Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды. Способы нагрева воды

Способ нагрева воды

Изобретение используется для нагрева воды и может быть использовано в системах теплоснабжения и для производственных нужд. В предложенном способе нагрева сначала нагревают воду путем сжигания топлива и теплообмена холодной воды с горячими продуктами сгорания в контактном аппарате, затем нагревают холодную воду в трубчатом теплообменнике, а после этого окончательно охлаждают продукты сгорания путем их прямого взаимодействия с водой, подаваемой в форсунки из общего конденсатосборника. Технический результат: простота и высокая эксплуатационная надежность. 1 ил.

Изобретение относится к технике нагрева воды в системах теплоснабжения и для производственных нужд.

Известен способ нагрева воды в традиционной котельной установке, в которой благодаря теплообмену между холодной водой, протекающей в змеековых трубах, и продуктами сгорания топлива осуществляется нагрев воды (пат. RU 2055274). Известна также установка нагрева воды контактным способом, в которой путем прямого впрыска холодной воды в поток горячих продуктов горения топлива осуществляется ее подогрев (а.с. SU 700754). Недостатком известных способов нагрева воды является их громоздкость и необходимость в оборудовании по подготовке и очистке соответственно холодной и горячей воды. Наиболее близким к предложенному изобретению является способ нагрева воды путем сжигания топлива и теплообмена холодной воды с горячими продуктами сгорания в аппаратах, включающий прямой контактный нагрев продуктами сгорания мелко распрыскиваемой воды в первом по ходу продуктов сгорания топлива аппарата, нагрев во втором аппарате холодной воды в трубчатом теплообменнике путем смывания его продуктами сгорания, насыщенными водяным паром в первом контактном аппарате, и окончательное охлаждение продуктов сгорания путем их прямого взаимодействия с водой, подаваемой в форсунки. Недостатком известного способа является невысокая эффективность нагрева воды, сложность эксплуатации, необходимость подготовки и очистки воды. Цель настоящего изобретения состоит в создании не менее эффективного способа нагрева воды (чем в прототипе), но лишенного перечисленных негативных особенностей и отличающегося простотой и высокой эксплуатационной надежностью. Поставленная цель достигается тем, что в способе нагрева воды, заключающемся в сжигании топлива и теплообмене холодной воды с горячими его продуктами в аппаратах, последовательно в первом по ходу продуктов сгорания топлива аппарате осуществляют прямой контактный нагрев с ними мелкораспрыскиваемой воды, во втором аппарате нагревают холодную воду в трубчатом теплообменнике путем смывания его продуктами сгорания топлива, насыщенными водяным паром в первом аппарате, а в третьем по ходу аппарате продукты сгорания окончательно охлаждают после охлаждения во втором аппарате путем прямого взаимодействия их с водой, подаваемой в форсунки из общего конденсатосборника. На чертеже представлена технологическая схема нагрева воды согласно данному изобретению. Технологическая схема нагрева воды согласно предлагаемому способу включает аппарат 1, оборудованный горелочным устройством 2 (в виде автоматизированного газогорелочного блока) и водяными форсунками 3. Второй аппарат 4 по ходу движения продуктов сгорания топлива имеет подвод холодной воды 5, отвод горячей воды 6 и трубчатый теплообменник 7, омываемый горячими дымовыми газами. Третий по ходу аппарат 8 имеет водяные форсунки - брызгалки 9. Установка оснащена общим конденсатосборником 10 и насосом 11 для подачи конденсата на водяные форсунки. Способ нагрева воды реализуется следующим образом. В автономном горелочном блоке 2 сжигается газ многостадийным способом, благодаря чему продукты сгорания практически не содержат вредные компоненты (NOx, CO). В этот первый по ходу продуктов сгорания газа аппарат 1 с помощью форсунок 3 разбрызгивается вода, предварительно уже контактно нагретая в последнем аппарате 8 и сконденсировавшаяся в сборнике 10. Продукты сгорания (дымовые газы) из аппарата 1 с температурой 140-210oC поступают во второй по ходу аппарат 4, где омывают трубчатку 7, через которую в три хода протекает нагреваемая вода (температура подогрева от 10 - 20oC на входе 5 до 85 - 95oC на выходе 6). Уходящие из аппарата 4 дымовые газы с температурой 50 - 80oC поступают в третий по ходу аппарат 8, где путем контактного охлаждения с конденсатом, подаваемым из сборника 10 в форсунки 9, приобретают температуру около 20oC и выбрасываются в атмосферу. Характерной особенностью предлагаемого способа является замкнутый цикл конденсата дымовых газов, что исключает необходимость в его очистке, переработке и хранении. КПД процесса нагрева воды согласно предлагаемому способу близок к 100%, конструктивно способ реализуется в простых аппаратах и отличается высокой степенью эксплуатационной надежности. Планируется разработка и изготовление водонагревателей (по такой схеме) нескольких тепловых мощностей. Их внедрение на различных объектах позволит уйти от централизованного снабжения теплом и горячей водой к автономному децентрализованному источнику.

Формула изобретения

Способ нагрева воды путем сжигания топлива и теплообмена холодной воды с горячими продуктами сгорания в аппаратах, включающий прямой контактный нагрев продуктами сгорания мелко распрыскиваемой воды в первом по ходу продуктов сгорания топлива аппарате, нагрев во втором аппарате холодной воды в трубчатом теплообменнике путем омывания его продуктами сгорания, насыщенными водяным паром в первом контактном аппарате и окончательное охлаждение продуктов сгорания путем их прямого взаимодействия с водой, подаваемой в форсунки, отличающийся тем, что окончательное охлаждение продуктов сгорания проводят в третьем аппарате после их охлаждения во втором аппарате, а воду в форсунки подают из общего конденсатосборника.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменникам с непосредственным контактом жидкого и газового теплоносителей преимущественно в противопотоках, и может быть использовано в системах отопления и нагрева жидкого теплоносителя, преимущественно воды, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения жилых зданий

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам электродного нагрева жидкости, и может найти применение в системах отопления домов, теплиц и при получении горячей воды для бытовых нужд

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к конструкции теплообменника, что позволяет утилизировать физическое тепло продуктов сгорания и скрытую теплоту конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания

Изобретение относится к области аппаратурного оформления теплопередающих систем, в частности к системам нагрева жидкостей дымовыми газами

Изобретение относится к технике нагрева воды, а именно к установкам децентрализованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий

Изобретение относится к электроводонагревателям и предназначено для горячего водоснабжения жилых домов, небольших промышленных и сельскохозяйственных предприятий

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам электродного нагрева жидких сред, и может найти применение в системах тепловодоснабжения и отопления

Изобретение относится к отопительной технике и горячему водоснабжению, а именно к области водогрейных котлов малой и средней теплопроизводительности, и может быть использовано для горячего водоснабжения коттеджей, теплиц, жилых поселков и т.д

Изобретение относится к области теплоэнергетики

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в глиноземном производстве для нагрева автоклавной пульпы паром

Изобретение относится к области электроэнергетики, к конструкциям электрических приборов для местного горячего водоснабжения, отопления помещения, нагрева жидких сред в экологически чистых исследовательских системах науки и производства, в биологии и океанологии, в особенности когда одновременно требуются их быстродействие и бесшумность

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для автономного снабжения горячей водой и отоплением рассредоточенных жилых и производственных объектов

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для утилизации тепла отработанных в энергетических установках газов

Способ нагрева воды

www.findpatent.ru

Способ нагрева воды

Способ нагрева воды относится к теплоэнергетике, предназначен для получения горячей воды и может быть использован в устройствах для подогрева жидкостей. Задача изобретения - создание производительного способа нагрева воды, обеспечивающего высокоэффективную теплоотдачу производимого тепла в нагреваемую воду, значительную экономию энергоресурсов и работающего без нарушения экологической среды. Способ нагрева воды включает технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполнение водой нагреваемой системы, обеспечение циркуляции воды, обеспечение пусковых параметров процесса нагрева воды и нагрев циркулируемой, активируемой воды вращающейся нагреваемой реакционной вакуумной камерой (теплообменником). Обеспечение нагрева реакционной вакуумной камеры производится в предварительно созданной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся от тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистке пленочного слоя из химических соединений с реакционной поверхности геттерного материала, а также от тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала. При этом обеспечение химически чистой поверхности геттерного материала производится трением скольжения вращающейся реакционной поверхности (с пленочным слоем из химических соединений) о прижатые к ней твердосплавные элементы с помощью избыточного давления атмосферных газов, а образование пленочного слоя из химических соединений производится с помощью хемсорбционного процесса на химически чистой поверхности геттерного материала. Обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производится с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный высокий вакуум, после чего производится непрерывная подача газов, снижение вакуума до требуемой величины и обеспечивается поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ нагрева воды относится к теплоэнергетике, и предназначен для применения в технике, производящей горячую воду, теплоноситель, и может быть использован в устройствах для нагрева жидкостей и газов.

Известен способ нагрева воды, реализованный в водогрейном отопительном котле (патент RU 2186302 С2, МПК F 24 Н 01/40 от 20.07.2002 г.), по которому обеспечивают технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, производят нагрев воды, для чего сжигают топливо, обеспечивают нагрев газов воздушной среды, обеспечивают передачу тепловой энергии нагретых газов конвекцией теплообменнику, обеспечивают передачу тепловой энергии с теплообменника в циркулируемую воду.

Известный способ требует значительного потребления топлива. Способ загрязняет атмосферу продуктами сгорания топлива. В способе длительная подготовка запуска и выхода на рабочий режим процесса нагрева воды. Применяемое в способе оборудование металлоемкое и требует больших капитальных затрат при ремонтно-восстановительных работах. У известного способа нагрева воды низкий КПД.

Известен способ нагрева воды, реализованный в водогрейном отопительном котле (патент RU 2186302 С2, МПК F 24 Н 01/40 от 20.07.2002 г.) по которому производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, производят нагрев воды, для чего обеспечивают нагрев электрическим током нагревательных элементов в трубчатых оболочках ТЭНов (в теплообменниках), обеспечивают нагрев газов в трубчатых оболочках ТЭНов (в теплообменниках), обеспечивают передачу тепловой энергии нагретых газов конвекцией трубчатым оболочкам ТЭНов (теплообменникам), обеспечивают передачу тепловой энергии с трубчатых оболочек ТЭНов (теплообменников) в циркулируемую воду.

В известном способе нагрева воды потребляется большое количество электрической энергии. Способ имеет длительный режим нагрева воды. В способе нагрева воды из-за медленного движения макроскопических частиц воды относительно друг друга и теплообменника создаются застойные зоны водных слоев, из-за чего образуются осадочные покрытия, накипь ведущие к неравномерному распределению электрической нагрузки, к нестабильности работы теплового режима нагрева воды. В результате этих недостатков выводится из работы пускорегулирующая аппаратура энергоснабжения и создается аварийная ситуация. Способ находит применение там, где требуется потребление горячей воды и теплоносителя в небольших объемах.

Наиболее близким по совокупности признаков аналогом является способ нагрева воды, примененный в водогрейном котле (патент RU 2196933 С2, МПК F 22 В 21/00 от 20.01.2003 г.) по которому производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, производят водоподготовку, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают вытяжную вентиляцию и вентиляцию наддува, обеспечивают подготовку газовоздушной смеси, обеспечивают наддув газовоздушной смеси в каталитический нагревательный элемент, производят нагрев воды, для чего обеспечивают беспламенное каталитическое окисление природного газа (сжигание газа) при прохождении им через газовоздушные каналы каталитического нагревательного элемента, обеспечивают нагрев теплообменника, спеченного с катализатором тепловой энергии, выделяемой беспламенным каталитическим окислением природного газа, обеспечивают передачу тепловой энергии с теплообменника, спеченного с катализатором, в циркулируемую воду.

Работа способа нагрева воды основывается на сжигании природного газа. В способе нагрева воды необходима водоподготовка. Применяемый способ не обеспечивает 100% исключения загрязнения окружающей среды отработанными газами. Работа способа требует значительного потребления электрической энергии (вытяжная вентиляция, вентиляция наддува). В способе из-за медленного движения микроскопических частиц воды относительно друг друга и относительно внутренних поверхностей трубок (в теплообменнике) образуются осадочные отложения и накипь. В результате чего нарушается теплообмен, перекрываются трубные проходы для циркуляции воды, создается аварийная ситуация. Для применяемого способа нагрева воды необходимо специальное помещение, оборудованное надежной вытяжной вентиляцией и вентиляцией наддува. В способе необходима тщательная подготовка состава газовоздушной смеси, поддержание жестких параметров наддува газовоздушной смеси и постоянство химического состава и давления подаваемого природного газа. Способ нагрева воды требует повышенной ответственности при эксплуатации дорогостоящего газового оборудования.

Заявляемое изобретение решает задачу создания производительного способа нагрева воды, обеспечивающего высокоэффективную теплоотдачу производимого тепла в нагреваемую воду, значительную экономию энергоресурсов и работающего без нарушения экологической среды.

Для решения этой задачи в заявляемом способе нагрева воды заключающемся в том, что первоначально производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды отличающийся тем, что нагрев воды производят непосредственной передачей тепла в активируемую воду нагреваемой вращающейся реакционной вакуумной камерой (теплообменником).

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа нагрев вращающейся реакционной камеры (теплообменника) осуществляют в предварительно обеспеченной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся на реакционной поверхности геттерного материала, от выделяемой тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистки пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала, а также тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа активацию воды в процессе ее нагрева обеспечивают вращением реакционной камеры.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа химически чистую поверхность геттерного материала обеспечивают механическим разрушением и счисткой пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала или трением скольжения вращающейся реакционной поверхности об прижатые к ней твердосплавные элементы очистителей.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа образование пленочного слоя из химических соединений обеспечивают химическим связыванием молекул активных газов хемсорбционным процессом на химически чистой поверхности геттерного материала.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производят с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный вакуум, после чего производят непрерывную подачу газов, снижая вакуум до требуемой величины, и обеспечивают поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов.

Способ нагрева воды, в котором в отличие от прототипа прижатие твердосплавных элементов очистителей к реакционной поверхности обеспечивают с помощью избыточного давления атмосферных газов.

На фиг.1 представлен общий вид устройства, реализующего заявляемый способ нагрева воды, на фиг.2 представлен вид реакционной вакуумной камеры в сечении А-А, на фиг.3 представлена принципиальная вакуумная схема устройства нагрева воды.

На фиг.1 устройство нагрева воды обозначено позицией 1, 2 - дополнительная вакуумная камера, 3 - реакционная вакуумная камера-теплообменник, 4 - газовый баллон, 5 - газовый редуктор, 6 - вакуумметр, 7 - механический насос, 8 - вакуумный клапан, 9 - неподвижный блок очистителей, 10 - твердосплавные элементы, 11 - очистители, 12 - реакционная поверхность, 13 - трубопровод (имеющий возможность разборки), 14 - трубчатый отвод, 15 - проходной трубопровод, 16 - сильфонные объемы, 17 - сильфоны, 18 - опорные скользящие площадки, 19 - манометр, 20 - емкость для воды, 21 - горловина, 22 - входной патрубок, 23 - выходной патрубок, 24 - электродвигатель, 25 - натекатель газов, 26 - прибор для измерения температуры воды, 27 - амперметр.

Способ нагрева воды осуществляется следующим образом. Первоначально производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, для чего в устройстве нагрева воды 1 производят проверку герметичности дополнительной неподвижной вакуумной камеры 2, реакционной вакуумной камеры 3 (выполненный из геттерного материала титан и установленный с возможностью вращения в емкости для воды 20).

Соединяют газовый баллон 4 (с избыточным давлением атмосферных газов) через газовый редуктор 5 с трубопроводом 13. Подключают вакуумметр 6 к электрической сети. Емкость для воды 20 с реакционной вакуумной камерой 3 и нагреваемую систему через горловину 21 заполняют водой. Обеспечивают циркуляцию воды через выходной патрубок 23, нагреваемую систему, входной патрубок 22 в емкость для воды 20. Обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, для чего производят предварительную вакуумную откачку в соединенных между собой дополнительной вакуумной камере 2 и реакционной вакуумной камере 3 газовой среды до вакуумного давления газов 10-3-10-4 Па.

Вакуумную откачку производят механическим насосом 7 через вакуумный клапан 8. При достижении вакуумного давления газов 10-3-10-4 Па закрывают вакуумный клапан 8, отключают механический насос 7. Вакуумное давление газов измеряют вакуумметром 6. На неподвижном блоке очистителей 9 устанавливают (регулировкой) давление твердосплавных элементов 10 очистителей 11 на реакционную поверхность 12, для чего из газового баллона 4 через газовый редуктор 5, через (имеющий возможность разборки) трубопровод 13, через трубчатый отвод 14, через проходные трубопроводы 15 в сильфонные объемы 16 подается избыточное давление атмосферных газов. Избыточное давление атмосферных газов обеспечивает растяжение стальных сильфонов 17 и производит вертикальное движение скользящих площадок 18, которые, воздействуя на очистители 11 (имеющие возможность радиального перемещения), обеспечивают поверхностное прижатие твердосплавных элементов 10 (выполненных из материала ВК-8) к реакционной поверхности 12. Установку и регулировку подаваемого избыточного давления атмосферных газов обеспечивают газовым редуктором 5. Подаваемую величину избыточного давления атмосферных газов устанавливают такую, чтобы при передаче ее на твердосплавные элементы, трущиеся элементы твердосплавных элементов (трением скольжения) обеспечивали полную очистку пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала. Величину избыточного давления атмосферных газов, подаваемого на твердосплавные элементы 10, определяют расчетным и опытным путем в зависимости от площади трущихся поверхностей твердосплавных элементов 10 и от типа геттерного материала. Избыточное давление атмосферных газов контролируется по манометру 19.

Производят нагрев воды, для чего запускают в работу электродвигатель 24, который обеспечивает вращение реакционной вакуумной камеры 3 (теплообменника) вместе с реакционной поверхностью 12 из геттерного материала. От вращения реакционной вакуумной камеры 3 циркулируемая вода в емкости для воды 20 активируется, а именно производится круговое движение водных слоев (увлекаемых поверхностью вращения реакционной вакуумной камеры 3), в результате чего за счет суммарного воздействия на водную среду циркуляцией и активацией обеспечивается высокоэффективное движение (контактирование) макроскопических частиц воды относительно друг друга и вращающейся реакционной вакуумной камеры 3 (поверхности). Производимый эффект практически исключает создание застойных слоев воды, образование осадков и обеспечивает высокоэффективную теплоотдачу при нагреве воды нагреваемой реакционной вакуумной камерой 3 (теплообменником).

В неподвижном состоянии реакционная поверхность 12 покрыта образованным на ней пленочным слоем из химических соединений (окислов, нитридов, гидридов и т.д.). Производят вращение реакционной поверхности 12 геттерного материала и обеспечивают ее поверхностное трение скольжения об прижатые к ней твердосплавные элементы 10 очистителей 11, в результате чего производится поверхностное деформационное разрушение тонкого пленочного слоя из химических соединений и счистка его с геттерного материала. Поверхностное деформационное разрушение пленочного слоя из химических соединений и счистку его с геттерного материала производят по всей реакционной поверхности 12 за счет размещения очистителей 11 двумя рядами диаметрально и со смещением относительно друг друга на неподвижном блоке очистителей 9 (при каждом обороте реакционной вакуумной камеры 3). Рабочий режим процесса деформационного разрушения и счистки пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала контролируют по изменению нагрузочной характеристики электродвигателя 24 измеряемой амперметром 27. В результате разрушения и счистки пленочного слоя на реакционной поверхности 12 обеспечивают химически чистую поверхность геттерного материала. Произведенная при трении скольжения механическая энергия превращается в тепловую энергию. Обеспечивают выделение тепловой энергии на реакционной поверхности 12 геттерного материала. Нагревают теплообменник.

Созданная химически чистая поверхность геттерного материала взаимодействует с активными газами, находящимися в реакционной вакуумной камере 3, при помощи физического и химического связывания молекул газов адсорбционным процессом (физической адсорбцией и химической адсорбцией) с выделением тепла. Обеспечивают адсорбцию активных газов на химически чистой поверхности геттерного материала, которая является геттерной откачкой газов. При этом превалирующим механизмом при адсорбционной откачке газов является химическая адсорбция (хемсорбция), которой обеспечивают производство химических реакций на химически чистой поверхности геттерного материала с образованием пленчного слоя из химических соединений. Образование пленочного слоя из химических соединений производят с выделением тепловой энергии на реакционной поверхности 12. Нагревают теплообменник.

Изложенная выше технологическая последовательность процесса нагрева воды, а именно: разрушение и счистка пленочного слоя из химических соединений, выделение тепловой энергии, обеспечение химически чистой поверхности геттерного материала, адсорбция газов - геттерная откачка, образование пленочного слоя из химических соединений, выделение тепловой энергии относится к поверхностным структурным изменениям реакционной поверхности 12 геттерного материала за один оборот реакционной вакуумной камеры 3. Далее технологическая последовательность нагрева воды повторяется с началом каждого оборота реакционной вакуумной камеры 3. По выделяемой тепловой энергии с активной площади реакционной поверхности 12 за один оборот реакционной вакуумной камеры 3 определяют производимое тепло по количеству оборотов за определенное время.

Создают рабочий вакуум в реакционной вакуумной камере 3 с предварительно обеспеченным в ней вакуумным давлением газов 10-3-10-4 Па, для чего обеспечивают максимально возможный высокий вакуум геттерной откачкой в реакционной вакуумной камере 3 и в соединенной с ней дополнительной вакуумной камере 2 с целью определения возможностей геттерной откачки (при напуске газов) и дополнительной проверки герметичности вакуумной системы. Производят непрерывную подачу газов натекателем газов 25. Снижают вакуум в реакционной вакуумной камере 3 (и в дополнительной вакуумной камере 2) до требуемой величины и поддерживают рабочий диапазон вакуумного давления газов. Рабочий диапазон вакуумного давления газов - это давление газов, при котором обеспечиваются оптимально производительные величины тепловой энергии на реакционной поверхности 12.

Производят нагрев воды до заданной температуры. Контроль за температурой осуществляется по прибору измерения температуры 26. При достижении температуры нагрева воды производят закрытие натекателя газов 25, останов электродвигателя 24, отключение от электрической сети вакуумметра 6, прекращение подачи избыточного давления атмосферных газов из газового баллона 4. Прекращают циркуляцию воды. При работе устройства нагрева воды 1 в повторно-кратковременном режиме производится только закрытие и открытие натекателя газов 25 при останове и включении в работу электродвигателя 24.

В одном из режимов работы устройства нагрева воды 1 при вакуумном давлении газов 13,5×10-5 Па с активной поверхностью геттерного материала - 0,452 м2, давлением поверхности твердосплавного элемента на геттерный материал 0,5-0,6 кг/мм2 за один оборот реакционной поверхности на ней выделяется 13-15 ккал тепла, а за час работы выделяется 46800-54000 ккал тепла (при оборотах электродвигателя 60 об/мин.).

Новым в поданном техническом решении является следующее:

- в способе нагрев воды обеспечивают высокоэффективной вынужденной конвекцией макроскопических частей воды относительно друг друга и относительно вращающегося нагреваемого твердого тела (реакционной вакуумной камеры-теплообменника) в активируемой воде;

- в способе отсутствуют применяемые традиционно для нагрева воды виды топлива газ, жидкое топливо, уголь и т.д.;

- в способе отсутствуют факторы, загрязняющие окружающую среду и влияющие на здоровье человека.

В заявляемом способе нагрева воды по сравнению с прототипом не требуются: топливо и его подготовка для использования; специальная водоподготовка; отдельное помещение с принудительной вытяжной вентиляцией и вентиляцией наддува.

Способ нагрева воды осуществляется на недорогом, простом оборудовании, не требующем повышенной ответственности при его эксплуатации с обеспечением 100% исключения загрязнения окружающей среды.

В способе за счет высокой интенсивности движения макроскопических частиц воды относительно друг друга и относительно вращающейся реакционной вакуумной камеры (теплообменника), за счет равномерного нагрева всех участков теплообменника, высокоэффективной конвекции воды, обеспечивается производительный нагрев воды, в котором практически исключается образование осадочных покрытий и накипи.

Способ требует незначительного потребления электрической энергии (косвенного назначения) по сравнению с прототипом и вырабатываемой тепловой энергией. Электрическая энергия необходима для вращения электродвигателя (в образце его Руст=2,5 кВт), обеспечивающего вращение реакционной вакуумной камеры в повторно-кратковременном режиме.

Способ нагрева воды в поданном техническом решении может осуществляться от любого вида энергии, способной обеспечивать вращение теплообменника (ветряной, водной и т.д.). Способ легко управляем и может работать от технических средств автоматизации. Особо важное значение предлагаемый способ будет иметь там, где отсутствуют топливные ресурсы - в районах Крайнего Севера, Сибири, пустынях, горных местностях и т.д.

Расчет основных параметров способа нагрева воды производился на базе известных формул и информации, где число молекул, адсорбированных на 1 см2 химически чистой поверхности геттерного материала в 1 сек. Определяется по формуле

где (1-θ) - доля свободных мест адсорбции;

kn - коэффициент прилипания газа на поверхности;

Р - давление газов над поверхностью адсорбции - Па;

Тг - температура откачивания газа - К;

М - молярная масса - г/моль.

Теплота адсорбции, выделяющаяся на идеальной ровной площади химически чистой поверхности геттерного материала в 1 с, определялась по формуле

Qa - теплота адсорбции газа на химически чистой поверхности геттерного материала - ккал/моль-1,

νs - число молекул газа адсорбированных на идеально ровной площади химически чистой поверхности титана,

Na - 6,0221367×1023 моль-1 число Авогадро.

Работа силы трения за один оборот реакционной поверхности

Qtr=Nnorm×μ×2πR

Nnorm - нормальное усилие - кг,

μ - коэффициэнт трения скольжения пары.

Теплота адсорбции и хемсорбции газов на геттерном материале титан иллюстрируется в книге «Технология тонких пленок», том 1, Справочник под редакцией Л.Майссела, Р.Глэнга, Москва «Советское радио», 1977 г., стр.223.

1. Способ нагрева воды, заключающийся в том, что производят технологическую подготовку процесса нагрева воды, заполняют водой нагреваемую систему, обеспечивают циркуляцию воды, обеспечивают пусковые параметры процесса нагрева воды, отличающийся тем, что нагрев воды производят непосредственной передачей тепла в активируемую воду нагреваемой вращающейся реакционной вакуумной камерой (теплообменником).

2. Способ нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что нагрев вращающейся реакционной вакуумной камеры осуществляют в предварительно обеспеченной вакуумной среде самой камеры суммарным теплом, образующимся на реакционной поверхности геттерного материала от выделяемой тепловой энергии (превращенной из механической энергии) при механическом разрушении и счистке пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала, а также от тепловой энергии, выделяемой химическими реакциями при образовании пленочного слоя из химических соединений на химически чистой поверхности геттерного материала.

3. Способ нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что активацию воды в процессе ее нагрева обеспечивают вращением реакционной вакуумной камеры.

4. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что химически чистую поверхность геттерного материала обеспечивают механическим разрушением и счисткой пленочного слоя из химических соединений с геттерного материала или трением скольжения вращающейся реакционной поверхности о прижатые к ней твердосплавные элементы очистителей.

5. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что образование пленочного слоя из химических соединений обеспечивают химическим связыванием молекул активных газов хемосорбционным процессом на химически чистой поверхности геттерного материала.

6. Способ нагрева воды по п.2, отличающийся тем, что обеспечение рабочего вакуума в реакционной вакуумной камере производят с помощью геттерной откачки, где перед установкой рабочего диапазона вакуумного давления газов обеспечивают максимально возможный высокий вакуум, после чего производят непрерывную подачу газов, снижая вакуум до требуемой величины, и обеспечивают поддержание рабочего диапазона вакуумного давления газов.

7. Способ нагрева воды по п.4, отличающийся тем, что прижатие твердосплавных элементов очистителей к реакционной поверхности обеспечивают с помощью избыточного давления атмосферных газов.

www.findpatent.ru

способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды - патент РФ 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева жидкости в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве. Задачей изобретения является получение более энергоэффективного способа и экономичной установки для нагрева воды. Технический результат достигается в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора, и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор поток воды разрывают воздушной полостью в зоне ее фазового перехода, в которой обеспечивают соударение капель воды при ее выходе в конусах распыления. На входе корпуса теплогенератора образована воздушная полость, а улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева воды в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве, строительстве, в частности в системах отопления зданий и сооружений, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов.

Известны различные способы гидродинамического нагрева воды и созданные на их основе конструкции различных устройств и теплогенераторов, использующих для получения тепловой энергии изменения физико-механических параметров среды, например, давления и объема в движущемся потоке воды.

Например, известен способ гидродинамического нагрева жидкости по патенту РФ № 2156412, по которому нагрев достигается повышением аномальной генерации тепла за счет ударного гидродинамического торможения на встречных струях кавитирующей жидкости, вытекающей с большой скоростью из встречно-направленных соосных сопел.

Известен способ получения тепла по патенту РФ № 2165054, принятый за прототип, в котором тепло, нагревающее воду, получают путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке и подаче воды в поток при температуре 63-90°С.

Однако указанные известные способы недостаточно энергоэффективны.

Известен теплогенератор "Рязань" по авт. св. № 17039240, используемый для нагрева жидкости путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую. Из нагнетателя через напорный патрубок жидкость поступает в трубопровод. Затем часть ее направляется в струйный аппарат и через сопло и всасывающий патрубок возвращается в нагреватель. Другая часть жидкости направляется в теплообменник, где отдает часть тепла потребителю, затем отсасывается струйным аппаратом и с повышенным давлением, предотвращающим кавитацию, подается к нагнетателю. Нагревание происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкости. Недостатками данной конструкции являются низкий КПД установки и повышенный уровень шума.

Наиболее близкое техническое решение к заявленной установке и принятое за прототип, это изобретение по патенту РФ № 2132517 «Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости». Согласно этому изобретению устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, насос, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, имеющим блок ускорителей движения жидкости в виде улиток, а к насосу присоединен напорный трубопровод. Судя из описания этого изобретения, в нем реализуются следующие источники тепла для нагрева воды:

- гашение волн воды от лопаток рабочего колеса насоса;

- гидродинамические турбулентные течения в параллельных вихревых трубах;

- акустическая кавитация;

- ударное воздействие вихревого потока воды на тормозное устройство.

Однако данное техническое решение слишком сложно по конструкции и в то же время недостаточно эффективно.

Задачей заявленного технического решения является получение более энергоэффективного способа гидродинамического нагрева воды и экономичной установки для нагрева воды, использующей предложенный способ.

Решение поставленной задачи обеспечивается получением такого технического результата как уменьшение теплоемкости воды при ее фазовом переходе в воздушной полости корпуса теплогенератора, т.е. при переходе из фазы с теплоемкостью 4200 Дж/кг°С в фазу с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С. Кроме этого, дополнительными источниками тепла в заявленном способе и установке будут:

- центробежный насос;

- гидродинамические турбулентные течения в вихревых трубах;

- частичное использование эффекта Ранке в вихревых трубах в фазе с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С;

- соударение капель при выходе воды в конусах распыления при выходе воды из вихревых труб напорной и сливной магистралей.

Таким образом, суммарная энергия (теплоемкость) заявленной установки будет составлять:

Qакк=Q н+Qв.т.+Qизб.+Qр+Q с,

где Qн - тепловая энергия центробежного насоса;

Qв.т. - тепловая энергия диссипации в вихревых трубах;

Qизб. - избыточная тепловая энергия, связанная с переходом воды из фазы с C1=4200 Дж/кг°С в фазу C2=2100 Дж/кг°С;

Qp - тепловая энергия эффекта Ранке в фазе C2;

Qc - тепловая энергия от соударения капель в корпусах распыления воды.

Указанная суммарная энергия (теплоемкость) достигается в способе гидродинамического нагрева воды, при котором в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре (магистрали), формируют (скоростной) вихревой поток воды за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор в потоке воды обеспечивают образование воздушной полости.

В частном случае заявленного способа в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее выходе через два конуса распыления.

Заявленный технический результат достигается в техническом решении установки для нагрева воды, выполненной в виде замкнутого контура (магистрали), содержащем теплогенератор, в дне (нижнем торце) корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса. Кроме того, на входе в корпус теплогенератора в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

В частном случае заявленного решения установки на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, соединенные через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

В другом частном случае заявленной установки ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи:

Rбат/Rнас способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 1/100,

где Rбат - расход воды через тепловые батареи,

Rнас - расход воды через насос.

В третьем частном случае заявленной установки соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах: Сбат /Стп способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 4.

В четвертом частном случае корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости корпуса к трубопроводу всасывания.

В пятом частном случае - диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

В шестом частном случае - корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

Для пояснения сущности предлагаемого технического решения установки для нагрева воды прилагается ее принципиальная схема, изображенная на одном листе (фигура).

Установка для нагрева воды, показанная на фигуре, выполнена в виде замкнутого контура, в котором имеются теплогенератор, корпус 1 которого состоит из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними, в корпусе образованы воздушная 2 и водяная 3 полости. На верхней крышке корпуса установлен вакуумный насос 4 и клапан 5 сброса избыточного давления, а также подведены две вихревые трубы 6, идущие от логарифмических улиток 8. На первой вихревой трубе 6 установлен термоманометр 7. Поток воды в улитки поступает от напорного 9 и сливного 10 трубопровода, идущей от тепловых батарей 11, на входе которых установлен запорно-регулирующий вентиль 12. Второй запорно-регулирующий вентиль 13 установлен на напорном трубопроводе 9 после выхода из центробежного насоса 14, в который вода поступает по трубопроводу всасывания 16, идущего от корпуса теплогенератора 1. Воздушная полость 2 теплогенератора соединена с трубопроводом всасывания 16 дополнительным трубопроводом 15. Теплогенератор оборудован уровнемером 17.

Перед началом работы вся замкнутая магистраль, включая корпус теплогенератора, заполняется водой. Затем производится слив воды из корпуса 1 до определенной отметки на уровнемере 17 для образования воздушной полости 2, вихревых трубах 6 и логарифмических улитках 8, закрывается запорно-регулирующий вентиль 12, а вентиль 13 открыт до ограничителя. Эта степень открытия вентиля соответствует заданной точке расходно-напорной характеристики центробежного насоса 14.

После включения насоса 14 начинается циркуляция и нагрев потока воды по замкнутому контуру: вода из корпуса 1 теплогенератора по трубопроводу всасывания 16 поступает к насосу 14 и по напорному трубопроводу 9 через логарифмические улитки 8 и вихревые трубы 6 распыляется в воздушной полости 2 теплогенератора. При достижении в первой вихревой трубе 6 температуры кипения после некоторой выдержки открывается до ограничителя вентиль 12, ведущий к тепловым батареям 11, и начинается функционирование установки для нагрева воды в штатном режиме. При этом степень открытия вентиля 12 будет соответствовать заданному расходу через тепловые батареи. Энергоэффективность работы установки можно определить по формуле:

способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 =Qакк/Nн,

где способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 - энергоэффективность,

Qакк - полученная тепловая энергия,

NH - энергия, потребляемая насосом.

Опытные образцы установки для нагрева воды успешно прошли испытания совместно с тепловыми батареями водяного отопления.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ гидродинамического нагрева воды в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором в контуре формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю, отличающийся тем, что на входе в теплогенератор разрывают поток воды воздушной полостью.

2. Способ гидродинамического нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее входе в корпус через два конуса распыления.

3. Установка для нагрева воды, выполненная в виде замкнутого контура, содержащем теплогенератор, в нижнем торце корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, а также напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса, отличающаяся тем, что на входе в корпус в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

4. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, которые соединены через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

5. Установка для нагрева жидкости по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи: Rбат/Rнас способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 1/100,где Rбат - расход воды через тепловые батареи,Rнас - расход воды через насос.

6. Установка для нагрева воды по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах:С бат/Стп способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды, патент № 2480682 4.

7. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости в корпусе к трубопроводу всасывания.

8. Установка для нагрева воды по п.7, отличающаяся тем, что диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

9. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

www.freepatent.ru

Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды

Например, известен способ гидродинамического нагрева жидкости по патенту РФ №2156412, по которому нагрев достигается повышением аномальной генерации тепла за счет ударного гидродинамического торможения на встречных струях кавитирующей жидкости, вытекающей с большой скоростью из встречно-направленных соосных сопел.

Известен способ получения тепла по патенту РФ №2165054, принятый за прототип, в котором тепло, нагревающее воду, получают путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке и подаче воды в поток при температуре 63-90°С.

Однако указанные известные способы недостаточно энергоэффективны.

Известен теплогенератор "Рязань" по авт. св. №17039240, используемый для нагрева жидкости путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую. Из нагнетателя через напорный патрубок жидкость поступает в трубопровод. Затем часть ее направляется в струйный аппарат и через сопло и всасывающий патрубок возвращается в нагреватель. Другая часть жидкости направляется в теплообменник, где отдает часть тепла потребителю, затем отсасывается струйным аппаратом и с повышенным давлением, предотвращающим кавитацию, подается к нагнетателю. Нагревание происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкости. Недостатками данной конструкции являются низкий КПД установки и повышенный уровень шума.

Наиболее близкое техническое решение к заявленной установке и принятое за прототип, это изобретение по патенту РФ №2132517 «Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости». Согласно этому изобретению устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, насос, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, имеющим блок ускорителей движения жидкости в виде улиток, а к насосу присоединен напорный трубопровод. Судя из описания этого изобретения, в нем реализуются следующие источники тепла для нагрева воды:

- гашение волн воды от лопаток рабочего колеса насоса;

- гидродинамические турбулентные течения в параллельных вихревых трубах;

- акустическая кавитация;

- ударное воздействие вихревого потока воды на тормозное устройство.

Однако данное техническое решение слишком сложно по конструкции и в то же время недостаточно эффективно.

- центробежный насос;

- гидродинамические турбулентные течения в вихревых трубах;

- частичное использование эффекта Ранке в вихревых трубах в фазе с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С;

Таким образом, суммарная энергия (теплоемкость) заявленной установки будет составлять:

Qакк=Qн+Qв.т.+Qизб.+Qр+Qс,

где Qн - тепловая энергия центробежного насоса;

Qв.т. - тепловая энергия диссипации в вихревых трубах;

Qизб. - избыточная тепловая энергия, связанная с переходом воды из фазы с C1=4200 Дж/кг°С в фазу C2=2100 Дж/кг°С;

Qp - тепловая энергия эффекта Ранке в фазе C2;

Qc - тепловая энергия от соударения капель в корпусах распыления воды.

Rбат/Rнас≤1/100,

где Rбат - расход воды через тепловые батареи,

Rнас - расход воды через насос.

В третьем частном случае заявленной установки соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах: Сбат/Стп≤4.

В пятом частном случае - диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

η=Qакк/Nн,

где η - энергоэффективность,

Qакк - полученная тепловая энергия,

NH - энергия, потребляемая насосом.

5. Установка для нагрева жидкости по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи: Rбат/Rнас≤1/100,где Rбат - расход воды через тепловые батареи,Rнас - расход воды через насос.

www.findpatent.ru

Нагрев воды в бане - обзор систем подогрева

Наличие в бане горячей воды – обязательное условие ее нормального функционирования. Нагрев может осуществляться при помощи газовой колонки, электроэнергии, дымовых газов от сгорания дров или путем подключения к централизованной сети. Все варианты имеют свои плюсы и минусы, исходя из которых выбирается решение для каждого конкретного случая.

Традиционный нагрев воды

Обычно в бане устанавливается кирпичная или металлическая печь, где в роли топлива используется сгорание дров. Достоинство метода – возможность периодической топки, только перед приемом процедур, недостаток – продолжительное время нагрева.

Варианты расположения емкости для воды при использовании кирпичной печи

Проще всего установить над топкой чугунную плиту, на которую поместить металлический бак с крышкой. Такую съемную емкость легко очищать от накипи, но об ее стенки есть риск получить ожог. Чтобы избежать необходимости переливать кипяток в процессе продолжительной топки для снижения влажности от пара в помещении, в баке устанавливается сливной кран. В противном случае требуется монтаж внешней дополнительной емкости, что снижает мобильность устройства.

Система нагрева воды

Бак может быть встроенным в печь, что затрудняет ремонтные работы при выявлении повреждений его корпуса. Более рационально на этапе кладки предусмотреть специальное углубление в конструкции, внутри которого установить емкость для воды. Бак может располагаться на стене возле печи при условии ее достаточного нагрева – иначе процесс будет чересчур продолжительным.

Совет! При использовании кирпичных печей для предупреждения проникновения в помещение угарного газа необходимо дожидаться полного сгорания дров.

Оптимальным вариантом считается вариант установки теплообменника, который может иметь самую разную конструкцию. Самое простое устройство – П-образный отрезок трубы или секция чугунной батареи. Теплообменник, находящийся в топке, соединяет печь с баком. Размеры зависят от объема воды, ее первоначальной температуры, мощности печи и желаемого времени нагрева.

Использование металлических печей

Этот вид оборудования для нагрева воды приобрел большую популярность за счет ряда своих достоинств:

Компактные размеры;
Высокая скорость нагрева воды;
Существенная экономия топлива;
Возможность регулировки температуры воздуха и воды;
Большой объем нагреваемого пространства.

Недостаток металлических печей – их быстрое остывание.

Металлическая печь

Важно! За счет защиты от разгерметизации дымохода и топочного канала угарный газ не может просачиваться в помещение, поэтому есть возможность продолжать топить в процессе банных процедур.

Печь устанавливается между парной и моечной, как бы монтируется в стену между ними. Бак для нагрева воды изготавливается из нержавеющей листовой стали толщиной 2 мм. Его монтаж производится на стену моечной. Дополнительный нагрев емкости обеспечивается кирпичной облицовкой стены вокруг печи. Сообщение между элементами системы устраивается при помощи теплообменника. Бак для обеспечения циркуляции кипятка должен располагаться выше его. Емкость на дне имеет кран, а в крышке – отверстие для забора и долива воды.

Система позволяет иметь круглогодичное получение 100 л кипятка. Температура контролируется путем изменения тяги в топке. Положение дров в печи дает возможность регулировать направление нагрева. Укладка топлива возле стены отапливает воздух в парной, ближе к дверце – воду. Перед топкой емкость заполняется до определенного уровня, циркуляция кипятка начинается при нагреве печи.

Другие способы нагрева воды

Важно! Использование газовых котлов требует строгого соблюдения техники безопасности. Установка и эксплуатация оборудования, имеющего мощность более 50 кВт, сопряжена с обязательным получением дополнительных технических условий и разрешений.

Электрические водонагреватели выпускаются двух типов:

Проточного вида с оптимальной производительностью 2,5 л/с. Оборудование нагревает воду в процессе ее движения, расходуя при этом наибольшее количество электроэнергии.
Емкостные водонагреватели с оптимальным объемом 100 л. Они потребляют значительно меньше электроэнергии. Вода нагревается 3-4 часа, после чего ее температура поддерживается постоянной.

Система нагрева воды

С целью экономии электроэнергии и обеспечения возможности пользоваться душем в моечной в любое время применяется комбинированная система. Она состоит из печи и электрического водонагревателя, которые могут работать одновременно для быстрого нагрева большого объема воды или по отдельности, в зависимости от текущей необходимости.

proekt-banya.ru

3 вида оборудования для нагрева воды в бане [+ФОТО]

Вопрос, как обустроить нагрев воды в бане, возникает сразу же после того, как вы туда подвели водопровод. За всю историю эксплуатации бань было разработано несколько более или менее эффективных способов нагрева воды, из которых можно выбрать тот метод, который будет соответствовать особенностям вашей парной.

Итак, перечислим эти способы и расскажем подробнее о том, как нагреть воду в бане.

Оптимальная температура воды — залог комфорта в бане

Выбор способа нагрева воды

Нагрев воды в емкости, установленной на водогрейной трубе от печного отопления

За всю историю эксплуатации бань можно выделить следующие методики обустройства нагрева воды:

Установка дровяной колонки;
Установка электрического водонагревателя большой емкости;
Установка газовой колонки, подключенной или к централизованной газораспределительной магистрали или к сменному баллону;
Использование системы нагрева воды в емкости, установленной на водогрейной трубе бани от печного отопления;
Гибридная система с нагревом от водогрейной трубы печного отопления, когда работает отопительный котел, и от дополнительных электрических ТЭНов, когда котёл не работает.

Схема нагрева от водогрейной трубы печного отопления

Несмотря на разнообразие перечисленных способов, наибольшую популярность получил подогрев воды в бане с применением дровяных и газовых колонок и электрических обогревателей. Надо сказать, что все эти устройства работают только при наличии постоянной подачи проточной воды в трубопроводе.

Дровяная колонка-душ

На фото титаны отечественного производства

Водогрейные колонки душ (дровяные бойлеры, титаны) — это устройства, предназначенные для нагрева воды. Агрегат характеризуется простой конструкцией и представляет собой металлический бак, смонтированный на печи.

Бак оборудован входными патрубками и смесителем для обеспечения комфортной температуры подачи воды.

Бойлеры такого типа — это универсальное оборудование, адаптированное к использованию любого вида твёрдого топлива. Но, несмотря на такую универсальность, устройство работает только при наличии постоянной подачи воды.

Принцип действия следующий: холодная вода, поступая в емкость бойлера извне, создает давление и таким образом вытесняет горячую воду.

Независимо от водоизмещения бойлера, его габариты можно назвать компактными, так как резервуар представляет собой вытянутый вверх цилиндр. Благодаря характерной форме титан не занимает много свободного пространства в моечном помещении.

Дровяные котлы в баню с подогревом воды могут быть нескольких типов:

со встроенной топкой;
с раздельной топкой;
с резервным электрическим ТЭНом.

Оборудование всех трех типов представлено на рынке продукцией отечественного производителя и предприятий, расположенных на территории постсоветского пространства.

В том случае, если в вашей бане не предусмотрено наличие водопровода, потребуется исправный гидроаккумулятор. В качестве последнего может быть использована емкость для воды, установленная на возвышении. Соединительная труба должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечивалось соответствующее давление.

Важно: Данный агрегат монтируется на твердое, устойчивое к механическим нагрузкам основание пола.Поэтому, если вы устанавливаете титан своими руками, позаботьтесь о том, чтобы под него была сделана ровная цементная площадка, как минимум метр на метр.

Газовая колонка

Газовая колонка с принудительным отведением отработанных газов

Современные виды печей для бани с нагревом воды, в первую очередь, оцениваются по уровню КПД и по степени расхода топлива. В соответствии с этими показателями лучшим нагревателем является колонка, работающая на природном газе.

Важно: Для обеспечения должной безопасности, установка газового нагревателя должна быть согласована с работниками газового хозяйства.Причем, согласование должно проходить не после, а до покупки устройства, так как не все газовые нагреватели проточной воды сертифицированы для эксплуатации в закрытом помещении.

Среди преимуществ такого способа отметим следующее:

Экономичность, так как цена природного газа пока что невысока;
Безопасность эксплуатации, так как современные нагреватели оборудуются защитными системами автоматического отключения;
Простая инструкция использования, так как в отличие от дровяных аналогов тут не надо регулярно добавлять топливо;
Возможность быстрого нагрева воды;
Компактные габариты устройства в сравнении с размерами накопительных бойлеров.

Газовые колонки — это конструктивно простые агрегаты, основными элементами которых являются горелка и расположенный над ней змеевик-радиатор, по которому проходит вода.

В то время как вода проходит по змеевику, площадь обогреваемой поверхности увеличивается в сравнении с тем, если бы над горелкой проходила прямая труба. Регулировка температуры осуществляется посредством вентиля, который увеличивает или уменьшает интенсивность горения газа.

Электрические обогреватели

Электрический бойлер в бане

Электрические обогреватели для бань делятся на два основных типа:

Накопительные бойлеры;
Обогреватели проточного действия.

Если вы проживаете в местности с нестабильной подачей электроэнергии в баню целесообразно установить накопительный бойлер. Такое устройство представляет собой теплоизолированную металлическую ёмкость объёмом от 30 до 200 литров. Внутри ёмкости установлен ТЭН и термоизмерительный прибор.

Среди преимуществ такого нагревателя отметим следующее:

Безопасность эксплуатации за счет высококачественной изоляции токопроводящих элементов и благодаря тому, что при полностью нагретой воде поверхность агрегата остаётся холодной;
Возможность эксплуатации бойлера даже при отсутствии электричества в сети, при условии, что до того вода нагревалась;
Эстетически привлекательный внешний вид устройства;
Наличие на рынке модификаций с возможностью вертикального и горизонтального монтажа;
Экономичный расход электроэнергии.

Обогреватели проточной воды — это менее распространённые агрегаты, работающие по принципу газовой колонки. То есть, внутри прибора установлен электронагреватель высокой мощности, который успевает нагревать проточную воду.

Нагреватель проточной воды

Из недостатков таких нагревателей отметим:

Высокий расход электричества;
Возможность эксплуатации в помещениях бань с новой мощной проводкой;
Необходимость в стабильной подаче воды, если интенсивность подачи изменяется, ее температура будет неравномерной.

Вывод

Теперь вы знаете, какие способы нагрева воды в бане доступны сегодня. Осталось выбрать то, что соответствует вашим потребностям и возможностям. Больше полезной информации вы сможете найти, посмотрев видео в этой статье.

9ban.ru

Способ нагрева воды

Использование: в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной дегазацией воды. Сущность изобретения: ведут подогрев воды при постоянном избыточном давлении, равном гидростатическому,до температуры, превышающей температуру кипения при бараметрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении, при этом тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, постоянной по отношению к общему потоку нагреваемой воды при любых изменениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технике нагрева воды, и может быть использовано в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной ее дегазацией.

Известен и широко применяется, в частности, при автономном теплоснабжении способ нагрева воды, при котором исходную воду нагревают в водонагревательном устройстве (котле) при подводе тепла извне, нагретую воду подают в расширительный бак, откуда затем направляют ее потребителю. Чем ближе температура воды в расширительном баке к температуре кипения при данном атмосферном (барометрическом) давлении, тем полнее идет процесс дегазации воды. Однако указанный способ использовать невыгодно при нагреве воды до температуры кипения, поскольку образующийся при этом пар является прямыми тепловыми потерями процесса, а нарушение режима может привести к бурному парообразованию и росту давления воды в водонагревателе. Поэтому температуру нагрева воды при использовании описанного способа поддерживают на уровне 95оС, что недостаточно для полной дегазации воды при атмосферном (барометрическом) давлении. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара. Указанный способ имеет недостатки, вызванные отсутствием механизма регулирования количества подводимого воде тепла, так как в котле, непосредственно сообщенном с атмосферой, давление всегда равно барометрическому, а при наличии гидростатического столба к барометрическому давлению добавляется гидростатическое, и при этом возможный перерасход подводимого тепла по достижении температуры кипения не сопровождается дальнейшим повышением температуры нагрева воды, а приводит к увеличению выпара, величина которого может стать неконтролируемой. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение надежного и эффективного регулирования количества подведенного к воде тепла при возможных изменениях барометрического давления, а также расхода и температуры исходной воды, поступающей на нагрев. Эффект дегазации воды при применении изобретения на всех режимах работы остается постоянным, заранее определенным выбором оборудования и предшествующей наладкой. Поставленная цель решается тем, что в способе нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией тепла, образовавшегося при расширении воды выпара, нагрев воды ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды является постоянной при любых изменениях последнего, и количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. Нагрев воды (подвод тепла к ней) при избыточном давлении, равном гидростатическому, дает возможность получить в котле нагретую воду без паровой фазы с температурой, несколько превышающей температуру кипения при данном барометрическом давлении. Эта вода, расширенная затем при барометрическом давлении, принимает температуру, равную температуре кипения, а излишки тепла, обусловленные ее начальным перегревом относительно барометрической температуры кипения, преобразуются в выпар, содержащий СО2 и О2, тепло которого затем утилизируют. Использование при утилизации тепла выпара не всего потока нагреваемой воды, а лишь его части позволяет иметь более существенную разность температур на выходе и входе охлаждающей воды, что облегчает фиксацию температурного перепада, снижая влияние погрешности измерения. Поддержание постоянным соотношения части потока воды, направляемого на утилизацию тепла выпара, и общего потока нагреваемой воды помогает на всех режимах (при различных величинах общего потока и исходной температуры воды) обеспечить одинаковый эффект дегазации воды путем регулирования количества подводимого к воде тепла. Поддержание постоянным перепада температур на входе и выходе охлаждающей выпар воды путем регулирования подводимого к общему потоку воды тепла позволяет при соблюдении вышеперечисленных признаков иметь эффективную и надежную систему автоматического регулирования процессом, исключающую перерасход подводимого воде тепла. Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки, обеспечивающей реализацию изобретения. Установка содержит котел 1 атмосферного типа с греющей поверхностью 2, расширительный бак 3 и охладитель выпара 4 с охлаждающей поверхностью 5. Трубопровод исходной воды 6 имеет отверстие, соединенное со входом охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4, а охлаждающая поверхность 5 на выходе соединена трубопроводом 7 с трубопроводом исходной воды 6. Далее трубопроводы 6 и 7 объединены в трубопровод 9, подключенный к котлу 1. Трубопровод нагретой воды 10 соединяет котел 1 с расширительным баком 3, а трубопровод 11 соединяет расширительный бак 3 с охладителем выпара 4. Охладитель выпара 4 соединен с атмосферой дыхательной трубкой 12. На схеме установки указаны и тепловые потоки при реализации изобретения: W, кг/ч количество исходной поступающей на нагрев воды; х часть от общего потока воды, направляемая на охлаждение выпара; to, оС температура исходной воды, поступающей на нагрев; tкипв, оС барометрическая температура кипения воды;

t, оС перепад температур между выходом и входом части потока воды, используемого для охлаждения выпара; Qпол, ккал/ч количество полезного подведенного к воде тепла. Пример 1 осуществления способа. Исходные данные. Барометрическое давление, мм рт.ст. 780; Барометрическая температура кипения tкипв, оС 100,3; Расход исходной воды W, кг/ч 50000; Температура исходной воды to, оС 70. Часть воды, направляемая на охлаждение выпара х 0,4; Перепад температур по охлаждающей воде на охладителе выпара 4

t, оС 5; Высота уровня воды в расширительном баке 3 относительно уровня выхода нагретой воды из котла 1

Нг, м-2; Температура кипения при избыточном гидростатическом давлении воды ( при данном барометрическом давлении) tкипг, оС 105. От исходного потока W 50000 кг/ч с температурой to 70оС (количество тепла W

to 50000

70 3500000 ккал/ч), поступающего по трубопроводу 6, часть потока в количестве Х

W 0,4

50000 20000 кг/ч отводят на охлаждение выпара к охлаждающей поверхности 5 (количество тепла х

to 0,4 50000

70 1 400 000 ккал/ч). На выходе из охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4 вода имеет температуру to +

t 70 + 5 75oC и по трубопроводу 7 (количество тепла х

W(to +

t) 0,4

50000 (70 + 5) 1 500 000 ккал/ч) поступает на смешение с остатком исходной воды после ответвления от общего потока части воды на охлаждение выпара (количество тепла (1-х)

to (1 0,4)

50000

702 100 000 ккал/ч). После смешения потоков из трубопроводов 6 и 7 в трубопроводе 9 тепло воды, поступающей на нагрев в котел 1, равно W

(to + x

t) 50000(70 + 0,4

5)3600000 ккал/ч. Количество тепла на выходе из котла 1 (трубопровод 10) W(tкипв + х

t) 50000 (100,3 + 0,4

5) 5 115 000 ккал/ч. Количество полезно подведенного тепла в котле 1 Qпол W

(tкипв + х

t) W (to + +x

t) W

(tкипв to) 50000(100,3-70)1

515 000 ккал/ч. Количество тепла, направляемого потребителю из расширительного бака 3 tкипв 50000 100,3 5 015 000 ккал/ч. Количество тепла в воде выпара, поступающее по трубопроводу 11 из расширительного бака 3 в охладитель выпара 4 х 10,4 50000 5 100 000 ккал/ч. Примеры 2 и 3 осуществления способа приведены в таблице Вентиль 8 служит для установки постоянной части потока воды, направляемого на охлаждение выпара, и во время работы установки он находится в неизменном отрегулированном при наладке положении. Таким образом, предлагаемый способ нагрева воды позволяет надежно и эффективно производить регулирование количества подводимого к воде тепла при любых изменениях барометрического давления, расхода и температуры исходной воды, обеспечивая при этом постоянный заранее выбранный эффект дегазации.

Формула изобретения

СПОСОБ НАГРЕВА ВОДЫ с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара, отличающийся тем, что нагрев ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды постоянна при любых значениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3