Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ

Реферат: Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ містить корпус, нагрівальний елемент. Нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним, а корпус встановлений із зазором по всій довжині випромінювача. UA 83492 U (12) UA 83492 U UA 83492 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 вварені 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/magazin.php?t=14, стор. 1, від 07.03.13 р.). 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 з 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), освіта шару накипу на поверхні трубки, неможливість ремонту при перегоранні спіралі. В основу 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 дозволив би забезпечити малу інерційність, високу термостійкість, можливість тривалих перевантажень і стійкість до впливу різних середовищ (вода, пил), 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, нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним, а корпус встановлений із зазором по всій довжині випромінювача. Завдяки тому, що 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, досягається цілий ряд переваг в порівнянні з аналогом і прототипом: - мала інерційність, так як нагрівання інфрачервоним випромінюванням безконтактне 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 електродним модулем пропонований модуль для нагрівання менш вимогливий до хімічного складу води в системі опалення, у 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 підкоряється 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) частини. Короткохвильові випромінювачі з максимальною температурою (вище 800 °C), у середньохвильових випромінювачів температура по поверхні нижче (до 600 °C). 1 UA 83492 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спектральний склад випромінювання кварцової лампи визначається температурою кварцової трубки. До прикладу: при температурі кварцової трубки порядку 500 °C, основна частина променистого потоку тіла розжарення, лежить в області спектра з довжиною хвилі 34мкм. 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, досягається потужне знімання тепла з великої поверхні, що дозволяє виробляти більш швидке нагрівання води або іншого теплоносія. Інфрачервоний випромінювач може бути виконаний у вигляді кварцової трубки, в якій розташована спіраль, додатково оснащена каркасом у вигляді полоси 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. Поверх випромінювача може бути додатково встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу, щоб посилити випромінювач. Внутрішня стінка корпусу додатково може бути забезпечена екраном, котрий виконаний з алюмінієвої фольги, покритої поліетилентерефталатною плівкою, що дозволяє зробити його дзеркальним і захистити від пошкоджень. Модуль може бути додатково забезпечений пасивним активатором рідинного середовища, наприклад у вигляді спіралі, для турбулізації і кращого нагріву рідинного середовища. 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 - рідинне середовище. Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ включає корпус 2, нагрівальний елемент 1. У модулі (корпус у вигляді труби) 2 (див. креслення) нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача 1, розташованого у центрі модуля (корпусу у вигляді труби) 2, який виконаний коаксіальним, а корпус 2 встановлений із зазором по всій довжині випромінювача 1. У модулі внутрішня стінка корпусу 2 може бути забезпечена екраном (на кресленні умовно не показаний). 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 ефективність, його надійність і можливість використовувати у вертикальному положенні, що значно розширює сферу застосування. Корпус 2 встановлений із зазором (чим більше потужність випромінювача 1, тим більше зазор) по всій довжині випромінювача 1 для циркуляції рідинного середовища 3. Внутрішня стінка корпусу 2 додатково оснащена екраном (на кресленні умовно не показаний) з алюмінієвої фольги, покритої поліетилентерефталатною плівкою, що дозволяє зробити його дзеркальним і захистити від пошкоджень (робоча температура плівки 135 °C). Корпус 2 додатково забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном (на кресленні умовно не показані) для виключення втрат тепла. Завдяки тому, що в модулі відбувається більш швидкий нагрів води (теплоносія), його можна використовувати як проточний електроводонагрівач, поліпшуються умови експлуатації та монтажу (випромінювач 1 легко витягати з корпусу 2). Робота модуля полягає в наступному. Тепло, що виділяється, від кварцового випромінювача 1, переважно інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, передається в радіальному напрямку в рідинне середовище 3 достатньої товщини (на величину зазору між корпусом 2 і випромінювачем 1), яке поглинає енергію інфрачервоного випромінювання і швидко нагрівається, так як рідинному середовищу 3 забезпечують циркуляцію в осьовому напрямку модуля (корпусу у вигляді труби) 2 по поверхні кварцового випромінювача 1. При цьому спрощується конструкція, так як відсутній теплообмінник. Внутрішня стінка корпусу 2 оснащена екраном у вигляді тонкої алюмінієвої фольги (на кресленні умовно не показаний), який відображає ту невелику частину випромінювання, яка могла б пройти через шар рідинного середовища 3 і марно нагрівати корпус 2 модуля, тобто дозволяє уникнути втрати. 60 2 UA 83492 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Модуль для електричного нагрівання рідинних середовищ, що містить корпус, нагрівальний елемент, який відрізняється тим, що нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, розташованого в центрі модуля, який виконаний коаксіальним, а корпус встановлений із зазором по всій довжині випромінювача. 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 поверх випромінювача додатково встановлена трубка з прозорого для інфрачервоного випромінювання матеріалу. 4. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішня стінка корпусу додатково оснащена екраном, який виконаний з алюмінієвої фольги, покритої поліетилентерефталатною плівкою. 5. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що додатково забезпечений пасивним активатором рідинного середовища. 6. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що корпус додатково забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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