такого устройства к сети 0,5 литра воды закипает приблизительно через 5 минут.
Несмотря на множество недостатков, связанных с безопасностью приме-
нения такого способа электронагрева, он все же обладает одним несомненным достоинством. Так, если такое устройство оставить до полного выкипания воды («забыть»), то произойдет естественный разрыв электрической цепи, поскольку. проводник, коим вода являлась еще в процессе кипения, в буквальном смысле улетучится. Это обеспечивает высокую электробезопасность данного устройства по сравнению с традиционными нагревателями, для отключения которых необходимо предусматривать специальные устройства, обеспечивающие разрыв электрической цепи.
Результат использования описанного способа нагрева воды, по эффективности и энергопотреблению не хуже, чем при использовании электрокипятильника (ТЭНа).
Следует сказать, что принцип действия описанного устройства и кипятильника совершенно различны: в кипятильнике электрический ток разогревает металлическую спираль (проводимость здесь электронная), а уж затем, за счет теплоотдачи, греется вода. В случае с лезвиями «спиралью» служит сама вода, разогревающаяся проходящим через нее
электрическим током (здесь проводимость - ионного типа). Возможно, что потери в случае с лезвиями меньше, что обусловлено тем, что часть кипятильника не находится в контакте с водой, а отдает тепловую энергию непосредственно в окружающую среду.
Рассмотрим возможность применения рассмотренного прямого способа нагрева воды для получения тепловой энергии для отопления жилых помещений конвективным способом.
В качестве прототипа при изготовлении элетронагревателя был выбран малогабаритный маслянный радиатора (электроконвектор) мощностью 600 Вт.
Изготовленное устройство (рис.1) состоит из корпуса, выполненного из фольгированного гетинакса с площадью поверхности, приблизительно равной площади корпуса прототипа. В нижней части корпуса (рис. 2) расположен резервуар 3 с водой, в корпус которого вмонтированы два латунных электрода 1 и 2.
Электроды монтируются на крышке с герметичным уплотнением 10, и соединены с электрическим шнуром 9,. Элементы 1, 2, 9, 10 могут быть легко и быстро демонтированы и заменены.
Для исключения разрушения от чрезмерного давления в опытном устройстве предусмотрен предохранительный клапан 4, вмонтированный в корпус. Для увеличения эффективности теплоотдачи пара к стенке устройства за счет обеспечения равномерности нагрева, во внутренней полости смонтированы плоские перегородки 5,6 и 7, расположенные под углом к днищу устройства и предназначенные для отвода водяного конденсата в резервуар 3.
Вода (200 мл) заливается в резервуар 3 через отверстие 8, закрываемое в последствии пробкой (клапаном 4). Для увеличения электропроводности водного раствора в воду добавляется несколько кристалликов поваренной соли крупного помола.
Устройство включается в бытовую электрическую сеть 220В переменного тока.
Клапан пароотводный ^ У' /45
гґ X
15 0
Рисунок 1 - Устройство для электрообогрева
Рисунок 2 - Конструкция устройства: 1,2 -
электроконтакты; 3 - резервуар для воды;4 -предохранительный клапан;5,6,7, - перегородки; 8 - заправочный клапан; 9 - электрический шнур; 10 - изолятор.
В процессе работы устройства вода закипает и образовавшийся пар поднимается вверх, заполняя внутреннее пространство нагревателя. При взаимодействии с корпусом пар остывает, конденсируется на стенках корпуса, а собирающаяся на перегородках вода стекает в резервуар, где опять испаряется под действием электрического тока, обеспечивая круговорот.
Мощность устройства в большой степени зависит от проводимости водного раствора, которая может регулироваться в зависимости от концентрации
30
НИИТТС
соли от наименьшей (дистиллированная вода) до короткого замыкания при достаточно насыщенном растворе.
В случае перелива воды в устройстве возможно превышение заданного порога давления пара, который будет стравливаться через пароотводный клапан. При полном выкипании воды происходит естественный разрыв электрической цепи и обесточивание «электродного резервуара», что обеспечивает безопасную работу устройства. Стоимость такого устройства при промышленном производстве (например, если корпус из-готавливатьиз пластика) должна быть существенно ниже стоимости масляного радиатора. При этом, оно может легко транспортироваться, монтироваться в сельских домах и коттеджах, иметь различную внешнюю форму, обеспечивающую эффективность теплообмена. Заполнение водой производится на месте установки, что дополнительно облегчает транспортировку и собственно устройство.
Усовершенствование конструкции по составу и форме электродов, форме корпуса, составу теплоносителя требует дополнительных исследований.
Ниже приведены графики зависимости температуры поверхности устройства и потребляемого тока от времени. Из графиков следует, что температура поверхности устройства не превышает 70 оС, что обеспечивает его безопасную эксплуатацию в качестве прибора для электрообогрева помещений. Мощность устройства составляет примерно 300 Вт в момент включения, а затем стабилизируется на величине примерно равной 200 Вт.
В процессе эксплуатации выявлено еще одно важнейшее преимущество прибора, по сравнению с существующими электроконвекторами - предлагаемое устройство не требует регулирования пу-
тем включения - отключения посредством реле температуры. Это свойство (саморегулирование процесса электронагрева) является наиболее важным эксплуатационным качеством, обеспечивающим долговечность эксплуатации и отсутствие дополнительных возмущений в сети электропитания здания.
■Т(град.С)
0 Н—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і—і
■ ъ О? # ^ «й? ^
Рисунок 3 - Разгонные характеристики электронагревательного прибора
Стоимость такого устройства при промышленном производстве (например, если делать его из пластика) должна быть существенно ниже стоимости масляного радиатора.
При этом, оно может легко транспортироваться, монтироваться в сельских домах и коттеджах, иметь различную форму. Заполнение водой производится на месте установки, что дополнительно облегчает транспортировку и собственно устройство.
Усовершенствование конструкции по составу и форме электродов, форме корпуса, составу теплоносителя требует дополнительных исследований.
1 Коровин Борис Викторович, заведующий лабораторией кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.: e-mail: borrisk&yandex.ru
2 Лепеш Григорий Васильевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ. Тел.: (812)362-4413; E-mail:[email protected].
