RU2103618C1 - Electric heater - Google Patents

Abstract

FIELD: heating of rooms. SUBSTANCE: electric heater includes housing 8 with capsule 1 located inside it. This capsule is filled with eutectic mixture of chloride sodium and calcium salts by at least 95 percent of its inner volume. Tubular electric heating elements 6 are mounted in center of capsule 1 and around it. Capsule 1 may be provided with longitudinal metal ribs 5 and safety valve 7 inside it. Space between housing 8 and capsule 1 is filled with heat insulation 9. EFFECT: high safety of operation. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления помещений. The invention relates to energy and can be used for space heating.

Известен теплоаккумулирующий нагреватель, имеющий фазовый теплоаккумулирующих блок на фазовых переходах с герметичной капсулой, в которой в качестве теплоаккумулирующей среды использованы смеси солей натрия, калия или магния. Блок установлен в корпусе и засыпан теплоизоляцией. Нагреватель имеет также электрический нагревательный элемент. A heat storage heater is known having a phase heat storage unit at phase transitions with a sealed capsule, in which mixtures of sodium, potassium or magnesium salts are used as the heat storage medium. The unit is installed in the housing and filled with thermal insulation. The heater also has an electric heating element.

При работе в режиме аккумулирования теплоты включают электрический нагревательный элемент. При работе в режиме теплоотдачи нагревательный элемент выключают, воздух под действием естественной конвекции циркулирует вокруг корпуса теплоаккумулирующего нагревателя, отводя тепло от теплоаккумулирующего блока. Теплоаккумулирующий блок может непосредственно омываться потоком воздуха, движущимся под действием естественной или принудительной конвекции. Такой электрический нагреватель был изготовлен и испытан. В процессе испытаний выявилась особенность данной смеси солей натрия, калия и магния, связанная с удержанием магнием гидроксильной группы в период подготовки соли и заливки. В процессе работы герметизированной капсулы гидроксильная группа выделяется и разлагается на водород и кислород. Водород находится в газовой полости капсулы, а кислород вступает в реакцию с KCl и образует KClO₃.When operating in heat storage mode, an electric heating element is turned on. When operating in the heat transfer mode, the heating element is turned off, air under the action of natural convection circulates around the body of the heat storage heater, removing heat from the heat storage unit. The heat storage unit can be directly washed by a stream of air moving under the influence of natural or forced convection. Such an electric heater has been manufactured and tested. During the tests, a feature of this mixture of sodium, potassium, and magnesium salts was revealed that was associated with magnesium retention of the hydroxyl group during salt preparation and pouring. During operation of the sealed capsule, the hydroxyl group is released and decomposed into hydrogen and oxygen. Hydrogen is in the gas cavity of the capsule, and oxygen reacts with KCl and forms KClO ₃ .

В последующих термоциклах создаются условия для разложения KClO₃ и внезапного выделения кислорода в полость, заполненную водородом. При этом образуется "гремучая смесь", которая взрывается. В экспериментах был отмечен случай взрыва, сопровождающийся разрушением капсулы и выбросом соли в помещение.In subsequent thermal cycles, conditions are created for the decomposition of KClO ₃ and the sudden release of oxygen into a cavity filled with hydrogen. In this case, an "explosive mixture" is formed, which explodes. In the experiments, a case of explosion was observed, accompanied by the destruction of the capsule and the release of salt into the room.

Авторы данного изобретения считают применение потенциально опасных накопителей тепла на смеси солей натрия, калия и магния недопустимым и выдвигают предложение по созданию безопасных накопителей тепла на фазовых переходах солей металлов натрия и кальция. The inventors of the present invention consider the use of potentially hazardous heat stores on a mixture of sodium, potassium and magnesium salts unacceptable and put forward a proposal to create safe heat stores on phase transitions of sodium and calcium metal salts.

Технической задачей изобретения является создание безопасного нагревателя путем введения в нагреватель смеси солей натрия и кальция и предохранительного клапана. An object of the invention is to provide a safe heater by introducing a mixture of sodium and calcium salts and a safety valve into the heater.

Технический результат обеспечивается тем, что в электрическом нагревателе, содержащем корпус, внутри которого расположена капсула, не менее 95% внутреннего объема которой заполнено эвтектической смесью хлоридных солей натрия и кальция при рабочей температуре 500^oC.The technical result is ensured by the fact that in an electric heater containing a housing inside which is located a capsule, at least 95% of the internal volume of which is filled with a eutectic mixture of sodium and calcium chloride salts at an operating temperature of 500 ^o C.

По центру капсулы или вокруг нее установлены трубчатые электронагревательные элементы. Tubular electric heating elements are installed in the center of the capsule or around it.

Коаксиальное расположение по оси капсулы трубчатого элемента (ТЭН) обеспечивает практически полное (за исключением торцевого ввода ТЭНа) окружение теплоаккумулирующей средой источника тепла. Все тепло, выделяемое ТЭНом, передается теплоаккумулирующей среде через стенки трубы. Кроме того, для обеспечения более эффективного нагрева теплоаккумулирующей среды температуру ТЭНа можно повышать без опасения дополнительных теплопотерь в окружающую среду. ТЭН помещен в трубу из нержавеющей стали для повышения надежности его работы, учитывая повышенную температуру по сравнению с температурой плавления теплоаккумулирующего вещества. Электронагреватель ТЭНа не имеет электрического контакта с теплоаккумулирующим веществом, снимая требование его неэлектропроводности. ТЭН не подвергается коррозии в среде плавящегося сердечника. The coaxial arrangement along the axis of the capsule of the tubular element (TEN) provides an almost complete (with the exception of the end input TENA) environment of the heat storage medium of the heat source. All the heat generated by the heating element is transferred to the heat-accumulating medium through the pipe walls. In addition, to ensure more efficient heating of the heat storage medium, the temperature of the heating element can be increased without fear of additional heat loss to the environment. The heater is placed in a stainless steel pipe to increase the reliability of its operation, given the increased temperature compared to the melting point of the heat-accumulating substance. The electric heater TENA does not have electrical contact with the heat-accumulating substance, removing the requirement of its electrical conductivity. TEN is not exposed to corrosion in the environment of the melting core.

Размещение одного или нескольких дополнительных ТЭН вокруг ампулы позволяет ускорить нагрев помещения при включении холодного нагревателя и регулировать тепловой поток из теплоаккумулятора в окружающую среду. Последовательное выключение ТЭН уменьшает поток тепла. Внутри капсулы с плавящимся сердечником установлены ребра из теплопроводного материала, например, из стали, которые уменьшают перепад температур по сечению капсулы и температуру ТЭН. Теплоаккумулирующим веществом является электрическая смесь хлоридных солей натрия и калия, 33 NaCl, 67 CaCl₂; температура плавления смеси солей равна Т_пл 500^oC.Placing one or several additional heating elements around the ampoule allows you to accelerate the heating of the room when the cold heater is turned on and to regulate the heat flux from the heat accumulator to the environment. Sequential shutdown of the heater reduces the flow of heat. Inside the capsule with a melting core, ribs of heat-conducting material, for example, steel, are installed, which reduce the temperature drop across the capsule section and the temperature of the heater. The heat storage substance is an electric mixture of sodium and potassium chloride salts, 33 NaCl, 67 CaCl ₂ ; the melting point of the mixture of salts is equal to T _PL 500 ^o C.

Заполнение внутренней полости капсулы на величину не более 95% объема при максимальной рабочей температуре, например, 550^oC вызвано необходимостью сохранения в газовой полости низкого давления при изменении объема теплоаккумулирующего вещества при фазовом переходе и последующем нагреве. Предохранительный клапан предназначен для ограничения избыточного давления в газовой полости капсулы безопасной величиной, равной 1 ^oC 2 атм.Filling the internal cavity of the capsule with a value of not more than 95% of the volume at the maximum working temperature, for example, 550 ^o C is caused by the need to maintain low pressure in the gas cavity when changing the volume of the heat-accumulating substance during the phase transition and subsequent heating. The safety valve is designed to limit the excess pressure in the gas cavity of the capsule to a safe value of 1 ^o C 2 ATM.

На чертеже приведена конструкция электрического нагревателя. The drawing shows the design of an electric heater.

Он состоит из стальной цилиндрической капсулы 1, заполненной теплоаккумулирующим веществом 2, трубчатого электрического нагревателя 3, вставленного в трубу 4, которая зафиксирована по центру капсулы. Внутри капсулы установлены ребра 5. Вокруг капсулы также могут быть размещены один или несколько ТЭН поз. 6, капсула содержит предохранительный клапан поз. 7. Пространство между капсулой 1 и корпусом 8 заполнено теплоизоляцией 9. It consists of a steel cylindrical capsule 1, filled with heat-accumulating substance 2, a tubular electric heater 3, inserted into the pipe 4, which is fixed in the center of the capsule. Ribs 5 are installed inside the capsule. Around the capsule one or more TEN poses can also be placed. 6, the capsule contains the safety valve pos. 7. The space between the capsule 1 and the housing 8 is filled with thermal insulation 9.

Работает электрический нагреватель следующим образом. The electric heater operates as follows.

При подведении электропитания к электрическому нагревателю происходит выделение тепла, которое передается через стенку трубы к теплоаккумулирующему веществу. Вещество разогревается и постепенно расплавляется в радиальном направлении. После полного расплавления теплоаккумулирующего вещества процесс накопления тепла заканчивается и электрический нагреватель отключается. Запасенное тепло передается через наружную, преимущественно цилиндрическую стенку корпуса. Толщина теплоизоляции в цилиндрической части нагревательного элемента выбрана таким образом, чтобы величина потока через него обеспечивала расход запасенного тепла равномерно в течение времени разрядки, когда происходит затвердевание теплоаккумулирующего вещества от стенок к центру. После полного затвердевания нагреватель готов к повторному циклу. When the power is supplied to the electric heater, heat is released, which is transmitted through the pipe wall to the heat-accumulating substance. The substance warms up and gradually melts in the radial direction. After the melting of the heat-accumulating substance, the heat accumulation process ends and the electric heater is turned off. The stored heat is transferred through the outer, predominantly cylindrical wall of the housing. The thickness of the thermal insulation in the cylindrical part of the heating element is selected so that the flow through it ensures the consumption of stored heat evenly during the discharge time, when the heat-accumulating substance solidifies from the walls to the center. After complete solidification, the heater is ready for a second cycle.

Указанный электрический нагреватель изготовлен следующим образом. The specified electric heater is made as follows.

Теплоаккумулирующее вещество состава мол.%: 33 NaCl, 67 CaCl₂ расплавляют и заполняют им стальную капсулу. При максимальной рабочей температуре 550^oC расплавленные соли занимают 95% объема капсулы. Затем капсулу герметизируют и охлаждают.The heat storage substance with a composition of mol%: 33 NaCl, 67 CaCl _{2 is} melted and filled with a steel capsule. At a maximum operating temperature of 550 ^° C., molten salts occupy 95% of the capsule volume. Then the capsule is sealed and cooled.

ТЭН, выполненный с односторонним подводом электроэнергии, устанавливают в трубу капсулы. Капсулу с помощью дистанционаторов устанавливают в корпусе. Полость между капсулой и корпусом заполняют теплоизоляционным материалом. A heater made with a one-sided supply of electricity is installed in the capsule tube. The capsule using the remote control is installed in the housing. The cavity between the capsule and the body is filled with insulating material.

Claims (4)

1. Электрический нагреватель, содержащий корпус, внутри которого размещена капсула, заполненная на 95% объема теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом в зоне рабочих температур, и электронагревательные элементы, подключенные к источнику питания, отличающийся тем, что капсула содержит в качестве теплоаккумулирующего вещества эвтектическую смесь хлоридных солей натрия и кальция. 1. An electric heater containing a housing inside which a capsule is placed, filled to 95% of the volume with a heat storage substance with a phase transition in the operating temperature zone, and electric heating elements connected to a power source, characterized in that the capsule contains a chloride eutectic mixture as a heat storage substance sodium and calcium salts. 2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что капсула содержит внутри ребра из теплопроводного материала, например, стали. 2. The heater according to claim 1, characterized in that the capsule contains inside the ribs of a heat-conducting material, for example, steel. 3. Нагреватель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на капсуле установлен предохранительный клапан. 3. The heater according to claims 1 and 2, characterized in that a safety valve is installed on the capsule. 4. Нагреватель по пп.1 3, отличающийся тем, что один или несколько электрических нагревателей размещены вокруг ампулы. 4. The heater according to claims 1 to 3, characterized in that one or more electric heaters are placed around the ampoule.