Спосіб нагрівання води для технологічних потреб

Реферат: Спосіб нагрівання води для технологічних потреб включає одночасне нагрівання води від двох джерел. При цьому на початку циклу мережеву воду підігрівають до температури 35-40 °C індукційними нагрівачами, які вмонтовані у технологічну лінію нагріву води послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, а потім підігріту мережеву воду пропускають через трубчаті ТЕНи, вмонтовані в лінію також послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, де її температуру доводять до 70-75 °C і за допомогою мережевого насосу підігріту мережеву воду подають на радіатори системи опалення. UA 121502 U (12) UA 121502 U UA 121502 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі теплотехніки і може бути використана як енергозберігаюча технологія в системах автономного гарячого водопостачання та опалення житлово-комунального та побутового господарства, а також об'єктів промисловості. Широко відомі різні способи нагрівання рідини, наприклад, зі спалюванням вуглеводневих типів палива, де теплота від газового потоку і продуктів згорання палива передається через жарові труби теплообмінників воді. Такі технології давно відомі та використовуються і сьогодні. При цьому багато технологічних процесів вимагають прямого нагрівання хімічних реагентів кислотних, сольових, лужних розчинів і інших агресивних середовищ (Сидельский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. - М: Энергоатомиздат, 1988-528 с., патент України 86084 "Спосіб нагріву води та пристрій для його здійснення" від 25.03.2009, МПК F24H 1/10 (2006.01), патент України № 52364 "Спосіб нагріву води" від 16.12.2002, МПК F24Н 1/10, Патент України на корисну модель № 1730 "Двомодульний водогрійний котел", від 15.04.2003 р., МПК F24H 1/28). Основними недоліками вищезгаданих способів є значні енерговитрати в процесі нагріву великої кількості води газами з високою температурою, які утворюються при спалюванні палива, а також екологічне забруднення навколишнього середовища, так як в атмосферу викидається дуже велика кількість продуктів горіння (див. Кормилицин В.І. Екологічні аспекти спалювання палива в парових котлах. - М: Видавництво МЕІ, 1998, с. 7-16). Відомі способи нагрівання води для автономних систем опалення з використанням енергії сонця, наприклад, патент України № 107510 "Геліоустановка для одержання холоду, гарячої води та електричної енергії", від 12.01.2015, МПК F25B 29/00; Патент України № 10774 "Спосіб одержання холоду, гарячої води та електричної енергії в геліоустановці", від 10.02.2015, МПК F25B 29/00; патент РФ № 2325597 "Геліоустановка" від 27.05.2008, МПК F25B 29/00; патент РФ № 2466489 "Сонячна багатофункціональна енергоустановка", від 10.11.2012, МПК F25B 29/00. Але сонячні генератори, що перетворюють енергію сонячного випромінювання, ефективно можуть бути використані тільки в районах з великим числом сонячних днів у році. Недоліком таких установок є їх залежність від часу доби і наявності великої кількості сонячних днів. Ця обставина не дозволяє застосовувати їх в середніх і високих широтах. Відомі способи нагрівання води для забезпечення технологічних потреб з використанням пристроїв для індукційного нагрівання, як, наприклад, у патенті України на корисну модель № 57981 "Пристрій для індукційного нагрівання теплоносія", від 25.03.2011 р., МПК Н05В 6/10. Пристрій складається з високочастотного нагрівача, що містить індуктор, який охоплює циліндричну магнітопровідну ємкість, і який з'єднаний з блоком живлення, вхідним і вихідним патрубками, які встановлені на магнітопровідній ємкості, та оснащений конденсаторною батареєю, яка паралельно з'єднана з індуктором для зменшення реактивного струму і створення резонансного режиму. Недоліком відомого пристрою є складність та громіздкість такої системи, що потягне за собою високі енергетичні затрати. Відомі комбіновані способи нагріву води з використанням декількох джерел нагрівання. Наприклад, спосіб контактного нагріву води (Патент України 86084 від 2009, МПК F24H 1/10.), в якому воду, що нагрівається, розподіляють на два потоки, один з яких нагрівають на контактноповерхневій насадці безпосереднім контактом з продуктами згоряння до температури 98100 °C, при якій розчинення кислотоутворюючих газів у воді є найменшим, а інший конвективним методом від стінок контактної камери та камери згорання, а потім змішують два потоки перед поданням в мережу. При цьому співвідношення двох потоків задають із умови одержання необхідної температури води, що подають у мережу. Але за такою технологією зниження концентрації вугільної кислоти в мережевій воді хоч і суттєве, але далеко не достатнє. Насичення води вуглекислим газом призводить до інтенсивної корозії теплових мереж, а нейтралізація вуглекислого газу лужними агентами потребує великих витрат останніх та викликає поступове підвищення мінералізації та корозійних властивостей теплоносія. Це, в свою чергу, призводить до необхідності періодичної продувки теплової мережі та додаткових витрат тепла та води. В деклараційному патенті України № 59589 "Спосіб нагріву води для централізованого опалення", від 15.09.2003, МПК F24D15/00, який є найбільш близьким серед відомих із рівня техніки за технічною суттю і результатом, що досягається, та прийнятий як найближчий аналог, пропонується також комбінований спосіб нагріву води, в якому вода одночасно нагрівається від двох джерел - енергії від спалювання палива та від електроенергії, яка виробляється вітротурбіною. Але для реалізації такого способу потрібний великий потенціал вітрів, де середньорічна швидкість вітру становить 5 м/сек. Також до недоліків способу належать великі енерговитрати, 1 UA 121502 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 так як в процесі нагріву води в водогрійних котлах чи ємкостях газами з високою температурою, які утворюються при спалюванні палива - горючої суміші, витрачається дуже велика кількість палива. А ще спалювання палива тягне за собою і низький ККД та забруднену екологію. В основу корисної моделі поставлена задача розробки економічного способу нагрівання води для технологічних потреб з високим коефіцієнтом потужності використаного набору компонентів при мінімальних енерговитратах, для реалізації якого потрібне компактне мобільне обладнання зі зручним його монтажем і який можна буде використовувати як енергозберігаючу технологію в житлово-комунальному та в побутовому господарстві для автономного обігріву площі будівель різноманітних призначень та забезпечення гарячою водою. Поставлена задача вирішується тим, що в способі нагріву води для технологічних потреб, при якому вода одночасно нагрівається від двох джерел, згідно з корисною моделлю, на початку циклу мережеву воду підігрівають до температури 35-40 °C індукційними нагрівачами, які вмонтовані у технологічну лінію нагріву води послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, а потім підігріту мережеву воду пропускають через трубчаті ТЕНи, вмонтовані в лінію також послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, де її температуру доводять до 70-75 °C і за допомогою мережевого насосу підігріту мережеву воду подають на радіатори системи опалення. Існує тісний причинно-наслідковий зв'язок між усією сукупністю суттєвих ознак та технічним результатом, що заявляється. Якщо виконувати нагрівання води одночасно від двох джерел, швидко нагріється мережевий об'єм води, тому що на ТЕНи надходить уже підігріта до температури 35-40 °C вода, де її потім нагрівають до 70°-75 °C. Використання на початку циклу індукційних нагрівачів, вмонтованих у технологічну лінію нагріву води послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, забезпечує високу швидкість нагрівання води до першої температури, так як принцип електромагнітної індукції виробляє негайну передачу енергії - швидку і з низьким рівнем затрат подачу тепла до води, що нагрівається, а послідуючий цикл підігріву води трьома ТЕНами за рахунок підвищення площі поверхні теплообміну забезпечує високу швидкість нагрівання води до необхідної мережевої температури. Для реалізації даного способу потрібна нескладна технологічна лінія з компактними компонентами - індукційними та електричними нагрівачами. Використання даного способу забезпечує при мінімальних енерговитратах високу швидкість нагрівання мережевої води, що призводить до зменшення енергетичних витрат, а в кінцевому результаті забезпечує високим коефіцієнтом потужності використаної технологічної лінії нагріву води. Схема здійснення способу представлена на кресленні, де представлено загальну схему технологічної лінії по способу нагрівання води для технологічних потреб. Технологічна лінія для реалізації способу містить трубопровід 1, який проходить через індукційні нагрівачі 2, 3, 4. Далі трубопровід проходить через ТЕНи 5, 6, 7 і через мережеві насоси 8, 9 мережеву воду подають на радіатори системи опалення. Спосіб нагрівання води був реалізований протягом опалювального сезону 2016-2017 року в двохповерховому будинку громадської організації загальною площею 1400 кв.м. На початку циклу мережеву воду через трубопровід 1 подають на індукційні нагрівачі 2, 3, 4, підібрані в кількості 3-х штук загальною потужністю 24 кВт. Об'єм води, яка надходила на нагрівачі, становить 8 літрів, таку кількість один нагрівач не зможе швидко нагріти до необхідної температури. Така підібрана потужність є оптимальною для швидкого нагріву води для технологічних потреб до температури 35-40 °C. Важливим моментом в побудові лінії є правильно підібрані використані труби. При використанні труб великої протяжності збільшується потужність використаної електроенергії, тому що збільшується час нагріву води до необхідної температури, якщо труби використати зовсім короткі, то вода не встигне нагрітися, тому труби підбирали оптимально-обмеженої довжини. Далі підігріту мережеву воду пропускали через трубчаті ТЕНи 5, 6, 7, вмонтовані в лінію також послідовно, в кількості 3 одиниць, загальною потужністю 45 кВт, де її температуру доводять до 70°-75 °C. Підібрані ТЕНи з такою загальною потужністю є оптимальним комплектом для швидкого нагріву води до необхідної температури. Далі через мережеві насоси 8, 9 мережеву воду подають на радіатори системи опалення. В залежності від температури навколишнього повітря в будинку електрична частина технологічної лінії автоматично регулює кількість спожитої електроенергії даними шістьома нагрівачами (включено-виключено). Регулятори електроенергії та датчики температури на кресленнях не показані. Подаючі насоси (не показані) працювали в системі постійної кількості води, що подавали на технологічну лінію, використану для даного способу нагрівання води для технологічних потреб. Таким чином, цей спосіб показав протягом опалювального сезону економічну, енергозберігаючу та мобільну простоту використання з високою експлуатаційною надійністю. 2 UA 121502 U Запропонований спосіб може бути використаний замість поширеної схеми централізованого гарячого водопостачання як енергозберігаюча технологія. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб нагрівання води для технологічних потреб, при якому воду одночасно нагрівають від двох джерел, який відрізняється тим, що на початку циклу мережеву воду підігрівають до температури 35-40 °C індукційними нагрівачами, які вмонтовані у технологічну лінію нагріву води послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, а потім підігріту мережеву воду пропускають через трубчаті ТЕНи, вмонтовані в лінію також послідовно, наприклад, в кількості 3 одиниць, де її температуру доводять до 70-75 °C і за допомогою мережевого насосу підігріту мережеву воду подають на радіатори системи опалення. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3