ЭЛЕКТРОПАРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F22B1/28 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для раздельного получения пара и горячей воды в одном устройстве при работе в открытых системах горячего паро- и водоснабжения и может быть использовано для пропаривания и промывки молокопроводов, молочного оборудования, тары, пастеризации молока, приготовления и запарки кормов, термической обработки овощей и фруктов, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, линиях и цехах по переработке молочной продукции.

Известны установки для производства пара и горячей воды электродного типа разработок ВНИИЭТО типа КЭПР, ЭПЗ, КЭВ (см. книгу Н.Б. Каган и др. "Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства". 1980 г., с.84-107).

Однако они не позволяют в одном устройстве вырабатывать пар и горячую воду.

Передвижной пароводонагреватель электродного типа, разработанный НПО "Казсельхозмеханизация" (см. научно-теоретический журнал "Техника в сельском хозяйстве", 4, 1991 г., с. 37-38), позволяет получить пар и горячую воду в одном устройстве.

Недостатками этого устройства являются низкая температура пара - до 107^oС, большие массогабаритные показатели, ограниченность применения. Его основное назначение - санитарная обработка помещений. В целом для электродных установок, ввиду зависимости теплопроизводительности от удельного электрического сопротивления нагреваемой воды и ограничение по удельной напряженности электрического поля вследствие возможного электрического пробоя и разложения воды, характерны нестабильность работы, необходимость химической подготовки и постоянного контроля качества воды. В условиях сельского хозяйства это приводит к серьезным проблемам при их эксплуатации. Для приготовления горячей воды и ее разбора, как правило, требуются дополнительные теплообменные устройства.

Электрическая пароводогрейная установка для выработки пара и горячей воды в одном устройстве (а.с. СССР 1437608, МКИ F 22 В 1/28. БИ 42, 88 г.) содержит корпус с коаксиально расположенным внутри цилиндром, нагревательное устройство, датчик уровня с усилителем, поплавковый регулятор подпитки, электромагнитный клапан, патрубки подвода холодной воды и отбора пара и горячей воды, вентили, терморегулятор, бойлер, циркуляционный насос, манометр.

Недостатками ее являются низкая температура пара на выходе, которая не превышает 107^oС, что для некоторых технологических процессов сельского хозяйства недостаточно, невысокая надежность поплавкового регулятора подпитки воды, длительный по времени переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, достаточно высокая скорость образования накипи на нагревательных элементах без предварительной водоподготовки, высокий уровень тепловых потерь.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электропароводонагреватель, содержащий пароводонагреватель, соединенный трубопроводами с предварительным подогревателем воды и электрическим пароперегревателем, патрубки отбора теплоносителей и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели. Одновременно электропароводонагреватель снабжен необходимой контрольно-измерительной и защитной аппаратурой, а также элементами автоматического управления, позволяющими управлять процессом получения пара и горячей воды в установке (патент на изобретение RU 2147101 C1, 7 F 22 B 1/28 от 26.05.99).

Недостатками этого электропароводонагревателя являются пониженный уровень энергосбережения, вызванный наличием выносного пароперегревателя, что создает дополнительные потери тепла в окружающую среду; низкий уровень удельных тепловых нагрузок нагревательных элементов в процессе кипения жидкости в пароводонагревателе; недостаточная компактность и жесткость конструкции установки; повышенное время выхода на режим электрического пароперегревателя (8-10 мин).

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение тепловых потерь в окружающую среду, увеличение удельных тепловых нагрузок на нагревательные элементы в режиме кипения жидкости, снижение массогабаритных показателей электропароводонагревателя, повышение жесткости конструкции установки, снижение времени выхода пароперегревателя на рабочий режим.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность снизить тепловые потери в пароперегревателе на 25% и поднять кпд аппарата до 98%, сделать установку более компактной и надежной по конструкции, снизить массогабаритные показатели и металлоемкость нагревательных элементов без изменения их мощности, сократить время выхода на режим пароперегревателя до 3-5 мин.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в пароводонагревателе емкость нагрева воды и образования насыщенного пара выполнена в едином цилиндрическом теплоизолированном корпусе совместно с электрическим пароперегревателем, установленным в виде отдельной съемной секции в корпус пароводонагревателя над механическим сепаратором. Пароперегреватель сообщается с емкостью нагрева воды и образования насыщенного пара посредством двух отверстий для прохода теплоносителя, который затем проходит вдоль поверхности ребер электрических нагревательных элементов. Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) пароводонагревателя по всей внешней активной поверхности покрыты методом напыления пористым слоем металла, например меди, толщиной 0,3-0,5 мм, позволяющим существенно повысить интенсивность теплообмена с жидкостью при кипении и увеличить удельную тепловую нагрузку на нагревательный элемент. При толщинах пористого слоя металла, например меди, меньше 0,3 мм и больше 0,5 мм уменьшается в процессе кипения коэффициент теплоотдачи от нагревателя к кипящей жидкости. Для удобства технического обслуживания пароводонагревателя конструкция пароперегревателя выполнена съемной.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена общая схема устройства электропароводонагревателя.

Пароводонагреватель 1 содержит размещенные в одном теплоизолированном цилиндрическом корпусе 2 емкость нагрева воды и образования насыщенного пара 3 и секцию перегрева пара 4 (электрический пароперегреватель). В нижней части емкости 3 для нагрева воды размещен блок трубчатых электронагревателей 5 с напыленным пористым слоем металла, например меди, по всей активной поверхности каждого нагревательного элемента. Для уменьшения влажности пара применен механический сепаратор 6. Секция перегрева пара 4 содержит две металлические пластины, из которых нижняя 7 представляет собой основание пароперегревателя 4, а верхняя 8 связана крепежными деталями с нижней 7 и расположена под верхним фланцем 9 корпуса 2. По краям нижней пластины 7 выполнены два отверстия 10, расположенные диаметрально по отношению друг к другу, для входа пара (воды) из емкости 3. В середине верхней пластины 8 имеется отверстие 11 для выхода перегретого пара (воды), связанное с трубопроводом отбора теплоносителей 12. Между пластинами 7 и 8 установлены оребренные трубчатые электронагреватели 13, направляющие 14. Для установки пароперегревателя 4 служат держатели 15. На трубопроводе 12 установлены устройство для сброса пара и выпуска воздуха 16, электроконтактный манометр 17 для контроля и регулирования давления пара, предохранительный клапан 18, указатель температуры 19, вентили 20, 21 для разбора горячей воды и пара потребителем. На корпусе 2 установлены водомерная колонка 22, датчик 23 для отключения нагревателей во всех режимах при аварийном снижении уровня воды, верхний 24 и нижний 25 датчики уровня воды для управления электромагнитным клапаном 26 автоматической подпитки воды. Для регулирования температуры воды в корпусе 2 установлен датчик температуры 27. На трубопроводе подачи холодной воды 28 установлены вентиль подачи холодной воды 29, вентиль 30 на байпасной линии 31, электромагнитный клапан 26, предварительный подогреватель 32 с нагревателем 33. Предварительный подогреватель воды 31 соединен с пароводонагревателем 1 трубопроводом 34, на котором расположены обратный клапан 35, пробка слива воды 36 из пароводонагревателя 1, предохранительный клапан 37 и запорный вентиль 38.

Электропароводонагреватель работает следующим образом.

В режиме производства пара холодная вода из магистрального водопровода через вентиль 29 и открытый электромагнитный клапан 26 по трубопроводу 28 поступает в предварительный подогреватель 32, где происходит ее подогрев. Вентиль 30 закрыт. Поступая по трубопроводу 34 через обратный клапан 35 и открытый вентиль 38 в пароводонагреватель 1, вода заполняет его. При этом, по достижении водой нижнего датчика уровня 25, включаются электронагревательные элементы 5, а при достижении водой положения верхнего датчика уровня 24 автоматически отключается электромагнитный клапан 26, перекрывая подачу холодной воды.

Работа электропароводонагревателя основана на косвенном нагреве воды и превращении ее в пар (в паровом режиме). При этом нагрев и испарение воды производится посредством передачи теплоты от нагревательных элементов сопротивления 5, помещенных в нагреваемую жидкость внутри емкости 3 пароводонагревателя 1. В ней происходит нагрев воды и выработка насыщенного пара с температурой до 110^oС, и сепарация. Выработка пара осуществляется при рабочем давлении до 0,07 МПа. Для повышения температуры пара служит пароперегреватель 4. Поступающий в него насыщенный пар из емкости 3 пароводонагревателя 1 через отверстия 10 нижней пластины 7, посредством направляющих 14 проходит вдоль ребер нагревательных элементов 13, нагревается до заданной температуры и отводится к потребителю через отверстие 11 верхней пластины 8 по трубопроводу 12 через открытый паровой вентиль 21. Контроль за давлением и температурой пара осуществляется по манометру 17 и указателю температуры 19.

В водогрейном режиме заполнение водой пароводонагревателя 1 происходит через открытые вентили 29, 30, 38 по трубопроводам 28, 31, 34. Электромагнитный клапан 26 закрыт, предварительный подогреватель 32 отключен. При заполнении пароводонагревателя 1 холодной водой вентиль 29 перекрывается. Контроль над уровнем воды в пароводонагревателе осуществляется по водомерной колонке 22. Нагрев воды осуществляется блоком нагревателей 5 в полном объеме до заданной температуры, контролируемой датчиком 27. Разбор горячей воды происходит путем открытия вентиля 29 методом перелива. Эти циклы нагрева и разбора воды при необходимости повторяются. При этом вентиль разбора горячей воды 20 должен быть все время обязательно открыт.

Конструкция установки позволяет ей работать по принципу проточного водонагревателя, когда разбор горячей воды производится вытеснением нагретой вновь постоянно поступающей холодной по байпасной линии 31, а температура нагрева воды регулируется степенью открытия вентиля 29 на трубопроводе холодной воды и контролируется визуально с помощью указателя температуры 19.

Электрический пароводонагреватель имеет также аварийный датчик 23 уровня воды для отключения нагревательных элементов 5 в любом режиме (паровом, водогрейном) при понижении уровня воды ниже допустимого или при полном отсутствии воды в пароводонагревателе 1.

Изобретение предназначено для применения в сельском хозяйстве и может быть использовано для пропаривания и промывки молокопроводов, молочного оборудования, тары, пастеризации молока, приготовления и запарки кормов, термической обработки овощей и фруктов, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, линиях и цехах по переработке молочной продукции. Емкость пароводонагревателя выполнена в едином теплоизолированном корпусе совместно с электрическим пароперегревателем, установленным в виде отдельной съемной секции над поверхностью воды выше сепаратора. Пароперегреватель сообщается с пароводонагревателем отверстиями для прохода пара. Трубчатые электронагреватели по всей внешней активной поверхности покрыты пористым слоем металла, например меди, толщиной 0,3 - 0,5 мм. Такое выполнение позволяет уменьшить тепловые потери в окружающую среду, увеличить удельные тепловые нагрузки на нагревательные элементы в режиме кипения жидкости, снизить время выхода пароперегревателя на рабочий режим. 1 ил.

Электропароводонагреватель, содержащий предварительный подогреватель, соединенный трубопроводом с пароводонагревателем, включающим в себя емкость нагрева воды и образования насыщенного пара, механический сепаратор, пароперегреватель, трубопровод отбора теплоносителей, и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели, одновременно снабженный контрольно-измерительной и запорной аппаратурой, а также элементами автоматического управления, отличающийся тем, что емкость нагрева воды и образования насыщенного пара и электрический пароперегреватель расположены в едином теплоизолированном корпусе, причем электрический пароперегреватель расположен в верхней части корпуса и выполнен в виде отдельной съемной секции и содержит две пластины, верхнюю и нижнюю, с направляющими, при этом верхняя пластина имеет в центре отверстие для отвода перегретого пара (воды), а нижняя пластина установлена над сепаратором и имеет на краях два диаметрально расположенных по отношению друг к другу отверстия для прохода пара (воды), поступающего в соседнюю секцию перегрева пара и движущегося вдоль направляющих верхней и нижней пластин и поверхностей оребренных трубчатых нагревателей, установленных между пластинами и направляющими, причем трубчатые электронагреватели емкости нагрева воды и образования насыщенного пара пароводонагревателя по всей активной поверхности покрыты слоем пористого металла, например меди, толщиной 0,3 - 0,5 мм.