Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ

Реферат: Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ містить корпус, нагрівальний елемент, теплообмінник. Нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним. Теплообмінник встановлений по всій довжині випромінювача, принаймні з одним зазором щодо випромінювача і корпусу для циркуляції рідинного середовища. UA 83491 U (12) UA 83491 U UA 83491 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до засобів і технологій енергозберігаючого опалення та нагрівання рідинних середовищ і призначена для опалювання житлових, виробничих та інших приміщень з примусовою циркуляцією теплоносія (води) в опалювальній системі і гарячого водопостачання, а також може встановлюватися в діючі системи опалення паралельно з котлами, які працюють на інших видах палива. Аналогом є водогрійний модуль для електродного котла, який має металевий корпус з суцільнотягнутої труби, покритої товстим шаром діелектрика з поліаміду. Перпендикулярно до осі труби вварений вхідний і вихідний патрубки для підведення теплоносія. З одного торця труби через ізолятор вкручений по різьбі електрод із спеціального сплаву, а з іншого торця труба заглушена спеціальною гайкою з поліаміду з металізованою різьбою. Посередині труби перпендикулярно до її осі через додатковий товстий шар поліаміду приварені клеми нуль і заземлення (Сайт. Інтернет. Http://teplodoma.com.ua/maqazin.php?t=14cTop.1 від 07.03.2-13р.). Недоліком аналога є складність конструкції, значна трудомісткість у виготовленні, матеріаломісткість і висока вартість. Крім цього виникає необхідність заміни електродів, які поступово розчиняються, що призводить до зниження ефективності, є струми витоку, які можуть досягати 25 % номінального струму. Вимагає обслуговування високої кваліфікації. Прототипом є трубчастий електронагрівач (ТЕН), який виконаний у вигляді металевої трубки, заповненої теплопровідним ізолюючим матеріалом-периклазом (мінерал, оксид магнію). Точно по центру ізолятора проходить струмопровідна спіраль з дроту високого опору, наприклад ніхрому, для передачі необхідної потужності на поверхню ТЕНа. Трубки для ТЕНів виготовляють із сталі, нержавіючої сталі та міді. До недоліків ТЕНів слід віднести високу металоємність і вартість через використання дорогих матеріалів (ніхром, нержавіюча сталь, мідь), не дуже високий термін служби (корозійне порушення оболонки, розрив спіралі через перегрів), утворення шару накипу на поверхні трубки, неможливість ремонту при перегоранні спіралі. В основу цієї корисної моделі поставлена задача створити такий модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ, в якому використання нових конструктивних елементів, нове їх поєднання і розташування, нове підведення рідинного середовища дозволило би забезпечити малу інерційність, високу термостійкість, можливість тривалих перевантажень і стійкість до впливу різних середовищ (вода, пил і т.д.), спрощення конструкції і великий термін служби. Поставлена задача вирішується тим, що модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ, що містить корпус, нагрівальний елемент, згідно з корисною моделлю, додатково забезпечений теплообмінником, нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним, при цьому теплообмінник встановлений по всій довжині випромінювача, принаймні з одним зазором щодо випромінювача і корпусу для циркуляції рідинного середовища. Завдяки тому, що по корисній моделі як нагрівальний елемент використовують інфрачервоний випромінювач, який розташовують в центрі модуля, і передають тепло, що виділяється, переважно інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, в радіальному напрямку в рідинне середовище, в теплообміннику досягається цілий ряд переваг в порівнянні з аналогом і прототипом: - мала інерційність, так як нагрівання інфрачервоним випромінюванням бесконтактне і передача енергії від випромінювача до об'єкта відбувається дуже швидко (зі швидкістю світла), що дозволяє використовувати його в циклічних процесах; - великий термін служби і збереження протягом усього періоду роботи стабільного променевого потоку; - висока ефективність, економічність; - висока термостійкість, можливість тривалих перевантажень і стійкість до впливу різних середовищ (вода, пил і т.д.); - спрощення конструкції, зменшення ваги і габаритів; - модульність - можна зібрати тепловий вузол 30-50 кВт і більше; - спрощення монтажу та експлуатації. Крім цього, в порівнянні з електродними модулями пропонований модуль для нагрівання менш вимогливий до хімічного складу води в системі опалення, в порівнянні з ТЕНами - не утворює накипу, на відміну від індукційних нагрівачів - не має підвищених електромагнітних випромінювань, має меншу вартість. Інфрачервоні промені - це електромагнітне випромінювання, що підкоряються законам оптики. В залежності від довжини хвилі інфрачервону область спектра умовно розділяють на короткохвильову (0,74-2,5 мкм), середньохвильову (2,5-50 мкм) і довгохвильову (50-2000 мкм) 1 UA 83491 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частини. Короткохвильові випромінювачі з максимальною температурою (вище 800 °C), у середньохвильових випромінювачів температура поверхні нижче (до 600 °C). Спектральний склад випромінювання кварцової лампи визначається температурою кварцовою трубки. До прикладу: при температурі кварцовою трубки порядку 500 °C, основна частина променистого потоку тіла розжарення, лежить в області спектра з довжиною хвилі 34 мкм. Відомо, що шар води завтовшки 1 см практично не прозорий для інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі більше 1 мкм. Тому вода товщиною в кілька сантиметрів використовується як теплозахисний фільтр. Оскільки рідинному середовищу забезпечують примусову циркуляцію в осьовому напрямку модуля по поверхні інфрачервоного випромінювача, по внутрішній і зовнішній поверхні теплообмінника, досягається потужне знімання тепла з великої поверхні, що дозволяє виробляти більш швидке нагрівання води або іншого теплоносія. Інфрачервоний випромінювач модуля може бути виконаний у вигляді кварцової трубки, в якій розташована спіраль, додатково оснащена каркасом у вигляді смуги або трубки, причому каркас виконаний з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, що дозволяє підводити напругу з одного кінця модуля, підвищити його надійність і можливість використовувати у вертикальному положенні, що значно розширює сферу застосування. Теплообмінник модуля може бути виконаний у вигляді циліндра, забезпеченого по всій довжині на внутрішній і/або зовнішній поверхні ребрами жорсткості і/або циліндричними або спіралеподібними канавками, що значно збільшує його поверхню, а значить і знімання тепла. Теплообмінник модуля може бути виконаний у вигляді двох півциліндрів, оснащених по всій довжині на внутрішній і/або зовнішній поверхні ребрами жорсткості і/або циліндричними або спіралеподібними канавками, що значно збільшує його поверхню і спрощує технологію виготовлення. У модулі поверх випромінювача може бути додатково встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, щоб посилити випромінювач. У модулі корпус додатково може бути забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном, що виключає теплові втрати. Пропонована корисна модель схематично представлена на кресленні, де 1 - інфрачервоний випромінювач, 2 - корпус у вигляді труби, 3 - теплообмінник, 4 - рідинне середовище. Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ включає корпус 2, нагрівальний елемент 1. Модуль (корпус у вигляді труби) 2 (див. креслення) додатково забезпечений теплообмінником 3, нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача 1, розташованого в центрі модуля (корпусу у вигляді труби) 2, який виконаний коаксіальним, при цьому теплообмінник 3 встановлений по всій довжині випромінювача 1, принаймні з одним зазором щодо випромінювача 1 і корпусу 2 для циркуляції рідинного середовища 4. Приклад. Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ виконаний з корпусу у вигляді металевої труби 2, в центрі якої встановлений інфрачервоний випромінювач 1 у вигляді кварцової трубки, в якій розташована спіраль з каркасом у вигляді кварцової трубки і підведенням напруги з одного торця, що підвищує його надійність і можливість використовувати у вертикальному положенні, значно розширює сферу застосування. Додатково встановлений теплообмінник 3 по всій довжині випромінювача 1 з зазорами щодо випромінювача 1 і корпусу 2 для циркуляції рідинного середовища 4. Теплообмінник 3 виконаний у вигляді двох півциліндрів з алюмінію, внутрішня і зовнішня поверхня яких виконана з ребрами жорсткості і циліндричними канавками для збільшення поверхні. Корпус 2 додатково забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном (на креслення умовно не показані) для виключення втрат тепла. Робота модуля полягає в наступному. Кварцовий випромінювач 1 випускає потік променистої енергії, переважно, інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, тобто передає тепло, що виділяється, в радіальному напрямку в рідинне середовище 4 і в теплообмінник 3, який використовують додатково, розміщуючи навколо випромінювача 1 по всій довжині, причому рідинному середовищу 4 забезпечують циркуляцію в осьовому напрямку модуля (корпусу у вигляді труби) 2 по поверхні кварцового випромінювача 1 і по внутрішній і зовнішній поверхні теплообмінника 3. При цьому вся енергія інфрачервоного випромінювання безперешкодно проходить кварцову трубку, частково поглинається рідинним середовищем 4, а основна частина енергії проходить через рідинне середовище 4, так як товщина шару невелика (кілька міліметрів), і поглинається теплообмінником 3, який нагрівається. Таким чином, шар рідинного середовища 4, який циркулює по поверхні інфрачервоного випромінювача 1, отримує тепло: 1 - теплопередачею від кварцової трубки, що нагрівається 2 UA 83491 U 5 10 конвекцією нагрітих газів усередині трубки; 2 - від часткового поглинання інфрачервоного випромінювання; 3 - теплопередачею від внутрішньої поверхні теплообмінника 3, нагрітого інфрачервоним випромінюванням. По модулю додатково забезпечують рідинному середовищу 4 циркуляцію в осьовому напрямку модуля (корпусу у вигляді труби) 2 по зовнішній поверхні теплообмінника 3, тобто цей другий шар рідинного середовища 4 отримує тепло теплопередачею від теплообмінника 3, нагрітого інфрачервоним випромінюванням. Для цього повинна бути достатньою потужність кварцового випромінювача 1, щоб нагріти другий додатковий шар рідинного середовища 4. Завдяки тому, що модуль додатково забезпечений теплообмінником 3, котрий встановлений по всій довжині випромінювача 1 з зазорами щодо випромінювача 1 і корпусу 2 у вигляді труби для циркуляції рідинного середовища 4, відбувається більш швидке нагрівання води (теплоносія), поліпшуються умови експлуатації і монтажу (випромінювач 1 легко витягати з теплообмінника 3 і корпусу 2) і навіть можна використовувати як проточний електроводонагрівач. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ, що містить корпус, нагрівальний елемент, який відрізняється тим, що додатково забезпечений теплообмінником, нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним, при цьому теплообмінник встановлений по всій довжині випромінювача, принаймні з одним зазором щодо випромінювача і корпусу для циркуляції рідинного середовища. 2. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що інфрачервоний випромінювач виконаний у вигляді кварцової трубки, в якій розташована спіраль, додатково оснащена каркасом у вигляді смуги або трубки, причому каркас виконаний з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. 3. Модуль за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що додатково поверх випромінювача встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. 4. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді циліндра або двох півциліндрів, оснащених по всій довжині на внутрішній і/або зовнішній поверхні ребрами жорсткості і/або циліндричними або спиралеподібними канавками. 5. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що корпус додатково забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3