НПГ - непрерывный парогенератор без тэнов (электродный), с регулировкой мощности

Форум самогонщиков, пивоваров, виноделов Оборудование Оборудование для перегонки и ректификации
1 2 3 4 ... 56 1
victorchik Академик Москва 2489 9787
06 Нояб. 13, 10:56
Много лет пользовался емкостным парогенератором периодического действия (далее ППГ) для куба на 250 литров. Одна из причин была в том, что в моём распоряжении было всего 4 кВт. Работал он у меня комбинированно - газ+тэны.
   Маломощные (до 8 кВт) непрерывные парогенераторы (далее НПГ) в моих глазах не представляли никакой практической ценности. Куча сомнительной бытовой автоматики контроля и управления – всё это совершенно меня не привлекало, душа к этому не лежит.
   Если у вас хорошо с арифметикой, вы должны понимать, что при наличии ограниченной мощности, например, в 6.5 кВт, время перегонки затора объёмом 200 литров парогенератором любого типа будет одинаково. НПГ сделает это за 10 часов, хотя и начнёт генерировать пар сразу при включении, и ППГ сделает это за 10 часов, хотя подачу пара начнёт через полтора часа после включения.   Иллюзия мгновенной подачи пара не должна вводить в заблуждение – важно общее количество поданной мощности за весь  период времени. И в случае с НПГ, и в случае с ППГ мы прикладываем к 200 литрам затора одинаковую мощность – поэтому получаем одинаковое время общей перегонки. Просто НПГ подаёт пар с первой минуты включения, но в процессе 10-ти часовой работы часть мощности постоянно «отнимается» на подогрев непрерывно подаваемой воды. А ППГ первые полтора часа тратит всю мощность на нагрев всей потребной воды до кипения, зато остальное время вся освободившаяся мощность поступает в затор. [Время я указал «среднее по больнице», оно может варьироваться в зависимости от качества утепления, напряжения э/сети, длины паропровода, температуры в помещении и проч.]
Но когда у меня в распоряжении появились 40 кВт электрической мощности, вопрос  использования НПГ стал мне интересен. Повторюсь, меня отталкивало то, что НПГ, нагревающие воду с помощью классических тэнов, требуют обвеса автоматическими системами контроля  и безопасности. Вода, с учётом многочасовой работы тэнов, желательна очень мягкая или вообще обессоленная. Иначе неизбежно зарастание тэнов, что влечёт их регулярную чистку или выход из строя.
 Плюс регулировка мощности у  НПГ с тэнами осуществляется дискретно, согласно мощности отключаемых - подключаемых тэнов. Тонкое управление мощностью одного из тэнов можно осуществлять с помощью  отдельного регулятора мощности. И это в дополнение к системе контроля и куче автоматики!
    Нет, решил я, это мне не интересно, должно быть какое-то качественно другое решение. К тому же, на моём пути очень удачно встретился коллега-зерновик Володя (ник ТВН), который уже полтора года гонял электродный НПГ и не мог нарадоваться. Этот золотой человек выдал мне фотографии, эскизы и инструкции по эксплуатации аппарата под названием «электродный НПГ винокура».
Принцип работы такого парогенератора до безобразия прост: вода  обладает неким э/сопротивлением. За счёт протекающего через воду э/тока и совершается работа по нагреву воды и превращению её в пар.
Схематично устройство электродного НПГ выглядит так:
 
shema_npg.jpg
 
Регулировка мощности осуществляется изменением уровня затопления электродов. За солидным словом «электроды» кроется обычная нержавеющая шпилька ф10 мм, три штуки.
Электроды крепятся очень просто:
 
elektrod.jpg
 
Резьба на шпильке может быть сплошная, а может быть только в зоне крепления - для работы аппарата это без разницы.
Необходима фторопластовая втулка, крепящая тэн. Заготовка нарезается приблизительно на 10 мм длиннее полусгона. По центру сверлится отверстие под шпильку, а наружный диаметр обтачивается по диаметру просвета полусгона. Шпилька вставляется в цилиндр из фторопласта, с накинутыми гайками и шайбами. Потом несильно опрессовывается. Через час ещё подтягивается, и через час ещё. Фторопласт очень текуч, герметизация соединения полусгон-втулка-шпилька происходит за счёт сжатия фторопластовой втулки шайбами. На эскизе схематично показана "юбка", образующаяся при сжатии фторопласта.
Обращаю внимание, что верхняя гайка должна упираться в окончание резьбы, либо, если резьба на всю длину шпильки, должна быть зафиксирована сваркой. Иначе при работе НПГ вибрация её "открутит".
Потом всё это вкручивается на сантехуплотнителе во внутренний рабочий бак НПГ, к дну которого и приварены три укороченных муфты. И внутренний, и наружный корпуса у меня полностью из нержавейки, как впрочем и шпилька с гайками и шайбами, и штуцера - верхний отбора пара 1", нижний штуцер слива и подпитки 1/2".
Нижняя гайка, для возможности разборки элетрода, должна быть поставлена на качественный гровер, а лучше - гроверную шайбу. Следом за ней ставим вторую гайку и под неё заводим провод э/питания. Тоже с гроверной шайбой, естественно!

При этом (!), в отличие от НПГ с тэнами, вы можете эффективно использовать всю возможную мощность электросети.
Электрическое сопротивление тэнов [практически] постоянно, в случае снижения напряжения в сети даже на 5-10 вольт происходит существенное снижение «выдаваемой» тэнами мощности.  Электродный же НПГ легко компенсирует это изменением уровня воды = изменением сопротивления и, как следствие, выдаваемой фактической мощности.
Т.е., чтобы в электродном НПГ изменить мощность, вам не понадобятся комбинации переключения тэнов и отдельный регулятор мощности – сам электродный НПГ по своей природе имеет заложенную в основу его устройства возможность изменения снимаемой фактической мощности.


На фотографии видим внешний корпус, под ним находится, естественно, утеплитель, а под утеплителем находится внутренний рабочий корпус.
 
3.jpg
 
Честно говоря, трубка контроля уровня особо не нужна, но делает использование НПГ более удобным – после нескольких перегонов становится заранее известно, какой уровень необходимо набрать для выхода на  желаемую мощность.
Мощный электродный НПГ может быть только трёхфазным, хотя будет работать и от двух, и от одной фазы. Но по причине меньшей снимаемой мощности, использование его будет не столь целесообразным. Хотя всё равно удобным – он не боится воды любого качества и нет угрозы «сжечь» тэны, не нужна автоматика подачи и контроля уровня воды.

При этом, например, НПГ с размером рабочего корпуса 200х200х600 мм (длина*ширина*высота)  позволяет снимать мощность от 0.2 кВт до 30 кВт, с точностью до 0,15 -0,2 кВт.

Электродный НПГ имеет множество преимуществ перед «классическим» НПГ с тэнами:
1)    Совершенно не имеет значения качество воды. Нет тэнов – нет накипи.
2)     Тэны не могут сгореть при осушении – поскольку тэнов нет. Если вода перестанет подаваться, то НПГ просто перестанет работать – и всё, более ничего.
3)    Из пункта 2 вытекает пункт 3 – нет необходимости в системе контроля уровня и системе отключения НПГ в случае прекращения подачи воды. Просто нет необходимости – замечательное дело. Всё работает само собой – нет воды – осушаются электроды - прекращается работа НПГ –> ничего не происходит, НПГ перешёл в режим "ожидания".
4)    Тонкая и быстрая регулировка мощности в огромном диапазоне без отключения/включения  «разгонных» тэнов и использования дополнительных, отдельных регуляторов мощности.

Например, в начале перегона включаем НПГ на всю имеющуюся мощность (допустим, на 30 кВт для разгона куба в 500 литров), а буквально через полчаса, после прогрева куба, сбрасываем в НПГ уровень воды до нужного уровня мощности в 5 кВт для отбора голов. После отбора голов практически мгновенно повышаем мощность до 12 кВт и отбираем тело.
Контроль за мощностью осуществляем по визору подачи воды и токовым клещам:
 
img_3641.jpg
 
tokovie_kleshi.jpg

На той воде, что поступает у меня из колодца, уровень заданной первоначально мощности сползает сам собой «вниз» за 24 часа в среднем на 20-25 процентов – автоматически обеспечивая поддержание желаемой спиртуозности выгоняемого дистиллята Улыбающийся
С  «автоматическим» поддержанием мощности всё просто - по мере выкипания воды  электропроводность на определённом этапе растёт, это верно.
Мощность пытается "подрасти", пароотделение увеличивается. Но количество-то подаваемой воды остаётся одно и тоже - а это приводит к снижению уровня затопления электродов, что в свою очередь ведёт к уменьшению снимаемой мощности. Вода опять испаряется, опять увеличивается электропроводность - пытается подрасти мощность - уменьшается уровень затопления электродов, что ведёт к уменьшению снимаемой мощности... и так по кругу...
Вода может поступать просто из водопровода, а контролируем её напор через визор – наглядное и безотказное приспособление. У Володи (ТВН) водоснабжение - обычная коттеджная система, с релюшкой давления +/- 1 атм. , и у меня то же самое. НПГ  так же спокойно работает, когда накопительный бак, откуда поступает самотёком вода в аппарат, подвешен на высоту всего 1,5 метра (а внутри поплавковый унитазный клапан для подпитки, или можно просто ведром налить полный  бак и заняться дистилляцией). Я спецом проверял самотёчную систему - работает.

После перегонки сбрасываем оставшуюся воду  из НПГ – так как она содержит избыточное количество не испарившихся солей и при следующем пуске повышает электропроводность на минимальном уровне затопления электродов.
Сказать по правде, можно порассуждать об автоматической системе прекращения подачи воды в случае отключения электричества. Смоделировать, так сказать, гипотетическую ситуацию затопления. Но тут спасает особенность использования такого мощного НПГ. Как правило, его ставят для кубов от 250-500-1000 литров и выше. Такие кубы почти всегда устанавливают уж никак не в квартире. В местах установки таких кубов почти всегда есть трапы слива в полу, ну или в крайнем случае всяко отсутствует возможность затопить соседей.
С учётом того, что при средней рабочей мощности 10-20 кВТ  НПГ испаряет, а как следствие и потребляет около 15-30 литров воды в час, в случае отключения подачи воды - первый час будет заполняться НПГ, а потом оооочень долго ( 4-6-8 часов) будет заполняться свободное пространство куба. Ну а потом, если удивительным образом отсутствие электричества осталось незамеченным, вода будет тихонько литься на пол.
Но и «автоматику» защиты от затопления поставить очень легко. В самом простом и достаточно надёжном исполнении она представляет собой клапан "нормально закрыт". Запитка клапана осуществляется от одной из фаз на электродах и нулевого провода. В случае отключения электричества клапан автоматически вернётся в положение "нормально закрыт" и... закроет подачу воды в НПГ.
Большая мощность электродного НПГ и "тонкая" регулировка мощности позволяют параллельно проводить, вместе с основным перегоном, отбор пара для прочих различных нужд пивовара-винокура.Конечно, «тонкой» регулировку можно назвать для больших кубов, которым плюс-минус 200-400 ватт не существенны.
 
Очевидная вещь, которую озвучу – для безопасности необходимо наличие качественного и настоящего заземления!
victorchik Академик Москва 2489 9787
Отв.1  06 Нояб. 13, 10:57, через 1 мин
Делать однофазный электродный НПГ не планировал. Действительно, если мощность 2-3 кВт, зачем бы оно надо?
Однако, поступило много заявок. Ну , думаю, заявителям может и виднее, а мне почему бы не поиграться с железякой.
Уже по ходу испытаний однофазника всплыли его очевидные преимущества, в сущности, те же, что и у трёхфазного:
- качество воды совершенно не важно. Кто гоняет НПГ или ППГ с тэнами - тот в курсе. Зарастают накипью - мама не горюй.
- возможно использовать всю мощность электросети, вне зависимости от напряжения. У приятеля на даче обычное напряжение крайние много лет 205-210 вольт. Если использовать тэны - фактическая снимаемая мощность такова, что чайник " а ля 2 кВт" закипает минут полчаса Улыбающийся Потому что два киловата он выдаёт при 230 вольтах. Электродный НПГ выдаст нужную мощность вне зависимости от напряжения сети в данное время.
- регулятор мощности отпадает как класс - сам по себе электродный нпг имеет в основе своего принципа работы "встроенный" регулятор мощности.
- нет необходимости в автоматике контроля. Вода закончилась - пароген не работает, "воду ждёт". Гореть нечему - тэнов нет.

Касательно исполнения и габаритов одно-двух фазного НПГ. Они определяются не только желаемыми характеристиками изделия, но и производственными возможностями его изготовления.
   Для однофазника электроды лучше сделать максимально близко, 5-10 мм. Но тэны ведь не в воздухе висят – они встроены на изоляторе в корпус парогена, внутри которого вода, давление (крохотное - но в течение многих сотен часов), электрический ток и температура.
Кроме того,  мой частный случай большинству не вариант. Мне удобнее, как производителю барыге, сделать максимально унифицированное изделие.

Поэтому вначале я расскажу, как я решил вопрос с одно-двухфазным НПГ в едином изделии. А ниже дам комментарии, как бы я сделал, если нужен был  однофазник в единственном варианте.
Конструктив крепления электродов я оставил неизменным – полусгон один дюйм. Это влечёт увеличение межосевого расстояния, потому что и дюймовые гайки здоровые, и впритык их хорошо не проваришь:
 
mejosevoe.jpg
 
Из-за большого межосевого увеличивается паразитный объём воды вместе с общими габаритами изделия. Правда, даже в таком исполнении размеры однофазного НПГ всё равно игрушечные:
 
vnytr.bak.jpg
 
Сделать меньше технически неудобно при выполнении работ, как сварных, так и монтажных.
Для однофазника межосевое расстояние в 48 мм это избыточно большое расстояние, поэтому электрод представляет собой не шпильку, а пластину с приваренной шпилькой:
 
elektrod_2.jpg
 
Для двухфазника ставится использованный ранее обычный «электрод» из шпильки.
Почему двухфазник появился как класс? Есть много квартир с электроплитами – там в наличии возможность использовать три фазы.
Почему две, ведь к электроплите идёт три фазы?
   Потому что три фазы – это большая мощность.  Большая мощность для больших кубов, да и сам НПГ "подрастает". А в квартирах обычно кубы до 125-ти литров включительно, которым и 3 киловатта хватает, но если богат на три фазы, можно снять две и дать на разгон  8-10 кВт, мгновенно уменьшившись до требуемого минимума после разгона.
   Если бы я делал себе  однофазник в единственном варианте, то поставил бы полусгоны ¾ (ДУ20), уменьшив межосевое и тем самым увеличив снимаемую мощность с 1 см высоты электрода. И заодно уменьшив габариты поперечного сечения – для уменьшения паразитного объёма воды.  
Ещё по техническим деталям.
   Внутренний корпус у меня из нержавейки. Никакого заземления на него не делается – иначе это влечёт его работу как электрода и последующий выход из строя в неизвестные, но не вечные сроки.
   Поэтому внутренний корпус должен быть электроизолирован. Иначе он составит единую цепь с внешним корпусом и заторным кубом (которые однозначно должны быть заземлены!!!) – а это повлечёт неизбежное появление потенциала на корпусе и тока утечки через заземление. Что сделает невозможным использование УЗО и вообще составит опасность для пользователя.
Электроизоляцию корпусов друг от друга сделать очень просто, задача детская.
Далее надо разорвать цепь подачи воды и цепь отвода пара - немного сложнее. Каждый может решить это как сочтёт нужным.
Лично я подачу воды обеспечил полипропиленом (ибо на входе ПГ всегда низкие температуры), диаметр соединений 1/2" (ДУ15). А цепь подачи пара разорвана тем же полипропиленом, но избыточно большого  диаметра - 1" (ДУ25). Две муфты варятся через обрезок трубы стык в стык. Вообще-то температура бытовых полимерных труб всегда указана до +95*С. Но толщина "искуственно" получившейся стенки (около 20 мм) позволит очень долго противостоять температуре пара на выходе из НПГ – ибо там всегда, в течение многих часов работы температура 101 градус и, пусть крохотное, но давление.
 
shema.jpg
 
При работе от двух фаз вместо N (нейтрали) подключаем вторую фазу.

_dsc05342.jpg
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.2  06 Нояб. 13, 11:09, через 13 мин
victorchik, расстояние между Электродами?
(если делать на 1-фазке)
Vladl Доктор наук Красноярск 739 210
Отв.3  06 Нояб. 13, 11:37, через 28 мин
alexeyT, насколько я помню у Виктора на трех фазах равносторонний треугольник со стороной 90 мм. Можно прикинуть и для одной фазы расстояние.
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.4  06 Нояб. 13, 11:41, через 4 мин
Vladl, очень желательно!
а то я уже ортодокса - Тихохода почти подбил 1-фазник сделать....
просто на пробу...
Vladl Доктор наук Красноярск 739 210
Отв.5  06 Нояб. 13, 11:52, через 12 мин
alexeyT, от применяемой воды должно зависеть. Чисто попробовать, стоит взять стеклянную банку трехлитровую, в полиэтиленовой крышке закрепить пару электродов с расстоянием миллиметров 60 и до дна, и поэкспериментировать с уровнем воды в банке. Так надежней, чем привязываться к чьему-либо опыту.
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.6  06 Нояб. 13, 11:54, через 3 мин
Vladl, стекла боюсь. пластиковую емкость попробую, канализ труба с заглушками
wolfo Магистр Обнинск 255 86
Отв.7  06 Нояб. 13, 12:00, через 6 мин
А на корпусе НПГ какой потенциал будет? Для однофазки

Может там надо фазу на центральный электрод подводить, а ноль на корпус?
druid1965 Доктор наук Ульяновская область 950 177
Отв.8  06 Нояб. 13, 12:00, через 1 мин
Сосед мой лет десять назад хвалился электрокотлом военной разработки 5квт мощности на одной фазе.Стержень  вместо тенов.Не оно случайно? Тоже мечтаю о ПГ.Только емкости гораздо скромнее.
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.9  06 Нояб. 13, 12:02, через 2 мин
wolfo, если изолирован и заземлен? никакого...
Vladl Доктор наук Красноярск 739 210
Отв.10  06 Нояб. 13, 12:03, через 2 мин
А на корпусе НПГ какой потенциал будет? Для однофазки
wolfo, 06 Нояб. 13, 12:00

Без заземления корпуса ни в коем случае не включать!
wolfo Магистр Обнинск 255 86
Отв.11  06 Нояб. 13, 12:04, через 1 мин
так на землю тоже ток пойдет через корпус?
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.12  06 Нояб. 13, 12:05, через 2 мин
wolfo, почему? вспомни 2 лезвия в стакане...
wolfo Магистр Обнинск 255 86
Отв.13  06 Нояб. 13, 12:06, через 2 мин
стакан то стеклянный, а попробуй туда палец сунуть
alexeyT Профессор москва - деревня под Обнинском 20601 7201
Отв.14  06 Нояб. 13, 12:13, через 7 мин
а попробуй туда палец сунутьwolfo, 06 Нояб. 13, 12:06
да и в розетку можно, 2 пальца... зачем?
stoik Профессор Одесса 2681 544
Отв.15  06 Нояб. 13, 12:14, через 2 мин
очень желательно!alexeyT, 06 Нояб. 13, 11:41
Леш, провел небольшой эксперимент, нерж трубки 10мм в качестве электродов, вода высотой 10см, по содержанию солей на фото. При расстоянии между электродами около 3мм ток 4А, при увеличении расстояния ток уменьшается, по мере роста температуры воды ток резко возрастает. Измерительные клещи стрелочные, показания приблизительные. Давно кипятили воду в графине 2-мя лезвиями, между ними прокладывали спички, весьма эффективно грелось, особенно по мере роста температуры. Думаю для большей эффективности лучше делать электроды из пластин или по несколько стержней, количеством которых менять мощность. Вот такое на "скорую руку".
foto-0104.jpg
wolfo Магистр Обнинск 255 86
Отв.16  06 Нояб. 13, 12:21, через 7 мин
если для однофазки сделать два электрода (ноль и фаза) и заземлить корпус, то ток пойдет от фазы на ноль И(!) на корпус в землю
поэтому надо делать один электрод и подавать на него фазу, а на корпус подавать ноль и реально землить
А какая там мощность пойдет в землю зависит от "качества" ноля.

для трехфазки корпус землиться, но при любом перекосе фаз там тоже пойдет ток

по газообразованию тоже вопросы - хрен бы с кислородом/водородом (лишь бы гремучка не взорвалась)
а при эликтролизе солей много бяки лезет - таже поваренная соль хлор дает
Zapal Модератор Амурская область 4467 2812
Отв.17  06 Нояб. 13, 13:21
Стыдно спросить - а кому на форуме нужен НПГ мощностью 40 кВт??

Мой брат немного работал в 80-х годах на электрокотельной мощностью 2500 кВт.
там мощность котла регулировалась с помощью гидроцилиндра - который одевал (оголял) на электроды три пластиковые трубы.
Я нюансов как то не помню - но обратил внимание на струйку кипятка - непрерывно вытекающую через маленький кран.
Он мне пояснил - для поддержания постоянства проводимости воды. Сливаются избыточное количество солей.
иначе все примеси - остаются в котле - резко увеличивая проводимость воды.  

ЗЫ. лично я никаких особых преимуществ электродного котла не вижу.  
при наших мощностях в 2-3 кВт.  
Первый Кандидат наук СССР 369 39
Отв.18  06 Нояб. 13, 13:43, через 23 мин
Это нормальный вопрос или подъебка?V_B, 06 Нояб. 13, 13:13
Нормальный вопрос. Дело в том что подобные парогенераторы ставятся на подогрев зерна в помещениях категории 2В по пожаровзрывобезопасности и госгортехнадзор не имеет ни каких претензий.
msg31 Научный сотрудник Барнаул 4340 2229
Отв.19  06 Нояб. 13, 13:52, через 9 мин
Стыдно спросить - а кому на форуме нужен НПГ мощностью 40 кВт??

ЗЫ. лично я никаких особых преимуществ электродного котла не вижу. 
при наших мощностях в 2-3 кВт. 
Zapal, 06 Нояб. 13, 13:21
Видимо, кому-то нужно. Спрос рождает предложение.