Електровипарювач рідин

Электроиспаритель жидкостей, содержащий резистивный нагреватель, оребрен ную теплопередающую стенку, отличающийся тем, что резистивный нагреватель снабжен трубчатыми электронагревателями, содержащими электроизолированные нагреваемые током ни ги накаливания из материала с высоким электросопротивлением, при этом трубчатые электронагреватели размещены внутри теплопроводящих элементов из металла с высокой теплопроводностью и соединены с ними, теплопроводящие элементы соединены с теплопередающей стенкой, теплопередающая стенка снабжена наружными ребрами из коррозионно стойкого металла с малой теплопроводностью, внешние поверхности теплопроводящих элементов покрыты теплоизоляцией. с > ел Изобретение относится к энергетическому и химическому машиностроению и может быть использовано при разработке установок парогенерации, опреснения, выпаривания. Использование в электроиспарителях жидкостей неизотермических (оребренных) теплопередающих стенок позволяет рассеивать в кипящую в свободном объеме жидкость большие удельные тепловые потоки. Кроме того, при испарении минерализованных вод можно добиться самоочищения стенки от образующейся на ней накипи выбором теплофизических и конструктивных параметров оребрения, плотности создаваемых в стенке тепловых нагрузок. Известен индукционный испарителі жидкостей с неизотермической теплопере дающей стенкой, содержаший кольцевої/ корпус, образованный двумя эквидистантнс расположенными внутренней и наружной стенками, соединенными между собой по торцам, и размещенный внутри корпуса индуктор в виде охватывающей его внутреннюю стенку спирали, при этом корпус на наружной поверхности в зоне расположения индуктора снабжен спиральным оребрением с количеством витков и шагом между 15434 прототип нуждается в использовании специальных преобразователей тока. Задача изобретения - создание электроиспарителя жидкостей, снабженного трубчатыми электронагревателями с электроизолированными нагреваемыми током нитями накаливания из материала с высоким электросопротивлением, работающего с самоочищением теплопередающей стенки от образующейся накипи при испарении минерализованных вод. Проведенными экспериментальными исследованиями с электроиспарителями по а.с. Ьк 928127 установлено, что неизотермическая теплопередающая стенка самоочищается от образующейся н а к и п и при тепловых нагрузках более 150 Вт/см : накипь растрескивается и отслаивается в виде легких чешуек вследствие наличия градиента температур по высоте ребра около 100 град/мм и возникающих в накипи термических удароо с частотой образования пузырей пара. В основу изобретения поставлена задача осуществления эффективного испарения минерализованных вод на неизотермической (оребренной) теплопередающей стенке с ее самоочищением от накипи при использовании резистивных трубчатых нагревательных элементов, в том числе и стандартизованных, путем концентрирования на теплопередающей стенке тепловых нагрузок, выбора теплофизических характеристик стенки и геометрических параметров оребрения. Поставленная задача решается в электроиспарителе жидкостей, содержащем рез и с т и в н ы й нагреватель, о р е б р е н н у ю теплопередающую стенку, согласно изобретению тем, что резистивный нагреватель снабжен трубчатыми электронагревателями, содержащими электроизолированные нагреваемые током нити накаливания из материала с высоким электросопротивлением (типа серийно выпускаемых трубчатых электронагревателей (ТЭН), при этом трубчатые электронагреватели размещены внутри теплопроводящих элементов из металла с высокой теплопроводностью и соединены с Из числа известных устройств ближе т всего к предлагаемому по технической сущ- 50 ними; теплопередающая с енкэ снабжена наружными ребрами из коррозионно стойности является упомянутый выше электрокого металла с малой теплопроводностью, испаритель жидкостей по французскому внешние поверхности теплопроводящих патенту № 2539487, являющийся прототип. элементов покрыты теплоизоляцией. Недостаток прототипа - неспособность теплопередающей стенки самоочищаться от на- 55 Предлагаемый электроиспаритель жидкипи при испарении минерализованных костей сохраняет потребительские качества, вод. Прототип также требует больших токов, присущие резистивным нагревателям типа поскольку резистивные нагревательные элеТЭН: работа электроиспарителя осуществменты представляют собой неизолированляется непосредственно от сети постоянноные трубы или пластины, и, следовательно, го или переменного тоьп нппряжением 220 В последними, кратными соответствующим размерам индуктора [1]. Указанный испаритель жидкостей способен реализовать тепловые нагрузки плотностью до 400 Вт/см 2 . Однако он обладает 5 недостатками, состоящими в необходимости использования для его электропитания сложных дорогих и нуждающихся в принудительном охлаждении преобразователя частоты т о к а , к о н д е н с а т о р н о й батареи, 10 индуктора, тоководов следствием чего являются низкие удельные энергетические и весогабаритные параметры. Известен электроиспаритель жидкостей (электрический паровой котел), содержащий 15 резистивный нагреватель, выполненный в виде утопленных в испаряемой жидкости резистивных нагревательных элементов, представляющих собой трубы или неизолированные электропроводящие пла- 20 стины с токоподводами на каждом из их концов, при этом нагревательные элементы (являющиеся в данном случае теплопередающей стенкой) снабжены треугольными выступами, располагающимися вдоль линий 25 токов [2]. Как отмечается в описании указанного патента, в устройстве могут быть реализованы тепловые потоки плотностью более 500 Вт/см 2 . Однако устройство обладает недо- 30 статком, заключающимся в неспособности теплопередающей стенки самоочищаться от накипи при испарении минерализованных вод, так как наличие на теплопередающей стенке выступов, располагающихся вдоль 35 линий пропускаемого по теплопередающей стенке тока, приводит к тепловыделению под действием протекающего тока непосредственно в выступах. Этим исключается возможность установления значительного 40 градиента температур по высоте выступов и, следовательно, самоочищения стенки от образующейся на ней накипи. В указанном устройстве неизотермическая (оребренная) теплопередающая стенка одновременно вы- 45 полняет функции нагревательного элемента. 15434 частотой (50...60) Гц без каких-либо специальных преобразователей тока, поскольку такой нагреватель содержит нагреваемую током нить накаливания диаметром до 1 мм из материала с высоким электрическим со- 5 противлением (например, нихром), для нагрева которой требуются относительно небольшие токи до 10А. защитный кожух из трубки, располагающуюся между нитью накаливания и кожухом электроизоляцию из 10 окиси магния или другого электроизоляционного материала. Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа теплопередающая стенка не выполняет одновременно 15 функции резистивного нагревателя, а в качестве последнего используется трубчатый электронагреватель (ТЭН). Предлагаемое конструктивное выполнение электроиспарителя жидкостей позаоля- 20 ет к о н ц е н т р и р о в а т ь тепло в объеме теплопредающих элементов, транспортировать тепло к теплопередающей стенке с указанным выше повышением плотности теплового потока, эффективно рассеивать 25 такие тепловые потоки в кипящую жидкость, в том числе в минерализованную воду. Выполнение ребер теплообменной стенки из металла с малой теплопроводностью (нержавеющая сталь, титан), к которым тепло 30 подводится только теплопроводностью, позволяет по высоте ребер достичь высокого градиента температур ( ~ 100 град/мм) и, следовательно, зоны существования различных режимов кипения (пленочного, развито- 35 го и неразвитого пузырькового) занимают очень узкие полосы (менее 1 мм), эти режимы кипения между собой взаимодействуют, что приводит к возникновению термических напряжений в образующейся накипи и к ее 40 растрескиванию. Отслоившиеся частицы накипи под действием собственного веса оседают на днище электроиспарителя и выводятся наружу. 45 Площадь оребренной поверхности неизотермической теплопередающей стенки выбирается при условии концентрирований на ней тепловых нагрузок до 300 Вт/см 2 . При экспериментальных исследованиях 50 работы неизотермической теплопередающей стенки наилучшие результаты по самоочищению получены на теплопередающих стенках с ребрами прямоугольного сечения, имеющими примерно равное соотношение 55 высоты, ширины и зазора между ними. Электроиспарители данного типа найдуг применение как испарители минерализ о в а н н ы х вод, как основные части опреснителей, в том числе и бытовых, а так же как упариватели, обеспечивающие получение рассолов заданной концентрации. Для пояснения конструкции устройств?) и его работы прилагается чертеж, на котором представлен схематический вид устройства. Электроиспаритель содержит нагреватель 1, снабженный резистивными трубчатыми электронагревателями 2 (типа серийно выпускаемых ТЭНов), теплопроводящими элементами 3 и оребренной теплопередающей стенкой 4. При этом трубчатые электронагреватели 2 р а з м е щ е н ы внутри теплопроводящих элементов 3, выполненных из металла с большой теплопроводностью (медь, сплавы на основе алюминия и др.), и соединены с ними, теплопроводящие элементы 3 соединены также с теплопередающей стенкой 4. Внешние поверхности теплопроводящих элементов 3 п о к р ы т ы теплоизоляцией 5. Теплоперсдающая стенка 4 снабжена наружными ребрами 6 из коррозионо с т о й к о г о металла с малой теплопроводностью. Корпус нагревателя 1 образован верхними 7 ,8 и нижней 9 стенками, соединенными между собой по торцам наружной сгенкой 10, и теплопередающей стенкой 4. В испарительную камеру 11, образованную продолжением наружной стенки 10 и стенками 7, 8, нагреватель 1 выдвинут только одним греющим элементом - теплопередающей стенкой 4, поскольку остальная часть нагревателя 1 от испарительной камеры 11 изолирована теплоизоляцией 5. Предложенная конструкция нагревателя представляет собой "тепловой клин", на острие которого располагается теплопередающая стенка, а теплопроводящие элементы образуют "тепловой мост" между трубчатыми электронагревателями и теплопередающей стенкой. Подвод жидкости к электроиспарителю осуществляется через патрубок 12, отвод рассола -через патрубок 13 в нижней части испарительной камеры, отвод пара - из верхней части испарительной камеры. Работа электроиспарителя осуществляется следующим образом. Заполняют электроиспаритель испаряемой жидкостью до погружения в нее теплопередающей стенки 4. Пропускают ток по резистивным трубчатым электронагревателям 2, выделяя заданную мощность. Генерируемое резистивными электронагревателями 2 тепло передается теплопроводностью теплопроводящим элементам 3, надежно контактирующим с резистивными электронагревателями 2 и с теплопередающей стенкой 4. Благодаря высокой теплопроводности теплопроводящих элементов 3 и наличию теплоизоляции 5 геп 15434 8 ло от резистивных электронагревателей 2 Днепровским центром научно-технической перетекает только на неизотермическую деятельности, исследований и социальных теплопередающую стенку 4 и от нее к испаинициатив (ДнепрЦЭНДИСИ). В результате ряемой жидкости. Использование "тепловоэтих работ предложена эффективная техного клина" позволяет с помощью 5 логия испарения пресных и минерализованрезистивных трубчатых электронагреватеных вод, состоящая в п о д д е р ж а н и и лей, создающих тепловые потоки плотнокомплексного кипения жидкости на неизотермической теплопередающей стенке. стью не более 20 Вт/см 2 , сконцентрировать на теплопередающей стенке тепловой поток плотностью до 300 Вт/см 2 и обеспечить са- 10 В КБ "Южное" совместно с ДнепрЦЭНмоочищение стенки от образующейся при ДИСИ разработан электроиспаритель мощиспарении минерализованной воды накипи. ностью 2 кВт с резистивными трубчатыми Создание данного устройства стало возэлектронагревателями, работающий на миможным благодаря положительным резульнерализованной воде, и на его базе создана татам экспериментальных исследований 15 экспериментальная бытовая опреснительработы неизотермических теплопередаюная установка, которая в настоящее время щих стенок, проведенных в Конструкторуспешно проходит установочные испытания на воде Черного моря. ском бюро "Южное" в содружестве с Упорядник Замовлення 4183 Техред М.Моргентал Коректори Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП. Київ-53, Львівська пл.. 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагаріна. 101