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 охоплює по всій довжині випромінювач, виконаний відносно нього герметичним і встановлений із зазором відносно корпусу. UA 83493 U (54) МОДУЛЬ ДЛЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО НАГРІВАННЯ РІДИННИХ СЕРЕДОВИЩ UA 83493 U UA 83493 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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, що працюють на інших видах палива. Відомий індукційний водонагрівач, що має корпус та індуктор всередині нього, причому вторинною обмоткою у вигляді короткозамкненого витка є металева труба з водою. В результаті протікання значних за величиною електричних струмів високої частоти, від індуктивно наведеної в ній електричної напруги, труба інтенсивно розігрівається і нагріває воду. Підтримка заданої температури теплоносія, захист від екстремальних режимів роботи здійснюється автоматичною системою управління. Контроль температурних режимів здійснюється за допомогою датчиків температури, встановлених на патрубку подачі нагрітої води, і датчиком захисту від перегріву. (Патент RU № 2191954, МПК F24H 1/20 від 03.01.2001). Однак термін служби індукційних водонагрівачів визначається практично тільки терміном служби електромагнітної котушки, тому вона часто і є найбільш вразливою в системі. Індукційні нагрівачі застосовуються тільки в замкнутих системах теплопостачання, де як теплоносій використовується вода. Вони мають високий рівень електромагнітних випромінювань. 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=14cTop.1 від 07.03.13 р.). Недоліком аналога є складність конструкції, значна трудоємність у виготовленні, матеріаломісткість і висока вартість. Можливі струми витікання, що не безпечно. Вимагає обслуговування високої кваліфікації. Висока вартість, у порівнянні з ТЕНами і електродними котлами, відносно великі габарити. 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). Крім цього утворення накипу на ТЕНах призводить з часом до погіршення тепловіддачі, а, отже, і до збільшення витрат електроенергії. 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 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 охоплює по всій довжині випромінювач, виконаний щодо нього герметичним і встановлений з зазором відносно корпусу. Завдяки тому, що нагрівальний елемент виконаний у вигляді інфрачервоного випромінювача, який розташований в центрі модуля, і передає тепло, що виділяється, переважно інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, в радіальному напрямку в теплообмінник і 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; 1 UA 83493 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - 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 і більше кВт; - спрощення монтажу та експлуатації. Крім того, в порівнянні з електродними пропонований модуль для нагрівання менш вимогливий до хімічного складу води в системі опалення, у порівнянні з ТЕНами - не утворюють накипу, на відміну від індукційних нагрівачів - не мають підвищених електромагнітних випромінювань і можуть застосовуватися як у відкритих, так і замкнутих двоконтурних системах опалення та гарячого водопостачання. Інфрачервоні промені - це електромагнітне випромінювання, що підкоряється законам оптики. В залежності від довжини хвилі інфрачервону область спектру 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 поверхні нижче (до 600 °C). 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 3-4 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 внутрішній і/або зовнішній поверхні теплообмінника, 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 смуги або трубки, причому каркас виконаний з прозорого для інфрачервоного випромінюючого матеріалу, що дозволяє підводити напругу з одного кінця модуля, підвищити його надійність і можливість використовувати у вертикальному положенні, що значно розширює сферу застосування. Теплообмінник може бути виконаний у вигляді циліндра, зовнішня поверхня якого виконана з ребрами жорсткості та/або з циліндричними або зі спіралеподібними канавками, що значно збільшує його поверхню, а значить і знімання тепла. 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, що 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 охоплює по всій довжині випромінювач 1, виконаний щодо нього герметичним і установлений із зазором відносно корпусу (труби) 2. 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, який охоплює по всій довжині кварцовий випромінювач 1, виконаний щодо нього герметичним і встановлений із зазором відносно корпусу 2. Теплообмінник 3 виконаний у вигляді циліндра з алюмінію, зовнішня поверхня якого виконана з ребрами жорсткості і з циліндричними канавками для збільшення поверхні. Корпус додатково забезпечений теплоізоляцією і зовнішнім екраном для виключення втрат тепла. Робота модуля полягає в наступному. Кварцовий випромінювач 1 випускає потік променистої енергії, переважно, інфрачервоного випромінювання короткохвильового і/або середньохвильового діапазонів, і передає тепло, що виділяється, в радіальному напрямку в теплообмінник 3. При цьому вся енергія інфрачервоного випромінювання безперешкодно проходить кварцову трубку і поглинається теплообмінником 3, який нагрівається і віддає тепло теплопередачею і конвекцією рідинному середовищу 4, якому забезпечують циркуляцію в осьовому напрямку модуля (корпусу у вигляді труби) 2 по зовнішній поверхні теплообмінника 3. 2 UA 83493 U 5 Завдяки тому, що теплообмінник 3 виконаний у вигляді циліндра, забезпеченого по зовнішній поверхні ребрами жорсткості і циліндричними канавками, відбувається більш швидкий нагрів води (теплоносія), поліпшуються умови експлуатації та монтажу (випромінювач 1 легко витягати з теплообмінника 3 і корпусу 2), модуль можна використовувати як проточний електроводонагрівач. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 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 охоплює по всій довжині випромінювач, виконаний відносно нього герметичним і встановлений із зазором відносно корпусу. 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 п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді циліндра, зовнішня поверхня якого виконана з ребрами жорсткості та/або з циліндричними, або зі спіралеподібними канавками. 4. 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