Установка для одержання тепла

Винахід відноситься до галузі теплообміну і теплопередачі, а більш конкретно - до пристроїв для генерування пари за допомогою електронагріву, і може бути використаний в будь-якій галузі народного господарства і побуту для вироблення пари та гарячої води. Відомий парогенераторний пристрій, який вміщує циліндричний корпус із центральною трубою для виведення пари, патрубки підведення та відведення робочої рідини та пристрій, що сепарує. (1). Відомий також парогенератор, який включає трубопровід, що підводить, із встановленим на ньому корпусом, усередині якого розташований електронагрівник і датчик рівня води. (2). Крім того, відомий парогенератор, який складається з корпусу, вн утрішня порожнина якого розділена коаксіальною циліндричною обичайкою, в котрій встановлено електронагрівник, патрубок підведення води та відведення пари. Обичайка ділить корпус на камеру випаровування та камеру нагріву. (3). Відомі конструкції дозволяють забезпечити процес генерації пари, але складні у виготовленні, потребують частої заміни і ремонту вузлів та елементів конструкції. Їхній недолік полягає ще і в тому, що потужність перерахованих парогенераторів обмежена, а зміна потужності потребує докорінної переробки конструкції. Крім того, погіршення процесу пароутворення та зниження надійності пов'язано з важкістю видалення накипу з поверхні теплообмінних елементів, що призводить до збільшення термічного опору, підвищенню температури нагрівальних елементів і, як наслідок, порушенню стабільності та безпечної роботи установки. Найбільш близькою за технічною сутністю та ефектом, який досягається, служить "Установка для одержання тепла (система обігріву)", прийнята авторами за прототип. (4). Установка вміщує поєднані між собою тепло-ізольованими трубопроводами парогенератор, холодильник, конденсатор та компенсатор. Корпус парогенератора виконаний із трубчастих елементів, що створюють замкнену порожнину, на бокових поверхнях яких закріплені електронагрівники, виконані у вигляді сталевої проволоки з питомим опором 0,05 - 0,098 Ом мм/м, і яка електроізольована від корпусу парогенератора. На вході парогенератора встановлені пов'язані між собою тепло-ізольованими трубопроводами запобіжний клапан, відцентровий сепаратор та сигналізатор тиску, паралельно котрим приєднано рівнемір, крім того, в системі теплоізольованих тр убопроводів встановлені з'єднувальні та відсічні вентилі. В верхній частині парогенератора на відмітці номінального рівня встановлено компенсатор з площею дзеркала води, яка перевищує площу дзеркала води в парогенераторі у співвідношенні 1:10, управління тепло-температурним режимом здійснено через посередництво електроконтактних манометрів. Недостатня надійність системи при роботі пов'язана із утворенням накипу на поверхні кипіння, що призводить до зменшення потужності та економічності, і не забезпечує стабільної та безпечної роботи установки. Задача винаходу - забезпечення стабільної економічної та безпечної роботи установки, за рахунок зменшення термічного опору теплової енергії, що підводиться, в тепло-передавальному пристрої, і одержання високої якості пари шляхом усунення накипу. Поставлена задача досягається тим, що в відомій установці, яка включає парогенератор з електронагрівником і пов'язані з ним тепло-ізольованими трубопроводами конденсатор, сепаратор, компенсатор, рівнемір, а також з'єднувальні та відсічні вентилі, електроконтактні датчики, манометр, запобіжний клапан та систему управління, парогенератор виконано двоконтурним: замкненим контуром, що гріє, та розімкненим контуром, який генерує пару. Замкнений контур парогенератора, що гріє, включає в себе нагрівальні блоки, паровий колектор із вбудованим волого-віддільником, паропровід, теплообмінник -конденсатор, компенсатор рівня робочої рідини з датчиком рівня та електроконтактним манометром, датчиком тиску і арматуру. Нагрівальні блоки виконані у вигляді вертикальних тр уб, з навитою на них проволокою, яка електроізольована від корпусу, і розташованих на нижній твірній парового колектора та сполучених з його внутрішньою порожниною. Паровий колектор являє собою горизонтально розташований циліндр, усередині якого встановлено вологовіддільник у вигляді горизонтальної труби з прорізом на його верхній утворюючій та коаксіальне розташованій з паровим колектором. Паровий колектор встановлено на силовій рамі з захисним кожухом. Компенсатор виконано у вигляді горизонтально розташованого циліндра, внутрішня порожнина якого за допомогою патрубків сполучується з внутрішніми порожнинами парового колектору та порожнинами нагрівальних блоків. На верхній утворюючій компенсатору встановлено електроконтактний рівнемір, на торці - патрубок із заглушкою та відсічний вентиль. Теплообмінник - конденсатор являє собою нахилено встановлену в сторону зливного патрубка трубну дошку з нахилено закріпленими на ній трубами, торці яких виконані з денцями із жорстко встановленими в них дренажними трубками, з'єднаними між собою трубками, пов'язаними із зливним патрубком. Теплообмінник конденсатор сполучується через П- подібний паропровід з внутрішньою порожниною парового колектора. Розімкнений контур, який генерує пару, утворений циліндричною обичайкою теплообмінника - конденсатора і зовнішньою поверхнею дошки з закріпленим на ній трубами та сепаратором, встановленим на верхній твірній циліндричної обичайки, виконаним у вигляді розташованих один в одному циліндрів із зміщеними в вертикальній площині осями з утворенням між ними щілини, яка звужується. На верхній твірній внутрішнього циліндру виконано проріз площиною, рівною мінімальній площі щілини між циліндрами, а знизу встановлено патрубок із закріпленим на його торці стаканом, з утворенням зазору між торцем патрубка та днищем стакану. В щілині на верхній твірній внутрішнього циліндру встановлено патрубок, один кінець якого поміщений в порожнину внутрішнього циліндру, а інший через корпус зовнішньої обичайки з'єднаний (сполучений) з фланцем споживача пари. Через торець циліндричної обичайки проходить зливний патрубок замкненого контур у та патрубок системи подачі робочого тіла (води) в порожнину розімкненого контуру. Установка забезпечується системою вентилів, клапанів та патрубків. Управління установкою здійснено загальноприйнятою системою автоматики із застосуванням процесорів, електро - комутаційною перетворюючою та контрольно-вимірювальною апаратурою. Переваги винаходу, що пропонується, полягають у виконанні парогенератора двоконтурним із замкненим контуром, що гріє, та розімкненим контуром, що генерує пару, в нахиленому відносно горизонту положенні теплообмінника конденсатора, включеним до замкненого контуру з компенсатором, що створює умови для побіжного руху пари та конденсату до внутрішньої порожнини труб теплообмінника, в результаті чого за рахунок тертя пари та конденсату останній здувається з теплообмінної поверхні. В результаті зменшується товщина плівки конденсату на стінці, знижується термічний опір, підвищується коефіцієнт теплопередачі від пари до стінки і, як наслідок, зменшується перепад тиску між контуром, що гріє, та тим, що генерує пару, знижується температура на поверхні нагрівальних блоків, збільшується надійність нагрівального елементу та зменшуються його габаритні розміри, а також в оригінальній конструкції сепаратора, котрий практично повністю звільняє пару від рідкої фази. Конструктивні особливості нових елементів в поєднанні з існуючими, їхній взаємозв'язок, забезпечують надійну безаварійну роботу установки, а застосування водоочисних засобів при підготовці води зводить до мінімуму утворення накипу в системі, збільшуючи довговічність та міжремонтні терміни. Шляхом набору модулів нагрівального блоку можна створити установку будь-якої потужності по виробництву тепла, що дозволяє використовува ти її в будь-якій галузі виробництва та в побуті, де є потреба в теплі та парі. Сукупність істотних ознак по новизні та неочевидності спрямована на виконання поставленої задачі, що відповідає критеріям винаходу. Винахід пояснено кресленнями, де: На фіг. 1 - зображена гідравлічна схема установки; На фіг. 2 - схема сепаратора. Установка для одержання тепла включає парогенератор із замкненим контуром, що гріє, та розімкненим контуром, що генерує пару. Замкнений контур, що гріє, поєднує нагрівальні блоки 1, які складаються з труб з навитою на них електроізольованою від корпусу проволокою, заповнених робочим тілом - водою, паровий колектор 2 та компенсатор 3. Паровий колектор 2 та компенсатор 3 виконані у вигляді розташованих горизонтально труб, вн утрішні порожнини яких сполучені між собою та з трубами нагрівальних блоків 1 патрубками 4. Усередині парового колектора 2 розташований волого-віддільник 5 у вигляді труби з прорізом на її верхній твірній, яка сполучується за допомогою П- подібного паропроводу 6 з теплообмінником -конденсатором 7, що являє собою нахилено встановлену в сторону зливного патрубку 8 трубн у до шку 9 з на хилено закріпленими на ній трубами 10, торці яких виконані з денцями 11, на котрих жорстко встановлені дренажні патрубки 12 поєднаними між собою трубами, пов'язаними із зливним патрубком 8. Зовні на верхній утворюючій парового колектора 2 встановлений запобіжний клапан 13, електроконтактний манометр замкненого контуру 14 та датчик тиску 15. На вер хній утворюючій компенсатора змонтовано датчик рівня 16, переливний патрубок 17 із заглушкою, дренажний вентиль 18 та перепускний вентиль 19, а на виході з П-подібного паропроводу 6 дренажний вентиль 20. Розімкнений контур, що генерує пару, створений поверхнями циліндричної обичайки 21 теплообмінникаконденсатора 7 та самого теплообмінника-конденсатора 7, а також сепаратора 22, який сполучується з внутрішньою порожниною контуру, що генерує пару, та встановленим на верхній твірній обичайки 21, виконаний у вигляді (малюнок 2) розташованих один в одному циліндрів 23, 24 із зміщеними в вертикальній площині осями з утворенням між ними плоскої щілини, яка звужується. На верхній твірній внутрішнього циліндру 24 виконаний проріз площею, рівною мінімальній площі зазору між циліндрами 23 та 24, а знизу встановлено патрубок 25 з закріпленим на його торці стаканом 26, з утворенням між торцем патрубку 25 і днищем стакану 26 зазору. В щілині, розташованій на верхній утворюючій внутрішнього циліндру 24, встановлено патрубок 27, один кінець якого поміщений в порожнину внутрішнього циліндра 24, а інший через обичайку зовнішнього циліндра 23 поєднаний фланцем 28 з споживачем пари. Через торець циліндричної обичайки 21 проходить зливний патрубок 8 замкненого контуру і патрубок 29 системи подачі робочого тіла (води) в порожнину розімкненого контуру. Заправку водою замкненого контур у, що гріє, здійснюють через вентилі 18,19, а розімкненого контуру, який генерує пару, - через електрогідроклапан 30. Злив конденсату з порожнини теплообмінника-конденсатора 7 в процесі роботи здійснюється по зливному патрубку 8 через перепускний вентиль 19 в компенсатор 3 і далі по патрубках 4 в порожнину труб нагрівальних блоків 1. Дренаж повітря із замкненого контур у, що гріє, виконується через дренажний вентиль 18. Контроль тиску в розімкненому контурі здійснюється електроконтактним манометром 31, встановленим на верхній твірній циліндричної обичайки 21. Рівень в розімкненому контурі контролюється датчиками 32, а запобігання викиду води з розімкненого контуру здійснюється зворотним клапаном 33. Система управління установкою здійснюється загальноприйнятою системою автоматики, яка включає електро-комутаційну перетворюючу та контрольно-вимірювальну апаратуру та процесори. Працює установка таким чином. В вихідному стані перед заправкою контурів перевіряється герметичність замкненого контуру, що гріє, шля хом подачі повітря відповідного тиску через дренажний вентиль 18. Після цього вентиль закривають. За спадом тиску на електроконтактному манометрі 14 впродовж 24 годин визначають ступінь герметичності контуру. Після перевірки на герметичність через дренажний вентиль 18 та перепускний вентиль 19 в замкнений контур, що гріє, подається попередньо очищена ферментами вода, яка запобігає утворенню накипу на вн утрішній поверхні труб нагрівальних блоків 1. Заправка припиняється після замикання рідинного рівнеміру 16. Через електрогідроклапан 30 заправляється розімкнений контур, що генерує пару. При торканні води датчиками рівня 32 закривається електрогідроклапан 30 і зворотний клапан 33. Установка готова до роботи. Подається струм промислової частоти на нагрівальні блоки 1, після чого в них закипає вода. Утворена пара з рідинною фазою надходить з нагрівальних блоків 1 до парового колектору 2. При обтіканні корпусу вологовіддільника 5 потік розділяється на дві плоскі струмини, котрі зіштовхуються над прорізом на верхній твірній волого-віддільника 5. Краплі рідини, зіштовхуючись, втрачають швидкість та стікають в паровий колектор 2 і далі в тр уби нагрівальних блоків 1, а пара, вільна від рідини, через проріз волого-віддільника 5 надходить до Пподібного паропроводу б, із нього в теплообмінник - конденсатор 7, де вона конденсується на внутрішній поверхні труб нагрівальних блоків 1, віддаючи стінкам теплообмінника - конденсатора 7 теплоту конденсації. Це тепло через стінки теплообмінника - конденсатора 7 передається воді, котра заповнює розімкнений контур. Вода в розімкненому контурі закипає. Утворена пара з рідинною фазою спрямовується до сепаратору 22, де, проходячи крізь порожнину між циліндрами 23 і 24 сепаратора 22, обтікає внутрішній циліндр, розділяється на дві струмини, швидкість яких зростає при перебігу в плоских каналах, що звужуються. В зоні верхньої твірної внутрішнього циліндру 24 вона досягає максимального значення. При зіткненні двох плоских струмин краплі втрачають швидкість. І через проріз в верхній твірній внутрішнього циліндру 24 крізь щілину вода стікає по патрубку 27 в стакан 26, і далі в порожнину розімкненого контур у. Пара, що звільняється від рідини, з внутрішнього циліндра 24 через фланець 28 надходить до споживача. Вакуум ування внутрішні х порожнин замкненого контуру перед початком роботи здійснюється парою, котра дренажується через дренажні вентилі 18 і 20. В процесі роботи автоматично підтримується заданий рівень робочого тіла - води в замкненому та розімкненому контурах установки. Контроль та підтримання рівня води в контурах забезпечуються електроконтактними рівнемірами 16 і 32. При зменшенні рівня в розімкненому контурі, коли датчик рівня 32 втрачає контакт із рідиною, подається команда через систему управління на включення електрогідроклапана 30 і подачу робочої рідини. При досягненні заданого рівня води в компенсаторі 3 контактним рівнеміром закривається вентиль 19. Подача рідини припиняється. При зменшенні рівня рідини в замкненому контурі, коли датчик рівня 32 втрачає контакт із рідиною, подається команда на відключення електроживлення нагрівальних блоків 1. При відновленні контакту, електроживлення нагрівальних блоків 1 поновлюється. При перевищенні максимального робочого тиску в замкненому контурі - що гріє, спрацьовує електроконтактний манометр 14 або датчик тиску 15, а у випадку їх відмовлення - запобіжний клапан 13. Підтримання заданого тиску в розімкненому контурі здійснюється електроконтактним манометром 31. Набором модулів нагрівального блока можна створити установку практично будь-якої потужності по виробництву тепла (пари) та використовувати в будь-якій галузі виробництва і в побуті. Виготовлені дослідні зразки установки в діапазоні потужності від 30 до 180 кВт, котрі з пройшли успішні випробування в виробничих умовах впродовж двох років. З 1999 року розпочато випуск установок на основі договірних угод, документація виконана і пройшла повну експертизу у відповідних органах. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 16050S3, кі. F22B/08, Казанцев та ін. "Пристрій, що генерує пару". 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1638444, кі. F22B 1/28, Сечкін та ін. "Парогенератор". 3. Авторське свідоцтво СРСР № 1590829, кі. F22B 1/28, Павленко та ін. "Парогенератор". 4. Патент України № кі. F 22В 1/28, Гонтарєв та ін. "Установка для одержання тепла (система обігріву)" прототип.