Электронагреватель токопроводящих сред

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Прищепов Михаил Александрович Рутковский Иосиф Геннадьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Электронагреватель токопроводящих сред, содержащий вертикальные плоскопараллельные электроды, два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, систему управления процессом термообработки, коммутирующий аппарат,отличающийся тем, что электронагреватель имеет три нагревательных блока, каждый из которых образован шестью парами вертикальных плоскопараллельных электродов, заключенных в корпус прямоугольного сечения с торцевыми отверстиями для прохождения среды и изменяющимся или постоянным межэлектродным расстоянием, причем токоподводящие электроды подключены к трехфазной сети через контакты коммутирующего аппарата и размещены на одной стороне корпуса, а дополнительные электроды размещены 46732008.10.30 на противоположной стороне корпуса напротив токоподводящих электродов, при этом нижние токоподводящие электроды в каждом из трех нагревательных блоков через нормальнозамкнутые контакты второго коммутирующего аппарата соединены со вторыми и третьими снизу токоподводящими электродами, которые в свою очередь через контакты первого коммутирующего аппарата подключены к трем фазам трехфазной сети, токоподводящие электроды первого нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены к третьей фазе трехфазной сети, электроды второго нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены ко второй фазе трехфазной сети, а токоподводящие электроды третьего нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены к первой фазе трехфазной цепи, три верхних токоподводящих электрода каждого из трех нагревательных блоков подключены к нулевому проводу трехфазной сети, кроме того, в первом нагревательном блоке нижний токоподводящий электрод через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами третьего нагревательного блока, нижний токоподводящий электрод второго нагревательного блока через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами первого нагревательного блока, а нижний токоподводящий электрод третьего нагревательного блока через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами второго нагревательного блока, в каждом нагревательном блоке нижний промежуточный электрод соединен с верхним промежуточным электродом, второй снизу промежуточный электрод соединен со вторым сверху промежуточным электродом, а третий снизу промежуточный электрод соединен с третьим сверху промежуточным электродом, кроме того, в каждом нагревательном блоке нижний промежуточный электрод соединен через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата со вторым снизу промежуточным электродом, контакт промежуточного реле порогового элемента системы управления включен в управляющую цепь первого коммутирующего аппарата, переменный резистор, соединенный последовательно с постоянным резистором, подключен к нижнему токоподводящему электроду первого нагревательного блока, постоянный резистор через нормальнозамкнутый контакт второго магнитного пускателя соединен с тремя верхними токоподводящими электродами первого нагревательного блока, а через нормальноразомкнутый контакт второго магнитного пускателя постоянный резистор соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами первого нагревательного блока, система управления процессом термообработки подключена к общей точке соединения последовательно соединенных сопротивлений и точке соединения второго снизу и второго сверху промежуточных электродов первого нагревательного блока, а нормальноразомкнутый контакт переключателя режимов нагревателя включен в управляющую цепь второго коммутирующего аппарата.(56) Патент РБ 2840, МПК Н 05 В 3/60, 1999. Полезная модель относится к устройствам прямого электронагрева сопротивлением и может быть использована для тепловой обработки токопроводящих сред. Известно устройство для электронагрева токопроводящих сред, содержащее вертикальные плоскопараллельные электроды, два последовательно соединенных резистора,один из которых переменный, систему управления процессом термообработки и коммутирующий аппарат 1. Основными недостатками указанного устройства являются невысокая чувствительность системы регулирования, зависимость величины информационного сигнала от уров 2 46732008.10.30 ня обрабатываемой среды в емкости для нагрева, возможность обеспечения процесса термообработки какой-либо одной обрабатываемой среды с определенным значением ее удельного сопротивления. Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении чувствительности системы регулирования, уменьшении влияния уровня обрабатываемой среды на величину информационного сигнала, расширении функциональных возможностей устройства, т.е. обеспечении нагрева обрабатываемых сред с различными значениями удельного сопротивления. Устройство, решающее указанную задачу, содержит вертикальные плоскопараллельные электроды, два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, систему управления процессом термообработки, коммутирующий аппарат и имеет три нагревательных блока, каждый из которых образован шестью парами вертикальных плоскопараллельных электродов, заключенных в корпус прямоугольного сечения с торцевыми отверстиями для прохождения среды и изменяющимся или постоянным межэлектродным расстоянием, причем токоподводящие электроды подключены к трехфазной сети через контакты коммутирующего аппарата и размещены на одной стороне корпуса, а дополнительные (промежуточные) электроды размещены на противоположной стороне корпуса напротив токоподводящих электродов, при этом нижние токоподводящие электроды в каждом из трех нагревательных блоков через нормальнозамкнутые контакты второго коммутирующего аппарата соединены со вторыми и третьими снизу токоподводящими электродами, которые в свою очередь через контакты первого коммутирующего аппарата подключены к трем фазам трехфазной сети, токоподводящие электроды первого нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены к третьей фазе трехфазной сети, электроды второго нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены ко второй фазе трехфазной сети, а токоподводящие электроды третьего нагревательного блока через контакт первого коммутирующего аппарата подключены к первой фазе трехфазной цепи, три верхних токоподводящих электрода каждого из трех нагревательных блоков подключены к нулевому проводу трехфазной сети, кроме того в первом нагревательном блоке нижний токоподводящий электрод через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами третьего нагревательного блока,нижний токоподводящий электрод второго нагревательного блока через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами первого нагревательного блока, а нижний токоподводящий электрод третьего нагревательного блока через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами второго нагревательного блока, в каждом нагревательном блоке нижний промежуточный электрод соединен с верхним промежуточным электродом, второй снизу промежуточный электрод соединен со вторым сверху промежуточным электродом, а третий снизу промежуточный электрод соединен с третьим сверху промежуточным электродом, кроме того в каждом нагревательном блоке нижний промежуточный электрод соединен через нормальноразомкнутый контакт второго коммутирующего аппарата со вторым снизу промежуточным электродом, контакт промежуточного реле порогового элемента системы управления включен в управляющую цепь первого коммутирующего аппарата, переменный резистор, соединенный последовательно с постоянным резистором,подключен к нижнему токоподводящему электроду первого нагревательного блока, постоянный резистор через нормальнозамкнутый контакт второго магнитного пускателя соединен с тремя верхними токоподводящими электродами первого нагревательного блока,а через нормальноразомкнутый контакт второго магнитного пускателя постоянный резистор соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами первого нагревательного блока, система управления процессом термообработки подключена к общей 3 46732008.10.30 точке соединения последовательно соединенных сопротивлений и точке соединения второго снизу и второго сверху промежуточных электродов первого нагревательного блока, а нормальноразомкнутый контакт переключателя режимов нагревателя включен в управляющую цепь второго коммутирующего аппарата. Техническим результатом при использовании предложенного устройства является повышение чувствительности системы регулирования за счет размещения между промежуточными электродами, к которым подключена система управления процессом термообработки, дополнительно еще одной пары промежуточных электродов, уменьшение влияния уровня обрабатываемой среды на величину информационного сигнала путем размещения над промежуточными электродами, к которым подключена система управления процессом термообработки, еще одной пары электродов, расширение функциональных возможностей устройства, т.е. обеспечение им возможности нагрева обрабатываемых сред с различными значениями удельного сопротивления, например таких, как вода и молочный обрат, путем изменения напряжения на токоподводящих электродах и переключения соединения промежуточных электродов. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема электронагревателя токопроводящих сред. На фиг. 2 - принципиальная электрическая схема системы управления процессом термообработки. На фиг. 3 - диаграммы изменения напряжения на обмотках первого - 1, второго - 2 и третьего - 3 реле. Электронагреватель токопроводящих сред содержит вертикальные плоскопараллельные электроды 1-36, два последовательно соединенных резистора 37, 38, один из которых переменный 38, систему управления процессом термообработки 39, коммутирующий аппарат с катушкой 40 и нормальноразомкнутыми контактами 41, 42, 43, в элекронагревателе имеются три нагревательных блока 44, 45, 46, каждый из которых образован шестью парами вертикальных плоскопараллельных электродов 1-12, 13-24, 25-36, заключенных в корпус прямоугольного сечения с торцевыми отверстиями для прохождения среды 47, 48,49 и изменяющимся или постоянным межэлектродным расстоянием, причем токоподводящие электроды 1-6, 13-18, 25-30, подключенные к трехфазной сети через контакты коммутирующего аппарата 41-43, размещаются на одной стороне корпуса 47, 48, 49, а дополнительные (промежуточные) электроды 7-12, 19-24, 31-36 размещаются на противоположной стороне корпуса 47, 48, 49 напротив токоподводящих электродов 1-6, 13-18, 2530, при этом нижние токоподводящие электроды 1, 13, 25 в каждом из трех нагревательных блоков 44, 45, 46 через нормальнозамкнутые контакты 50, 51, 52 второго коммутирующего аппарата с катушкой 53 соединены со вторыми и третьими снизу токоподводящими электродами 2 и 3, 14 и 15, 26 и 27, которые в свою очередь через контакты первого коммутирующего аппарата 41, 42, 43 подключены к трем фазам трехфазной сети, электроды 1, 2, 3 через контакт 43 подключены к фазе 3 трехфазной сети, соответствующие электроды второго нагревательного блока 13, 14, 15 через контакт коммутирующего аппарата 42 подключены к фазе 2 трехфазной сети, а электроды третьего нагревательного блока 25, 26, 27 через контакт 41 подключены к фазе 1, три верхних токоподводящих электрода 4-6, 16-18, 28-30 каждого из трех нагревательных блоков 44-46 подключены к нулевому проводу трехфазной сети, кроме того в первом нагревательном блоке 44 нижний токоподводящий электрод 1 через нормальноразомкнутый контакт 54 второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами 26, 27 третьего нагревательного блока 46, нижний токоподводящий электрод 13 второго нагревательного блока 45 через нормальноразомкнутый контакт 55 второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами 2, 3 первого нагревательного блока 44, а нижний токоподводящий электрод 25 третьего нагревательного блока 46 через нормальноразомкнутый контакт 56 второго коммутирующего аппарата соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами 14, 15 второго нагревательного блока 45, в каждом нагревательном блоке 4 46732008.10.30 44-46 нижний промежуточный электрод 7, 19, 31 соединен с верхним промежуточным электродом 12, 24, 36, второй снизу промежуточный электрод 8, 20, 32 соединен со вторым сверху промежуточным электродом 11, 23, 35, а третий снизу промежуточный электрод 9, 21, 33 соединен с третьим сверху промежуточным электродом 10, 22, 34, кроме того в каждом нагревательном блоке 44-46 нижний промежуточный электрод 7, 19, 31 соединен через нормальноразомкнутый контакт 57, 58, 59 второго коммутирующего аппарата со вторым снизу промежуточным электродом 8, 20, 32, контакт промежуточного реле порогового элемента 60 системы управления 39 включен в управляющую цепь первого коммутирующего аппарата, переменный резистор 38, соединенный последовательно с постоянным резистором 37, подключен к нижнему токоподводящему электроду 1 первого нагревательного блока 44, постоянный резистор 37 через нормальнозамкнутый контакт 61 второго магнитного пускателя соединен с тремя верхними токоподводящими электродами 4, 5, 6 первого нагревательного блока 44, а через нормальноразомкнутый контакт 62 второго магнитного пускателя постоянный резистор 37 соединен со вторым и третьим снизу токоподводящими электродами 2, 3 первого нагревательного блока 44, система управления процессом термообработки 39 подключена к общей точке соединения последовательно соединенных сопротивлений 37 и 38 и точке соединения второго снизу 8 и второго сверху 11 промежуточных электродов первого нагревательного блока 44, а нормальноразомкнутый контакт 63 переключателя режимов нагревателя включен в управляющую цепь второго коммутирующего аппарата система управления процессом термообработки 39 содержит измерительный мост, в котором два последовательно соединенных термозависимых сопротивления 64 и 65, образующиеся в межэлектродном пространстве при нагреве обрата между электродами 2, 8 и 5, 11, а при нагреве воды между электродами 1, 7 и 2, 8 и два последовательно соединенных резистора 37 и 38, при этом точки соединения термозависимого сопротивления 65 и резистора 37, а также термозависимого сопротивления 64 и резистора 38 подключены к источнику питания, а измерительная диагональ образована между точкой соединения резисторов 37 и 38 и термозависимых сопротивлений 64, 65, в системе управления процессом термообработки два усилителя 66 и 67, выполненные в виде транзисторов, коллекторы которых являются выходами усилителей, причем общая точка двух последовательно соединенных резисторов 37 и 38 соединена с базами транзисторов 66 и 67 через соответствующие регулируемые резисторы 68 и 69, а точка соединения термозависимых резисторов 64 и 65 соединена с эмиттерами транзисторов 66 и 67, при этом обмотка первого реле 70, с параллельно подключенным конденсатором 71,подключена к источнику питания в точке соединения резистора 37 и термозависимого сопротивления 65 и к коллектору транзистора 67 через диод 72, а обмотка второго реле 73, с параллельно подключенным конденсатором 74, подключена к источнику питания в точке соединения резистора 37 и термозависимого сопротивления 65 и к коллектору транзистора 66 через диод 75, кроме того к базе и коллектору транзистора 66 через замыкающий контакт второго реле 76 подключен балластный резистор 77, обмотка третьего реле 78 подключена к источнику питания через последовательно соединенные нормальнозамкнутую кнопку 79, нормальноразомкнутую кнопку 80 с параллельно подключенным замыкающим контактом третьего реле 81 и параллельно соединенные размыкающий контакт второго реле 82 и замыкающий контакт первого реле 83. Работает электронагреватель в двух режимах, режиме нагрева обрата и нагрева воды,следующим образом. При разомкнутом состоянии контакта 63 проводится нагрев обрата молока, при этом напряжение на катушку второго коммутирующего аппарата 53 не подается, поэтому контакты 5052 и 62 остаются замкнуты, а контакты 5456, 5759 и 62 разомкнуты. При нажатии кнопки 80 системы управления 39 через нормальнозамкнутый контакт 82 второго промежуточного реле, замыкающую кнопку 80 и нормальнозамкнутую кнопку 79 подается напряжение на катушку третьего промежуточного реле 78. При этом замыкается контакт 81 третьего реле и отпускание кнопки 80 не приведет к прекращению подачи напряжения на катушку третьего реле 78. Кроме того, замыкание контакта третье 5 46732008.10.30 го реле 60 приводит к срабатыванию первого коммутирующего аппарата с катушкой 40 и замыканию его контактов 4143. Через замкнутые контакты 4143 первого коммутирующего аппарата питающее напряжение подается на электроды нагревательных блоков 4446. Причем напряжение первой фазы 1 через контакт 41 подается на электроды 26 и 27, а через контакт 41 и контакт 52 - на электрод 25 третьего нагревательного блока. Напряжение второй фазы 2 через контакт 42 подается на электроды 14 и 15, а через контакт 42 и контакт 51 - на электрод 13 второго нагревательного блока. Напряжение третей фазы 3, через контакт 43 подается на электроды 2 и 3, а через контакт 43 и контакт 50 - на электрод 1 первого нагревательного блока. Обрабатываемая среда нагревается в межэлектродных пространствах между электродами 136. Измерительный мост, образованный сопротивлением обрабатываемой среды между электродами 2, 8 и 5, 11, а также резисторами 37 и 38, разбалансируется в процессе нагрева за счет перераспределения подогретой жидкости по высоте емкости электронагревателя, в которой размещаются три нагревательных блока 4446, путем естественной конвекции. Потенциалы напряжения разбаланса мостас точки соединения термозависимых сопротивлений 64 и 65 прикладываются на эмиттеры транзисторов двух усилителей 66 и 67, а с точки соединения резисторов 37,38 - на базы транзисторов этих же усилителей 66, 67 через переменные резисторы 68, 69. При достижении напряжением разбаланса моставеличины 1 происходит срабатывание первого реле с обмоткой 70, что вызывает замыкание контакта 83. Дальнейшее увеличение напряжения разбаланса мостадо величины 2 приводит к срабатыванию второго реле с обмоткой 73. При срабатывании второго реле размыкается контакт 82 и замыкается контакт 76. При замыкании контакта 76 напряжение с коллектора транзистора 66 через резистор 77 подается на его базу. Это приводит к тому, что даже после уменьшения напряжения разбаланса мостадо величины отп 2 не происходит прекращения подачи напряжения на обмотку второго промежуточного реле 73. После уменьшения напряжения разбаланса мостадо величины отп 1 размыкается контакт 83 и происходит прекращение подачи напряжения на обмотку третьего промежуточного реле 78. Это вызывает размыкание контакта 60 и прекращение подачи напряжения на катушку магнитного пускателя 40. Последнее приводит к разрыву контактов 4143 и прекращению процесса нагрева. При нагреве воды контакт 63 замкнут, при этом подается напряжение на катушку второго коммутирующего аппарата 53, поэтому контакты 5052 и 61 размыкаются, а контакты 5456, 5759 и 62 замыкаются. Нажатие кнопки 80 приводит к срабатыванию первого магнитного пускателя с катушкой 40 так же, как в режиме нагрева обрата. При этом питающее напряжение через контакт 43 подается на электрод 2 первого нагревательного блока, а через контакт 41 и контакт 54 - на электрод 1 первого нагревательного блока. Соответственно через контакт 42 питающее напряжение подается на электрод 14 второго нагревательного блока, а через контакт 43 и контакт 55 - на электрод 13 второго нагревательного блока. Через контакт 41 питающее напряжение подается на электрод 26 третьего нагревательного блока, а через контакт 42 и контакт 56 - на электрод 25 третьего нагревательного блока. При замкнутых контактах 5759 в первом нагревательном блоке нагрев проводится между электродами 1, 7 и 2, 8, во втором нагревательном блоке - между электродами 13, 19 и 14, 20, в третьем нагревательном блоке - между электродами 25,31 и 26, 32. При нагреве воды термозависимые сопротивления 64 и 65 образуются между электродами 1, 7 и 2, 8. Работает система управления процессом термообработки в режиме нагрева воды так же, как и в режиме нагрева обрата. Использование предложенной конструкции электронагревателя и электрической схемы управления позволяет повысить чувствительность системы регулирования, уменьшить влияние уровня обрабатываемой среды на величину информационного сигнала, расширить функциональные возможности устройства, т.е. обеспечить возможность нагрева воды и обрата молока. 6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7