УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ Российский патент 1994 года по МПК F28D15/00 F24H1/12 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к электронагревательным устройствам воды с промежуточным теплоносителем, и предназначено для использования в качестве источника теплоснабжения небольших поселков строителей, пионерских лагерей, туристических баз, пансионатов, домов отдыха и в других хозяйственных целях.

Известны нагреватели воды с промежуточным теплоносителем (см. авт. св. N 992939, кл. F 24 H 1/12 за 1981 год. ). Нагреватель воды представляет собой корпус, в котором расположены две независимые камеры, разделенные теплообменной поверхностью, выполненной в виде конуса. Нижняя камера заполнена промежуточным теплоносителем (дистиллированной водой), и в ней установлены тепловыделяющие элементы (ТЭНы). Через верхнюю камеру проходит нагреваемая вода. Нагрев воды осуществляется от конусообразной теплообменной поверхности.

К недостаткам указанного устройства следует отнести небольшую его теплопроизводительность, невысокую температуру подогрева воды из-за того, что в качестве промежуточного теплоносителя используется дистиллированная вода, температура кипения которой при атмосферном давлении не превышает 100^оС.

Ненадежная работа (ТЭНов) вызвана тем, что по мере повышения температуры теплоносителя в определенный момент температура поверхности ТЭНов может достигнуть температуры кипения теплоносителя, что резко ухудшает условия теплообмена на границе промежуточный теплоноситель - поверхность нагрева ТЭНов. Наличие в промежуточном теплоносителе незначительного количества растворенных в нем солей жесткости приводит к образованию твердых отложений на поверхности ТЭНов, что еще более ухудшает условия теплообмена и в конечном итоге приводит к "пережогу" ТЭНов и выходу их из строя.

Все указанные недостатки делают данное устройство ненадежным и малоэффективным.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для нагрева воды по технической сущности является устройство водяного охлаждения трансформаторного масла, содержащее соединенные между собой теплообменники для нагрева воды и термостойкого жидкого теплоносителя соответственно, при этом теплообменник для нагрева термостойкого жидкого теплоносителя снабжен по крайней мере одним тепловыделяющим элементом, а на нем установлен расширительный бак, сообщающийся с атмосферой.

К недостаткам данного устройства следует отнести: большой расход охлаждающей воды в теплообменнике из-за стремления добиться максимального охлаждения масла и как следствие - невысокий нагрев охлаждающей воды; нагрев масла в самом трансформаторе неоднороден. Так, в пазах обмоток температура масла значительно превышает среднюю температуру масла в целом по баку; в масляном объеме трансформатора имеет место ряд отдельных циркуляционных контуров, что снижает эффективность охлаждения сердечника и обмоток трансформатора.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение как теплопроизводительности, так и надежности и долговечности устройства.

Указанная цель достигается тем, что теплообменник для нагрева термостойкого жидкого теплоносителя выполнен в виде вертикальных каналов, соединенных между собой коллекторами, подсоединенными к теплообменнику для нагрева воды и расширительному баку с образованием циркуляционного контура, при этом тепловыделяющим элементом снабжен каждый вертикальный канал.

В устройстве тепловыделяющие элементы могут быть выполнены в виде проволочных спиралей, снабженных изоляционными бусами и расположенных на наружной поверхности вертикальных каналов. Тепловыделяющиеся элементы могут быть выполнены в виде стержневых ТЭНов и размещены внутри вертикальных каналов.

На фиг. 1 и 2 изображено предложенное устройство.

Устройство для нагрева воды состоит из теплообменника 1, выполненного в виде отдельных вертикальных каналов 2 с тепловыделяющими элементами 3 в виде проволочной спирали, снабженной изоляционными бусами на наружной поверхности вертикальных каналов либо в виде стержневых ТЭНов, размещенных внутри вертикальных каналов. Вертикальные каналы с тепловыделяющими элементами в верхней и нижней частях соединены между собой коллекторами 4, которые в свою очередь соединены с теплообменником нагрева воды 5. На одном из верхних коллекторов 4 установлен расширительный бак 6, сообщающийся с атмосферой. Внутренняя полость вертикальных каналов 2, коллекторов 4, теплообменника нагрева воды 5 и расширительного бака 6 заполняется термостойким жидким теплоносителем 7, например трансформаторным маслом.

Устройство работает следующим образом.

После заполнения контура циркуляции термостойким жидким теплоносителем 7 и подачи воды в теплообменник для нагрева воды 5 включаются в работу тепловыделяющие элементы 3.

В контуре возникает естественная циркуляция термостойкого жидкого теплоносителя за счет разности его плотностей на входе и выходе вертикальных каналов 2. Тепло от термостойкого жидкого теплоносителя 7 к воде передается в теплообменнике для нагрева воды 5.

Надежность и долговечность устройства для нагрева воды достигаются тем, что при максимальной тепловой нагрузке и температуре воды на выходе из устройства тепловой поток от тепловыделяющих элементов к термостойкому жидкому теплоносителю не должен превышать величину, при которой температура теплообменной поверхности вертикальных каналов (при размещении тепловыделяющих элементов на наружной поверхности вертикальных каналов - это температура внутренней поверхности каналов, а при установке тепловыделяющих элементов в виде стержневых ТЭНов внутри вертикальных каналов - температура наружной поверхности ТЭНов) достигает предельной рабочей температуры термостойкого жидкого теплоносителя.

Это обеспечивается выбором технических параметров контура циркуляции термостойкого жидкого теплоносителя: конструкция контура циркуляции должна обеспечивать минимальное гидравлическое сопротивление; внутренний диаметр вертикальных каналов d и высота контура циркуляции H подбираются такими, чтобы был обеспечен необходимый напор естественной циркуляции и необходимая теплообменная поверхность вертикальных каналов с тепловыделяющими элементами.

Регулирование теплопроизводительности устройства может производиться как изменением электрического напряжения на тепловыделяющих элементах, так и возможностью их включения - отключения. (56) Дымков А. М. Расчет и конструирование трансформаторов. М. : Высшая школа, 1971, с. 14, фиг. 1.8.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: устройство содержит соединенные между собой теплообменники для нагрева воды и термостойкого теплоносителя. Теплообменник для нагрева термостойкого теплоносителя выполнен в виде соединенных между собой коллекторами вертикальных каналов. Коллекторы подсоединены к теплообменнику для нагрева воды и расширительному баку с образованием циркуляционного контура. В каждом вертикальном канале установлен тепловыделяющий элемент. На теплообменнике для термостойкого теплоносителя установлен расширительный бак. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ, содержащее соединенные между собой теплообменники для нагрева воды и термостойкого теплоносителя соответственно, при этом теплообменник для нагрева термостойкого теплоносителя снабжен по крайней мере одним тепловыделяющим элементом, а на нем установлен расширительный бак, сообщающийся с атмосферой, отличающееся тем, что, с целью повышения теплопроизводительности, надежности и долговечности, теплообменник для нагрева термостойкого теплоносителя выполнен в виде вертикальных каналов, соединенных между собой коллекторами, подсоединенными к теплообменнику для нагрева воды и расширительному баку с образованием циркуляционного контура, при этом тепловыделяющим элементом снабжен каждый вертикальный канал. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловыделяющие элементы выполнены в виде проволочных спиралей, снабженных изоляционными бусами и расположенных на наружной поверхности вертикальных каналов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловыделяющие элементы выполнены в виде стержневых тэнов и размещены внутри вертикальных каналов.