RU2152565C1

RU2152565C1 - Method and device for heating running liquid

Info

Publication number: RU2152565C1
Application number: RU98121094A
Authority: RU
Inventors: А.М. Казанов; А.С. Заворин; А.А. Макеев; Е.Г. Южанинов
Original assignee: Казанов Анатолий Михайлович; Заворин Александр Сергеевич; Макеев Анатолий Анатольевич; Южанинов Евгений Георгиевич
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: stand-by heaters of heating systems for apartment houses and industrial buildings. SUBSTANCE: device has housing with inlet and outlet pipe connections that accommodates heating element with drillings on external side and header with holes communicating with heating element. Device is available in single- and three-phase design versions. Liquid to be heated is fed to electric heater header and through its holes it flows to housing in radial direction to heating element over its surface. Velocity of liquid flow over heating element is set to be higher than mean service velocity in space confined between header and heating element ensuring nucleate boiling of liquid in heating element drillings and escape of bubbles beyond this space; such motion of liquid in drillings prevents formation of dryout spots. EFFECT: eliminated scale formation. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехнихи и может быть использовано для получения горячей воды в отопительных системах жилых и производственных помещений, в том числе в качестве резервного теплоснабжения этих систем. The invention relates to the field of heat engineering and can be used to produce hot water in heating systems of residential and industrial premises, including as a backup heat supply to these systems.

Известен способ нагрева проточной жидкости путем непосредственного контактирования жидкости с нагревательным элементом, размещенным внутри корпуса, реализуемый в различных известных устройствах. Например, в трубчатом подогревателе текучей среды (патент США N 5396574, 1992, F 24 H 1/10), в котором нагреваемая жидкость подается в корпус, выполненный в виде змеевика, и нагревается, непосредственно контактируя с электрическими резистивными нагревательными элементами, повторяющими конфигурацию корпуса. А также в электронагревателе (патент Великобритании N 2270370, 1994 г., F 24 H 1/10), в котором поступающая в цилиндрический корпус жидкость нагревается U-образными нагревательными элементами. A known method of heating a flowing fluid by directly contacting the fluid with a heating element placed inside the housing, implemented in various known devices. For example, in a tubular fluid heater (US patent N 5396574, 1992, F 24 H 1/10), in which the heated fluid is supplied into the housing, made in the form of a coil, and heats up, in direct contact with electrical resistive heating elements, repeating the configuration of the housing . And also in an electric heater (UK patent N 2270370, 1994, F 24 H 1/10), in which the fluid entering the cylindrical body is heated by U-shaped heating elements.

Однако в указанном способе, реализуемом описанными устройствами, жидкость, контактируя с нагревательными элементами, вызывает высокое накипеобразование на поверхности нагревательных элементов, что приводит к снижению их теплоотдачи, а неравномерность нагрева жидкости в объеме корпуса снижает эффективность данного способа и, соответственно, устройств его реализующих. However, in the indicated method implemented by the described devices, the liquid in contact with the heating elements causes high scale formation on the surface of the heating elements, which leads to a decrease in their heat transfer, and the uneven heating of the liquid in the body volume reduces the efficiency of this method and, accordingly, the devices implementing it.

Известен способ нагрева проточной жидкости, описанный в авт. св. СССР N 1041823, F 24 H 1/20, 1983 г, в котором для повышения эффективности способа обеспечивают более равномерный нагрев жидкости по всему объему электронагревателя за счет радиальной подачи потока нагреваемой жидкости равномерно по всей высоте корпуса. A known method of heating a flowing fluid, described in ed. St. USSR N 1041823, F 24 H 1/20, 1983, in which to increase the efficiency of the method provide a more uniform heating of the liquid throughout the volume of the electric heater due to the radial flow of the heated fluid evenly over the entire height of the housing.

Способ реализуется в устройстве электроводонагревателя, включающего цилиндрический корпус с соосно расположенным коллектором, имеющим вертикальные ряды отверстий. Нагревательный элемент выполнен в виде набора пластин, расположенных радиально между рядами отверстий коллектора. The method is implemented in a device of an electric heater, including a cylindrical body with a coaxially located collector having vertical rows of holes. The heating element is made in the form of a set of plates located radially between the rows of collector holes.

Однако и эти технические решения не обеспечивают значительного снижения накипеобразования и требуют проведения дополнительных мероприятий по предварительной очистке нагреваемой воды. However, these technical solutions do not provide a significant reduction in scale formation and require additional measures for the preliminary treatment of heated water.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому является способ нагрева жидкости и реализующее его устройство, описанные в авт.св. СССР N 1651049, F 24 H 1/20, 1991 г. Closest to the technical nature of the claimed is a method of heating a liquid and the device that implements it, described in ed. USSR N 1651049, F 24 H 1/20, 1991

Согласно способу нагреваемую жидкость подают в коллектор электронагревателя, формируют радиально направленный поток из коллектора к нагревательному элементу, равномерно омывая его поверхность, и нагретую жидкость подают потребителю. According to the method, the heated liquid is supplied to the collector of the electric heater, a radially directed flow from the collector to the heating element is formed, uniformly washing its surface, and the heated liquid is supplied to the consumer.

Устройство, реализующее этот способ, содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, размещенный в корпусе соосно ему коллектор с перфорацией, охватывающий нагревательный элемент. A device that implements this method comprises a housing with inlet and outlet nozzles, a collector with perforation coaxial to it, spanning the heating element, housed in the housing.

Недостатком данных технических решений является их низкая эффективность за счет все-таки значительного количества накипи, осаждаемой на нагревательном элементе, хотя процесс накипеобразования осуществляется более замедленно, чем в рассмотренных аналогах. Это обусловлено ухудшением массообмена в общем объеме жидкости по сравнению с ранее рассмотренными аналогами. The disadvantage of these technical solutions is their low efficiency due to still a significant amount of scale deposited on the heating element, although the process of scale formation is carried out more slowly than in the considered analogues. This is due to the deterioration of mass transfer in the total volume of liquid in comparison with the previously considered analogues.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка способа нагрева проточной жидкости и устройства для его реализации, обеспечивающих высокую эффективность за счет снижения накипеобразования без предварительной очистки нагреваемой жидкости. The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for heating a flowing fluid and a device for its implementation, providing high efficiency by reducing scale formation without first cleaning the heated fluid.

Поставленная задача осуществлена в способе электрического нагрева проточной жидкости, заключающемся в том, что нагреваемую жидкость подают в коллектор электрического нагревателя и через его перфорацию поток направляют в корпус радиально нагревательному элементу, омывая его поверхность, и нагретую жидкость выводят из нагревателя, согласно изобретению, скорость направленного на нагревательный элемент потока задают большей среднерасходной скорости в общем объеме устройства, образуя зону повышенной циркуляции в пространстве, ограниченном коллектором и нагревательным элементом, обеспечивающую пузырьковое кипение жидкости в проточках нагревательного элемента и вынос пузырьков за его пределы. The task is carried out in a method for electrically heating a flowing fluid, namely, that the fluid to be heated is supplied to the collector of an electric heater and through its perforation the flow is directed to the housing by a radially heating element, washing its surface, and the heated fluid is removed from the heater, according to the invention, the directional speed a higher average flow rate in the total volume of the device is set on the flow heating element, forming a zone of increased circulation in space, limited by a manifold and a heating element, which provides bubble boiling of the liquid in the grooves of the heating element and the removal of bubbles outside it.

Для реализации указанного способа в устройстве для нагрева проточной жидкости, содержащем корпус с подводящим и отводящим патрубками, внутри которого концентрично установлены нагревательный элемент и коллектор с отверстиями, согласно изобретению, нагревательный элемент имеет проточки на внешней поверхности, а отверстия коллектора обращены в сторону нагревательного элемента. To implement this method, in a device for heating a flowing fluid, comprising a housing with inlet and outlet pipes, inside which a heating element and a collector with holes are concentrically installed, according to the invention, the heating element has grooves on the outer surface and the manifold openings are turned towards the heating element.

При выполнении устройства в однофазном варианте нагревательный элемент расположен на оси устройства, а коллектор выполнен в виде не менее трех трубчатых элементов, расположенных вокруг нагревательного элемента по окружности, концентричной корпусу, на равном расстоянии друг от друга. When the device is implemented in a single-phase version, the heating element is located on the axis of the device, and the collector is made in the form of at least three tubular elements located around the heating element in a circle concentric to the housing, at an equal distance from each other.

При выполнении устройства в трехфазном варианте коллектор расположен на оси устройства, а нагревательный элемент выполнен в виде не менее трех трубчатых элементов, расположенных вокруг коллектора по окружности, концентричной корпусу, на равном расстоянии друг от друга. When the device is implemented in a three-phase version, the collector is located on the axis of the device, and the heating element is made in the form of at least three tubular elements located around the collector in a circle concentric to the housing, at an equal distance from each other.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1. приведен общий вид электронагревателя (однофазный вариант); на фиг. 2 - разрез по А-А электронагревателя; на фиг. 3 - трехфазный вариант электронагревателя; на фиг. 4 - разрез по А-А трехфазного электронагревателя. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1. shows a general view of the electric heater (single-phase version); in FIG. 2 is a section along AA of an electric heater; in FIG. 3 - three-phase version of the electric heater; in FIG. 4 is a section along AA of a three-phase electric heater.

Способ реализуется в устройстве, которое содержит корпус 1, соосный корпусу цилиндрический трубчатый нагревательный элемент 2, на наружной поверхности которого выполнены проточки 3, например горизонтальные или спиральные. Коллектор 4 имеет ряд отверстий 5, расположеных по всей длине трубы и обращенных к нагревательному элементу 2. Отверстия 5 могут быть выполнены в виде сплошной прорези или набора отверстий. Корпус 1 снабжен отводящим патрубком 6. The method is implemented in a device that comprises a housing 1, a cylindrical tubular heating element 2 coaxial to the housing, on the outer surface of which grooves 3 are made, for example, horizontal or spiral. The collector 4 has a series of holes 5 located along the entire length of the pipe and facing the heating element 2. The holes 5 can be made in the form of a continuous slot or a set of holes. The housing 1 is equipped with a discharge pipe 6.

Реализация способа нагрева проточной жидкости иллюстрируется работой электронагревателя. The implementation of the method for heating the flowing fluid is illustrated by the operation of an electric heater.

Подлежащая нагреву жидкость подается через подводящий патрубок (на чертеже не изображен) в коллектор 4 и через отверстия 5 направляется в корпус 1 радиально на нагревательный элемент 2. За счет интенсивного нагревания жидкости в проточках 3 нагревательного элемента 2 происходит парообразование. Пузырьки жидкости, заполняя проточку, как бы бегут по ней, подгоняемые обтекающим нагревательный элемент радиальным потоком. За счет этого движения в проточках не образуется пятен высыхания, что препятствует образованию накипи. Потоком жидкости пузырьки выносятся из проточек и конденсируются в общем объеме жидкости. В процессе нагревания между коллектором 4 (от места отверстий 5) и нагревательным элементом 2 (до два проточки 3) образуется кольцевая зона активной циркуляции, за счет которой происходит вынос накипеобразующих веществ в общий объем жидкости. Температура жидкости во всем объеме корпуса быстро выравнивается и нагретая жидкость движется на выход к отводящему патрубку 6. The liquid to be heated is supplied through the inlet pipe (not shown in the drawing) to the collector 4 and through the holes 5 is directed radially to the heating element 2 through the housing 1. Steam generation occurs due to intense heating of the liquid in the grooves 3 of the heating element 2. Bubbles of liquid, filling the groove, as if run along it, driven by a radial flow around the heating element. Due to this movement, drying spots are not formed in the grooves, which prevents the formation of scale. By the fluid flow, the bubbles are removed from the grooves and condense in the total volume of the fluid. In the process of heating between the collector 4 (from the place of the holes 5) and the heating element 2 (up to two grooves 3), an annular zone of active circulation is formed, due to which the scale-forming substances are removed into the total volume of the liquid. The temperature of the liquid in the entire volume of the housing quickly equalizes and the heated liquid moves to the outlet to the outlet pipe 6.

Использование способа и предлагаемого варианта устройства для его реализации позволяет обеспечить более экономичный процесс нагрева проточной жидкости, что дает возможность использовать, например, в сетях теплоснабжения воду без предварительной подготовки (очистки). Кроме того, увеличивается срок службы устройства до плановой профилактической чистки. Using the method and the proposed embodiment of the device for its implementation allows for a more economical process of heating the flowing fluid, which makes it possible to use, for example, water in heat supply networks without preliminary preparation (purification). In addition, the service life of the device is extended to scheduled preventative cleaning.

Эти технические решения могут быть широко использованы в отопительных системах общего теплоснабжения жилых и производственных помещений, в том числе в качестве резервного теплоснабжения, а также для тепло- и водоснабжения систем индивидуального пользования, например пансионатов, баз отдыха, коттеджей. These technical solutions can be widely used in heating systems for general heat supply of residential and industrial premises, including as backup heat supply, as well as for heat and water supply of individual use systems, such as boarding houses, recreation centers, cottages.

Claims

1. The method of electric heating of the flowing fluid, which consists in the fact that the heated fluid is supplied to the collector, form a radially directed flow to the heating element from the collector along its entire length and the heated fluid is removed from the device, characterized in that the radial directional flow speed is set to a larger average speed in the total volume of the device, forming a zone of increased circulation between the collector and the heating element, providing bubble boiling of the liquid and the removal of bubbles beyond ely heating element.

2. A device for heating a flowing fluid, comprising a housing with inlet and outlet pipes, inside which a heating element and a collector are arranged concentrically with a series of holes along its entire length facing the heating element, characterized in that the heating element has grooves on the outer surface.

3. The device according to claim 2, characterized in that the heating element is located on the axis of the device, and the collector is made in the form of at least three tubular elements located around the heating element in a circle concentric to the body, at an equal distance from each other.

4. The device according to claim 2, characterized in that the collector is located on the axis of the device, and the heating element is made in the form of at least three tubular elements located around the collector in a circle concentric to the body, at an equal distance from each other.