WO2013019094A1 - Method for producing heat energy from electric energy and device for carrying out said method - Google Patents
Method for producing heat energy from electric energy and device for carrying out said method Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013019094A1 WO2013019094A1 PCT/KZ2011/000014 KZ2011000014W WO2013019094A1 WO 2013019094 A1 WO2013019094 A1 WO 2013019094A1 KZ 2011000014 W KZ2011000014 W KZ 2011000014W WO 2013019094 A1 WO2013019094 A1 WO 2013019094A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heat
- heated
- electric
- heating device
- thermal energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
- F24H1/14—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
- F24H1/16—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form helically or spirally coiled
- F24H1/162—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form helically or spirally coiled using electrical energy supply
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
- F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
- F24H7/0208—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid using electrical energy supply
Definitions
- the invention relates to a power system and heat exchange technology, namely to heating a liquid or gas medium and can be used, in particular, to produce hot water for domestic use.
- the method is characterized by low efficiency due to the high energy consumption; small heat removal per unit time due to the small heat removal surface; low efficiency.
- an open heating element such as nichrome, degrades the quality of the air in the heated room.
- thermo energy from electrical energy for heating which consists in taking a heating element, surrounding it with a solid heat-accumulating substance, for example, powdery quartz sand, isolating all this from the environment with a heat-removing surface, for example, of a tubular type, and a device of the type TEN, they bring an electric current to it and heat the environment, such as water, with the heat released (Kitaev E.V., Grevtsev NF Course in General Electrical Engineering. - M: Soviet Science, 1945, p. 27).
- a solid heat-accumulating substance for example, powdery quartz sand
- the disadvantages of this method are the high energy consumption; small heat removal per unit time due to the small heat removal surface; low efficiency and high values of specific power.
- a device is known for cooling or heating gaseous media (RF patent JY "2299380, publ. 05.20.2007).
- This device contains a thermally insulated tank with inlet and outlet nozzles, between which an accumulating substance is placed in the form of granules of various diameters.
- the disadvantages of the device is that it is used to heat a gaseous medium and is not suitable for heating water, as well as the cyclical nature of the heat exchanger.
- a heat exchange module is installed in the housing, consisting of a casing with a tubular electric heating element inside and connected to the inlet and outlet pipes, a pressure switch, a thermal switch, light-signal fittings, according to the invention, the casing of the heat exchange module is formed tightly interconnected panels, in each of which stampings are made adjacent when the panels are connected to each other and forming channels for the passage of liquid and installation of the tubular electric heating element, wherein the shape and length of the channels correspond to the shape and length of the electric heating element.
- the disadvantage of this heater is the difficulty of manufacturing, high consumption of electrical energy.
- the closest technical solution of the claimed invention for the combination of essential features is a method of obtaining thermal energy from electrical energy, including the placement of resistive an electric heating element surrounded by a heat-accumulating substance, isolated together with an electric heating element in its volume from the surrounding space with a heat-removing surface to form a heating device, placing the obtained one or more heating devices in the surrounding heated space, supplying electric energy to the electric heating element and washing the heat-removing surface of the device with a coolant, which used air from the room.
- solid (inside) the surface of the electric heating element and gaseous outside the surface of the electric heating element (air) gas are used as the heat storage substance; an increase in the total working heat removal of the heating device as a whole is achieved due to the interconnected increase (development) in the initial surface area of the heat removal of the electric heating element and the gaseous volume heat-accumulating substance around it, the area of the heat-removing surface itself is heating about the device, through the creation of a gap (distance) between these working surfaces due to the intensity of washing the heat-removing surface of the heating device with air from the room, and also by adjusting the parameters of the electric current on the electric heating element, (RF patent 2151346, IPC F 24 N 7/00, 7 / 02, 7/04, publ. 06/20/2000, bull. 17).
- the closest technical solution of the claimed invention on the set of essential features is also a device for generating thermal energy from electric - in-line electric water heater (EVN) "THERMEX Stream” (in-line water heater “THERMEX Stream”. Operation manual) intended for hot water for domestic purposes.
- ETN electric - in-line electric water heater
- THERMEX Stream in-line water heater
- Operation manual intended for hot water for domestic purposes.
- An electric water heater consists of a housing inside which a copper cylinder with heating elements is installed, an inlet pipe for cold water, an outlet pipe for hot water, a pressure switch and a thermal fuse.
- a shower head or a spout may also be included in the EVN kit.
- Water is heated passing through a copper cylinder in which the heating elements are located. The required temperature is achieved by adjusting the flow of water.
- the pressure sensor After supplying water to the power supply and setting the minimum permissible pressure (0.05 MPa), the pressure sensor will automatically turn on thermoelectric heaters (TENs), as indicated by the glow of the indicator of the network power button.
- TENs thermoelectric heaters
- the EVN is equipped with a thermal fuse mounted on a copper cylinder.
- the instantaneous water heater is installed only at one point of the water supply system - in the kitchen or in the bathroom, it must not be "embedded” in the system to receive hot water in all taps in the apartment.
- the problem to which the proposed group of inventions is directed is to create a method and an electrically safe device for heating water using a flow system for moving the heated medium, with reduced power consumption, high productivity, easy to operate, providing a wider temperature range of the heated water.
- the technical result achieved by the implementation of the claimed group of inventions is to reduce the consumption of electricity and specific power of the source of thermal energy due to the use of a dry bulk mixture as a heat carrier (heat storage medium).
- the specified technical effect is achieved by the fact that in a known electric heater containing a housing, an electric heating device installed in the housing, inlet and outlet pipes, a channel for the passage of liquid, a pressure switch, a thermal switch, light-signal fittings, according to the invention, the channel for the passage of the heated medium is a metal pipe, laid around an electric heating device in the form of an ascending spiral, and the free space of the device case is filled with coolant (heat kkumuliruyuschim substance), which as a dry granular mixture, for example a river or sea sand can be used.
- coolant heat kkumuliruyuschim substance
- an electric heating device is installed in the center of the device for receiving thermal energy from electric energy in the center, a pipeline with a heated medium is additionally laid around it in the form of an ascending spiral, the remaining free space is filled with coolant (heat-accumulating medium), while the heat transfer is due to heat transfer from the heated volume of the coolant to the surface of the pipeline with the heated medium.
- coolant heat-accumulating medium
- the device provides hot water with temperatures up to 100 ° C, you can get steam.
- the performance of the device depends on the water pressure in the system and can reach 10-12 l / m, i.e. provides hot water in an amount sufficient for washing dishes, washing in the shower, as well as for taking a bath.
- the device can be used wherever hot water is required, as well as where heating of other liquids is required, including caustic and toxic, as well as gaseous media, such as air.
- a method of producing thermal energy from electrical energy can be used in dishwashers and washing machines, subject to minor structural changes.
- heaters of lower power can be used.
- the practical dimensions of the device can be 200 x 180 x 90 mm.
- the device is convenient to use - there is no need to conduct special wiring, because the device operates from a conventional power outlet.
- the device is easily connected to the existing water supply system, in particular, to the hot and cold water mixer, while the existing electric water heaters are equipped with their own hose and a special shower device in the event of which the operation of the water heater becomes impossible, because You can’t buy it and replace it with another.
- Cold water is heated by heat transfer from the heated surface of the dry bulk mixture to the surface of the pipeline with a heated medium.
- the optimal heating of the electric heating device is 30% higher than the required temperature of the heating medium.
- An increase in the total working heat removal is achieved by placing a pipeline with a heated medium in the form of a spiral laid around the heating device and, as a result, increasing the initial surface area of the heat transfer removal and completely filling the entire free volume of the device body with a heat carrier (heat storage substance).
- a heat carrier heat storage substance
- thermoelectric heaters TENs
- river sand and other materials were used as a dry bulk mixture.
- the test results showed that the amount of hot water at the outlet of the device (capacity, l / min) with low power consumption depends on the pressure of the cold water supply.
- a device for implementing a method of generating thermal energy from electric energy comprises a housing 1 with a cover 2, a pipe 3 for cold water inlet and a pipe 4 for hot water outlet, an electric heating device 5, a pressure switch 6.
- the housing has thermal insulation 7. All free space of the housing is filled with coolant 8 - dry bulk mixture that acts as a heat-accumulating substance.
- the heated medium is passed through a pipe 9 laid around an electric heating device in the form of an upward spiral.
- the electric heating device 5 is connected to a water pressure switch 6, a temperature controller, a light-signal indicator, and contains power terminals (not shown).
- the device is powered from a 220 V power supply network, an industrial frequency of 50 Hz.
- Cold water is supplied to the inlet pipe 3, while the pressure switch 6 is activated, includes a micro switch (not shown), which closes the electrical network, including the electric heating device 5.
- the light-signal indicator is turned on, informing the consumer about the working state of the device.
- the pressure switch 6 activates and switches off the power supply of the electric heating device 5.
- a microswitch By means of a microswitch, cold water passing through the pipe 9 is heated to the required temperature due to the heat accumulated by the heat carrier. Hot water is discharged through pipe 4.
- the supply of electric current to the electric heating device is controlled by a temperature regulator (not shown), which, when the set temperature of the liquid is reached, turns off the power to the control electrode of the semiconductor device (thyristor) through which it passes electric current to the electric heating device, and when the temperature of the liquid decreases, it turns on the power supply.
- the control circuit also includes a pressure switch that turns off the water heater in the absence of fluid pressure, or at overpressure.
- thermoelectric heater a thermoelectric heater
- a method of obtaining thermal energy from electrical is as follows.
- the electric heating device 5 When you turn on the device in the network, the electric heating device 5 is heated to a temperature 30% higher than the required temperature for heating the water.
- the heat carrier (heat-accumulating substance) - dry bulk mixture 8 accumulates heat, which is then absorbed by the heat-removing surface of the pipeline 9, which is immersed in the dry bulk mixture. Heated water moves along the outlet pipe 4 to the consumer.
- the electric heater is connected to a hot and cold water mixer, while existing water heaters provide their own hose and shower head.
- the inventive water heater does not require special electrical connections and can operate from an ordinary 220 V outlet;
- the use of the proposed group of inventions for hot water supply will ensure the production of hot water through the use of effective heat storage material and increase heat storage surface; reduce energy consumption by 5-10 times compared with well-known technical solutions; increase the service life of the device, as heating takes place in a closed heat-insulated space, which accelerates the entire heating process to preset temperatures; create an electrical safety heater with high efficiency.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ METHOD FOR PRODUCING THERMAL ENERGY FROM ELECTRIC AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Изобретение относится к теплоэнергетике и теплообменной технике, а именно к нагреву жидкой или газовой среды и может быть использовано, в частности, для получения горячей воды для бытовых нужд. The invention relates to a power system and heat exchange technology, namely to heating a liquid or gas medium and can be used, in particular, to produce hot water for domestic use.
Известен способ получения тепловой энергии из электрической для обогрева, заключающийся в том, что берут нагревательный элемент, помещают его в окружающее пространство, подводят электрический ток и доводят нагревательный элемент до яркого свечения, включают электровентилятор, обдувают поверхность нагревательного элемента и нагревают воздух помещения (Лепаев Д.А. Справочник слесаря по ремонту бытовых электроприборов и машин. - М.: Легпромбытиздат, 1988, с. 51-52). There is a method of producing thermal energy from electrical energy for heating, which consists in taking a heating element, placing it in the surrounding space, applying an electric current and bringing the heating element to a bright glow, turning on the electric fan, blowing the surface of the heating element and heating the room air (Lepaev D .A. Handbook for the repair of household electrical appliances and machines. - M.: Legprombytizdat, 1988, pp. 51-52).
Однако способ отличается низкой экономичностью из-за высокого потребления электроэнергии; небольшого теплосъема в единицу времени ввиду малой теплосъемной поверхности; низкого КПД. Кроме этого, использование открытого нагревательного элемента, например нихрома, ухудшает качественный состав воздуха обогреваемого помещения. However, the method is characterized by low efficiency due to the high energy consumption; small heat removal per unit time due to the small heat removal surface; low efficiency. In addition, the use of an open heating element, such as nichrome, degrades the quality of the air in the heated room.
Известен также способ получения тепловой энергии из электрической для нагрева, заключающийся в том, что берут нагревательный элемент, окружают его твердым теплоаккумулирующим веществом, например порошкообразным кварцевым песком, изолируют все это от окружающей среды теплосъемной поверхностью, например, трубчатого типа и получают устройство типа ТЭН, подводят к нему электрический ток и обогревают выделяемым теплом окружающую среду, например воду (Китаев Е. В., Гревцев Н.Ф. Курс общей электротехники. - М: Советская наука, 1945, с. 27). There is also a method of producing thermal energy from electrical energy for heating, which consists in taking a heating element, surrounding it with a solid heat-accumulating substance, for example, powdery quartz sand, isolating all this from the environment with a heat-removing surface, for example, of a tubular type, and a device of the type TEN, they bring an electric current to it and heat the environment, such as water, with the heat released (Kitaev E.V., Grevtsev NF Course in General Electrical Engineering. - M: Soviet Science, 1945, p. 27).
Недостатками известного способа являются высокое потребление электроэнергии; небольшой теплосъем в единицу времени из-за малой теплосъемной поверхности; низкий КПД и высокие значения удельной мощности. The disadvantages of this method are the high energy consumption; small heat removal per unit time due to the small heat removal surface; low efficiency and high values of specific power.
Известно устройство для охлаждения или нагрева газообразных сред (патент РФ JY« 2299380, опубл. 20.05.2007). A device is known for cooling or heating gaseous media (RF patent JY "2299380, publ. 05.20.2007).
Данное устройство содержит теплоизолированный резервуар с входным и выходным патрубками, между которыми размещено аккумулирующее вещество в виде гранул различного диаметра. This device contains a thermally insulated tank with inlet and outlet nozzles, between which an accumulating substance is placed in the form of granules of various diameters.
Недостатки устройства является то, что оно используется для подогрева газообразной среды и не подходит для подогрева воды, а также цикличность работы теплообменника. The disadvantages of the device is that it is used to heat a gaseous medium and is not suitable for heating water, as well as the cyclical nature of the heat exchanger.
Известен проточный электроводонагреватель (патент РФ JV° 2269068, МПК F24H1/20, опубл. 2006.01.27). По данному изобретению в проточном электроводонагревателе, содержащем корпус, установленный в корпусе теплообменный модуль, состоящий из кожуха с трубчатым электронагревательным элементом внутри и связанным с входным и выходным патрубками, реле давления, термовыключатель, светосигнальную арматуру, согласно изобретению кожух теплообменного модуля образован герметично соединенными между собой панелями, в каждой из которых выполнены выштамповки, примыкающие при соединении панелей друг к другу и образующие каналы для прохода жидкости и установки трубчатого электронагревательного элемента, при этом форма и протяженность каналов соответствуют форме и протяженности электронагревательного элемента. Known instantaneous electric heater (RF patent JV ° 2269068, IPC F24H1 / 20, publ. 2006.01.27). According to this invention, in a flow-through electric heater containing a housing, a heat exchange module is installed in the housing, consisting of a casing with a tubular electric heating element inside and connected to the inlet and outlet pipes, a pressure switch, a thermal switch, light-signal fittings, according to the invention, the casing of the heat exchange module is formed tightly interconnected panels, in each of which stampings are made adjacent when the panels are connected to each other and forming channels for the passage of liquid and installation of the tubular electric heating element, wherein the shape and length of the channels correspond to the shape and length of the electric heating element.
Недостатком данного электроводонагревателя является сложность изготовления, большое потребление электрической энергии. The disadvantage of this heater is the difficulty of manufacturing, high consumption of electrical energy.
Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является способ получения тепловой энергии из электрической, включающий размещение резистивного электронагревательного элемента в окружение теплоаккумулирующего вещества, изолированного вместе с электронагревательным элементом в своем объеме от окружающего пространства теплосъемной поверхностью с образованием нагревательного устройства, размещение полученного одного или более нагревательных устройств в окружающее обогреваемое пространство, подвод к электронагревательному элементу электрической энергии и омывание теплосъемной поверхности устройства теплоносителем, в качестве которого использован воздух из помещения. При этом в качестве теплоаккумулирующего вещества используют твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное вне поверхности электронагревательного элемента вещество (воздух), увеличение общего рабочего теплосъема нагревательного устройства в целом достигают за счет сопряженного между собой увеличения (развития) исходной площади поверхности теплосъема электронагревательного элемента, объема газообразного теплоаккумулирующего вещества вокруг него, площади самой теплосъемной поверхности нагревательного устройства, через создание зазора (расстояния) между этими рабочими поверхностями за счет интенсивности омывания теплосъемной поверхности нагревательного устройства воздухом из помещения, а также путем регулирования параметров электрического тока на электронагревательном элементе, (патент РФ 2151346, МПК F 24 Н 7/00, 7/02, 7/04, опубл. 20.06.2000, бюл. 17). The closest technical solution of the claimed invention for the combination of essential features is a method of obtaining thermal energy from electrical energy, including the placement of resistive an electric heating element surrounded by a heat-accumulating substance, isolated together with an electric heating element in its volume from the surrounding space with a heat-removing surface to form a heating device, placing the obtained one or more heating devices in the surrounding heated space, supplying electric energy to the electric heating element and washing the heat-removing surface of the device with a coolant, which used air from the room. In this case, solid (inside) the surface of the electric heating element and gaseous outside the surface of the electric heating element (air) gas are used as the heat storage substance; an increase in the total working heat removal of the heating device as a whole is achieved due to the interconnected increase (development) in the initial surface area of the heat removal of the electric heating element and the gaseous volume heat-accumulating substance around it, the area of the heat-removing surface itself is heating about the device, through the creation of a gap (distance) between these working surfaces due to the intensity of washing the heat-removing surface of the heating device with air from the room, and also by adjusting the parameters of the electric current on the electric heating element, (RF patent 2151346, IPC F 24 N 7/00, 7 / 02, 7/04, publ. 06/20/2000, bull. 17).
Недостатками известного способа получения тепловой энергии из электрической являются высокое электропотребление и невозможность использования для горячего водоснабжения бытовых потребителей. The disadvantages of the known method of producing thermal energy from electricity are high power consumption and the inability to use for domestic hot water.
Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения по совокупности существенных признаков также является устройство для получения тепловой энергии из электрической - поточный электрический водонагреватель (ЭВН) «THERMEX Stream» (поточный водонагреватель «THERMEX Stream». Руководство по эксплуатации) предназначенный для получения горячей воды в бытовых целях. The closest technical solution of the claimed invention on the set of essential features is also a device for generating thermal energy from electric - in-line electric water heater (EVN) "THERMEX Stream" (in-line water heater "THERMEX Stream". Operation manual) intended for hot water for domestic purposes.
Электрический водонагреватель состоит из корпуса, внутри которого установлен медный цилиндр с нагревательными элементами, входного патрубка холодной воды, выходного патрубка горячей воды, реле давления и теплового предохранителя. В комплект ЭВН в зависимости от места установки также могут входить душевая насадка или излив (кухонный кран) Вода нагревается, проходя через медный цилиндр, в котором расположены нагревательные элементы. Требуемая температура достигается регулировкой потока воды. После подачи воды в ЭВН и установления минимально допустимого давления (0,05 МПа), датчик давления автоматически включит термоэлектрические нагреватели (ТЭНы), на что укажет свечение индикатора клавиши сетевого включения. При уменьшении давления поды на входе ниже минимально допустимого датчик давления отключит ТЭНы, соответственно индикаторы погаснут, нагрев прекратится. Для защиты от перегрева воды ЭВН снабжен тепловым предохранителем, установленный на медном цилиндре. An electric water heater consists of a housing inside which a copper cylinder with heating elements is installed, an inlet pipe for cold water, an outlet pipe for hot water, a pressure switch and a thermal fuse. Depending on the installation location, a shower head or a spout (kitchen faucet) may also be included in the EVN kit. Water is heated passing through a copper cylinder in which the heating elements are located. The required temperature is achieved by adjusting the flow of water. After supplying water to the power supply and setting the minimum permissible pressure (0.05 MPa), the pressure sensor will automatically turn on thermoelectric heaters (TENs), as indicated by the glow of the indicator of the network power button. When the hearth pressure at the inlet decreases below the minimum allowable pressure sensor will turn off the heating elements, respectively, the indicators will go out, heating will stop. To protect against overheating of water, the EVN is equipped with a thermal fuse mounted on a copper cylinder.
Недостатками данного проточного водонагревателя являются: The disadvantages of this instantaneous water heater are:
1. Высокое потребление энергии от 3,5 до 7,0 кВт. 1. High energy consumption from 3.5 to 7.0 kW.
2. Проточный водонагреватель устанавливается только в одной точке водопроводной системы - на кухне или в ванной, его нельзя «врезать» в систему, чтобы получить горячую воду во всех кранах в квартире. 2. The instantaneous water heater is installed only at one point of the water supply system - in the kitchen or in the bathroom, it must not be "embedded" in the system to receive hot water in all taps in the apartment.
3. Электрически небезопасен, т.к. при возможном коротком замыкании может произойти контакт электричества с нагреваемой водой. 3. Electrically unsafe since in the event of a short circuit, contact of electricity with heated water may occur.
Кроме того, общим недостатками проточных электрических водонагревателей являются малая производительность, сложность в эксплуатации (требует специальной электропроводки, сложно регулировать температуру воды) и узкий диапазон температур нагреваемой воды (от 16-18 °С до 35 °С). In addition, the common disadvantages of instantaneous electric water heaters are low productivity, difficulty in operation (requires special electrical wiring, it is difficult to regulate water temperature) and a narrow temperature range of heated water (from 16-18 ° C to 35 ° C).
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является создание способа и электробезопасного устройства для нагрева воды с применением проточной системы движения нагреваемой среды, с уменьшенным потреблением электроэнергии, большой производительности, простого в эксплуатации, обеспечивающего более широкий диапазон температур нагреваемой воды. The problem to which the proposed group of inventions is directed is to create a method and an electrically safe device for heating water using a flow system for moving the heated medium, with reduced power consumption, high productivity, easy to operate, providing a wider temperature range of the heated water.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является снижение потребления электроэнергии и удельной мощности источника тепловой энергии за счет использования в качестве теплоносителя (теплоаккумулирующей среды) сухой сыпучей смеси. The technical result achieved by the implementation of the claimed group of inventions is to reduce the consumption of electricity and specific power of the source of thermal energy due to the use of a dry bulk mixture as a heat carrier (heat storage medium).
Указанный технический эффект достигается тем, что в известном электроводонагревателе, содержащем корпус, установленное в корпусе электронагревательное устройство, входной и выходной патрубки, канал для прохода жидкости, реле давления, термовыключатель, светосигнальную арматуру, согласно изобретению канал для прохода нагреваемой среды представляет собой металлический трубопровод, уложенный вокруг электронагревательно устройства в виде восходящей спирали, а свободное пространство корпуса устройства заполнено теплоносителем (теплоаккумулирующим веществом), в качестве которого может быть использована сухая сыпучая смесь, например речной или морской песок. The specified technical effect is achieved by the fact that in a known electric heater containing a housing, an electric heating device installed in the housing, inlet and outlet pipes, a channel for the passage of liquid, a pressure switch, a thermal switch, light-signal fittings, according to the invention, the channel for the passage of the heated medium is a metal pipe, laid around an electric heating device in the form of an ascending spiral, and the free space of the device case is filled with coolant (heat kkumuliruyuschim substance), which as a dry granular mixture, for example a river or sea sand can be used.
Согласно изобретению внутри корпуса устройства для получения тепловой энергии из электрической по центру устанавливают электронагревательное устройство (ТЭН), вокруг него дополнительно в виде восходящей спирали укладывают трубопровод с нагреваемой средой, оставшееся свободное пространство заполняют теплоносителем (теплоаккумулирующей средой), при этом передача тепла осуществляется за счет теплопередачи от нагретого объема теплоносителя к поверхности трубопровода с нагреваемой средой. According to the invention, an electric heating device (TEN) is installed in the center of the device for receiving thermal energy from electric energy in the center, a pipeline with a heated medium is additionally laid around it in the form of an ascending spiral, the remaining free space is filled with coolant (heat-accumulating medium), while the heat transfer is due to heat transfer from the heated volume of the coolant to the surface of the pipeline with the heated medium.
Применение сухой сыпучей смеси в качестве теплоносителя (теплоаккумулирующей среды) вместо прямого нагревания среды, проходящей по трубопроводу посредством электронагревателя дает возможность снизить потребление электроэнергии за счет использования энергии аккумулированного тепла в 3-4 раза, обеспечивает электробезопасность устройства за счет отсутствия электрического контакта между нагревательным устройством и трубопроводом с нагреваемой средой. The use of a dry bulk mixture as a coolant (heat-accumulating medium) instead of directly heating the medium passing through the pipeline through an electric heater makes it possible to reduce electric energy consumption by using the energy of stored heat by 3-4 times, ensures electrical safety of the device due to the absence of electrical contact between the heating device and pipeline with a heated medium.
В качестве изоляционного материала для изоляции корпуса устройства от внешней среды можно использовать любой изоляционный материал. As an insulating material to isolate the device from the external environment, you can use any insulating material.
Устройство обеспечивает получение горячей воды с температурой до 100 °С, можно получить и пар. The device provides hot water with temperatures up to 100 ° C, you can get steam.
Производительность устройства зависит от давления воды в системе и может достигать 10-12 л/м, т.е. обеспечивает получение горячей воды в объеме, достаточном для мытья посуды, помывки под душем, а также для принятия ванны. The performance of the device depends on the water pressure in the system and can reach 10-12 l / m, i.e. provides hot water in an amount sufficient for washing dishes, washing in the shower, as well as for taking a bath.
Устройство может применяться везде, где требуется горячая вода, а также там, где востребован нагрев других жидкостей, в том числе едких и токсичных, а также газообразных сред, например, воздуха. The device can be used wherever hot water is required, as well as where heating of other liquids is required, including caustic and toxic, as well as gaseous media, such as air.
Способ получения тепловой энергии из электрической может быть использован в посудомоечных и стиральных машинах при условии внесения небольших конструктивных изменений. При этом могут быть использованы нагреватели меньшей мощности. A method of producing thermal energy from electrical energy can be used in dishwashers and washing machines, subject to minor structural changes. In this case, heaters of lower power can be used.
Практические габариты устройства могут составить 200 х 180 х 90 мм. The practical dimensions of the device can be 200 x 180 x 90 mm.
Потребляемая мощность - не более 1 ,5 кВт. Устройство удобно в эксплуатации - нет необходимости проводить специальную электропроводку, т.к. устройство работает от обычной электророзетки. Кроме того, устройство легко подключается к существующей системе водопровода, в частности, к смесителю холодной и горячей воды, тогда как существующие электроводонагреватели снабжаются собственным шлангом и специальным душевым устройством при выходе которого из строя эксплуатация водонагревателя становится невозможным, т.к. нельзя его купить и заменить на другое. Power consumption - no more than 1, 5 kW. The device is convenient to use - there is no need to conduct special wiring, because the device operates from a conventional power outlet. In addition, the device is easily connected to the existing water supply system, in particular, to the hot and cold water mixer, while the existing electric water heaters are equipped with their own hose and a special shower device in the event of which the operation of the water heater becomes impossible, because You can’t buy it and replace it with another.
Нагрев холодной воды осуществляется за счет теплопередачи от нагретой поверхности сухой сыпучей смеси к поверхности трубопровода с нагреваемой средой. Оптимальный нагрев электронагревательного устройства на 30 % выше требуемой температуры нагрева среды. Cold water is heated by heat transfer from the heated surface of the dry bulk mixture to the surface of the pipeline with a heated medium. The optimal heating of the electric heating device is 30% higher than the required temperature of the heating medium.
Увеличение общего рабочего теплосъема достигают за счет размещения трубопровода с нагреваемой средой в виде спирали, уложенной вокруг нагревательного устройства и увеличения вследствие этого исходной площади поверхности съема теплопередачи и полного заполнения всего свободного объема корпуса устройства теплоносителем (теплоаккумулирующим веществом). An increase in the total working heat removal is achieved by placing a pipeline with a heated medium in the form of a spiral laid around the heating device and, as a result, increasing the initial surface area of the heat transfer removal and completely filling the entire free volume of the device body with a heat carrier (heat storage substance).
В примере реализации способа и устройства для получения тепловой энергии из электрической были использованы холодная вода, термоэлектрические нагреватели (ТЭНы), в качестве сухой сыпучей смеси использовались речной песок и др. материалы. Результаты испытаний показали, что количество горячей воды на выходе устройства (производительность, л/мин) при незначительном потреблении электроэнергии зависит от давления водопровода холодной воды. In an example implementation of the method and device for generating thermal energy from electrical energy, cold water, thermoelectric heaters (TENs) were used, river sand and other materials were used as a dry bulk mixture. The test results showed that the amount of hot water at the outlet of the device (capacity, l / min) with low power consumption depends on the pressure of the cold water supply.
Предлагаемые способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежом, где на фиг.1 схематически представлен общий вид устройства. Устройство для осуществления способа получения тепловой энергии из электрической содержит корпус 1 с крышкой 2, патрубок 3 для входа холодной воды и патрубок 4 для вывода горячей воды, электронагревательное устройство 5, реле давления 6. Корпус имеет теплоизоляцию 7. Все свободное пространство корпуса заполнено теплоносителем 8 - сухой сыпучей смесью, выполняющей роль теплоаккумулирующего вещества. Нагреваемую среду пропускают по трубопроводу 9, уложенному вокруг электронагревательного устройства в виде восходящей спирали. The proposed method for producing thermal energy from electrical energy and a device for its implementation are illustrated in the drawing, where figure 1 schematically shows a General view of the device. A device for implementing a method of generating thermal energy from electric energy comprises a housing 1 with a cover 2, a pipe 3 for cold water inlet and a pipe 4 for hot water outlet, an electric heating device 5, a pressure switch 6. The housing has thermal insulation 7. All free space of the housing is filled with coolant 8 - dry bulk mixture that acts as a heat-accumulating substance. The heated medium is passed through a pipe 9 laid around an electric heating device in the form of an upward spiral.
Электронагревательное устройство 5 связано с реле давления воды 6, терморегулятором, светосигнальным индикатором и содержит клеммы электропитания (не показано). The electric heating device 5 is connected to a water pressure switch 6, a temperature controller, a light-signal indicator, and contains power terminals (not shown).
Питание устройства осуществляется от электросети напряжением 220 В, промышленной частоты 50 Гц. The device is powered from a 220 V power supply network, an industrial frequency of 50 Hz.
Холодная вода подается во входной патрубок 3, при этом реле давления 6 срабатывает, включает микропереключатель (не показано), который замыкает электрическую сеть, включая электронагревательное устройство 5. Включается светосигнальный индикатор, информирующий потребителя о рабочем состоянии устройства. При уменьшении давления жидкости в сети или ее отсутствии срабатывает реле давления 6 и отключает посредством микропереключателя электропитание электронагревательного устройства 5. Холодная вода, проходя по трубопроводу 9 нагревается до требуемой температуры за счет тепла, аккумулированного теплоносителем. Горячая вода выводится по патрубку 4. Cold water is supplied to the inlet pipe 3, while the pressure switch 6 is activated, includes a micro switch (not shown), which closes the electrical network, including the electric heating device 5. The light-signal indicator is turned on, informing the consumer about the working state of the device. When the liquid pressure in the network decreases or is absent, the pressure switch 6 activates and switches off the power supply of the electric heating device 5. By means of a microswitch, cold water passing through the pipe 9 is heated to the required temperature due to the heat accumulated by the heat carrier. Hot water is discharged through pipe 4.
Подачей электрического тока на электронагревательное устройство управляет терморегулятор (не показан), который при достижении заданной температуры жидкости отключает электропитание на управляющий электрод полупроводникового прибора (тиристора), через который проходит электрический ток на электронагревательное устройство, а при понижении температуры жидкости включает электропитание. Также в схему управления входит реле давления, которое отключает водонагреватель при отсутствии давления жидкости, либо при избыточном давлении. The supply of electric current to the electric heating device is controlled by a temperature regulator (not shown), which, when the set temperature of the liquid is reached, turns off the power to the control electrode of the semiconductor device (thyristor) through which it passes electric current to the electric heating device, and when the temperature of the liquid decreases, it turns on the power supply. The control circuit also includes a pressure switch that turns off the water heater in the absence of fluid pressure, or at overpressure.
В качестве электронагревательного устройства 5 может быть использован термоэлектронагреватель (ТЭН). As an electric heating device 5, a thermoelectric heater (TEN) can be used.
Способ получения тепловой энергии из электрической осуществляют следующим образом. A method of obtaining thermal energy from electrical is as follows.
При включении устройства в сеть электронагревательное устройство 5 нагревается до температуры на 30 % превышающей требуемую температуру нагрева воды. Теплоноситель (теплоаккумулирующее вещество) - сухая сыпучая смесь 8 аккумулирует тепло, которое затем воспринимается теплосъемной поверхностью трубопровода 9, который находится в погруженном состоянии в сухую сыпучую смесь. Нагретая вода перемещается по выходной трубе 4 к потребителю. When you turn on the device in the network, the electric heating device 5 is heated to a temperature 30% higher than the required temperature for heating the water. The heat carrier (heat-accumulating substance) - dry bulk mixture 8 accumulates heat, which is then absorbed by the heat-removing surface of the pipeline 9, which is immersed in the dry bulk mixture. Heated water moves along the outlet pipe 4 to the consumer.
Достижение указанного технического результата обеспечивается только при строгом неразрывном и взаимосвязанном выполнении всех существенных признаков заявленной группы изобретений. Кроме указанного достигаемого технического результата необходимо также отметить следующие достоинства предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и аналогами: высокий КПД; низкое потребление электроэнергии; низкое значение удельной мощности; регулируемое количество нагретого теплоносителя; электробезопасность за счет отсутствия электрического контакта между нагреваемой водой и электронагревательным устройством. The achievement of the specified technical result is ensured only with strict inextricable and interconnected implementation of all the essential features of the claimed group of inventions. In addition to the indicated technical result achieved, it is also necessary to note the following advantages of the proposed device in comparison with the prototype and analogues: high efficiency; low power consumption; low specific power; adjustable amount of heated coolant; electrical safety due to the lack of electrical contact between the heated water and the electric heating device.
Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия: - способ и устройство, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в быту для горячего водоснабжения; Thus, the above information shows that when implementing the claimed group of inventions, the following conditions are met: - the method and device embodying the invention in their implementation, are intended for use in everyday life for hot water supply;
- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств и методов; - for the claimed inventions in the form as described in the independent claims, the possibility of their implementation using the described or other means and methods known before the filing date of the application is confirmed;
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата. - means embodying the invention in their implementation, are able to provide the specified technical result.
Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability".
Преимуществами заявляемого проточного электроводонагревателя является: The advantages of the claimed instantaneous electric water heater is:
- электробезопасность, за счет отсутствия электрического контакта между нагреваемой жидкостью и электронагревательным элементом; - electrical safety, due to the lack of electrical contact between the heated fluid and the electric heating element;
- меньшее потребление электроэнергии, минимальная потребляемая мощность оставляет 1,5 кВт, тогда как существующие электроводонагреватели потребляют от 3 кВт и больше; - less energy consumption, minimum power consumption leaves 1.5 kW, while existing electric heaters consume from 3 kW and more;
большая производительность до 12 л/мин. При такой производительности можно набрать ванну и помыться в ней; high productivity up to 12 l / min. With this performance, you can collect a bath and wash in it;
- простота в эксплуатации. Электроводонагреватель подключается к смесителю холодной и горячей воды, тогда как существующие водонагреватели предусматривают собственный шланг и душевую насадку. Кроме того заявляемый водонагреватель не требует специальной электроподводки и может работать от обыкновенной розетки на 220 В; - simplicity in operation. The electric heater is connected to a hot and cold water mixer, while existing water heaters provide their own hose and shower head. In addition, the inventive water heater does not require special electrical connections and can operate from an ordinary 220 V outlet;
- более широкий диапазон температур нагреваемой воды. Если существующие проточные водонагреватели нагревают воду до температуры 35 °С, то заявляемый может нагреть воду практически до кипения. Аппарат надежен, технологичен. - a wider temperature range of heated water. If existing instantaneous water heaters heat water to a temperature of 35 ° C, then the claimed can heat water to a boil. The device is reliable, technologically advanced.
Использование предлагаемой группы изобретений для горячего водоснабжения позволит обеспечить получение горячей воды за счет использования эффективного теплоаккумулирующего материала и увеличения теплоаккумулирующей поверхности; снизить потребление электроэнергии в 5-10 раз по сравнению с известными техническими решениями; увеличить срок службы устройства, т.к. нагрев происходит в замкнутом теплоизолированном пространстве, что ускоряет весь процесс нагревания до задаваемых температур; создать электробезопасный электронагреватель с высоким КПД. The use of the proposed group of inventions for hot water supply will ensure the production of hot water through the use of effective heat storage material and increase heat storage surface; reduce energy consumption by 5-10 times compared with well-known technical solutions; increase the service life of the device, as heating takes place in a closed heat-insulated space, which accelerates the entire heating process to preset temperatures; create an electrical safety heater with high efficiency.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ20110596 | 2011-08-03 | ||
| KZ2011/0596.1 | 2011-08-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2013019094A1 true WO2013019094A1 (en) | 2013-02-07 |
Family
ID=47629492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/KZ2011/000014 Ceased WO2013019094A1 (en) | 2011-08-03 | 2011-09-12 | Method for producing heat energy from electric energy and device for carrying out said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2013019094A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201700060931A1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-12-05 | Lavazza Luigi Spa | FLUID HEATER AND CORRESPONDING MACHINE |
| CN110094881A (en) * | 2019-04-26 | 2019-08-06 | 北京智米科技有限公司 | Heating device and electric appliance including the heating device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2151346C1 (en) * | 1998-10-16 | 2000-06-20 | ЗАО "Росинноватика" | Method and device for producing heat from electrical energy |
| RU19554U1 (en) * | 2001-01-18 | 2001-09-10 | Фомичев Евгений Александрович | OIL HEATING DEVICE |
| RU59220U1 (en) * | 2006-08-08 | 2006-12-10 | Юлай Хакимович Байчурин | HOUSEHOLD ELECTRIC HEATER |
| CN201110728Y (en) * | 2007-10-28 | 2008-09-03 | 陈剑明 | Pollution discharge tube waste hot water heat recovery device |
-
2011
- 2011-09-12 WO PCT/KZ2011/000014 patent/WO2013019094A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2151346C1 (en) * | 1998-10-16 | 2000-06-20 | ЗАО "Росинноватика" | Method and device for producing heat from electrical energy |
| RU19554U1 (en) * | 2001-01-18 | 2001-09-10 | Фомичев Евгений Александрович | OIL HEATING DEVICE |
| RU59220U1 (en) * | 2006-08-08 | 2006-12-10 | Юлай Хакимович Байчурин | HOUSEHOLD ELECTRIC HEATER |
| CN201110728Y (en) * | 2007-10-28 | 2008-09-03 | 陈剑明 | Pollution discharge tube waste hot water heat recovery device |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201700060931A1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-12-05 | Lavazza Luigi Spa | FLUID HEATER AND CORRESPONDING MACHINE |
| WO2018224909A1 (en) * | 2017-06-05 | 2018-12-13 | Luigi Lavazza S.P.A. | Fluid heater and corresponding machine |
| CN110868892A (en) * | 2017-06-05 | 2020-03-06 | 路易吉·拉瓦扎股份公司 | Fluid heaters and corresponding machines |
| CN110868892B (en) * | 2017-06-05 | 2022-03-01 | 路易吉·拉瓦扎股份公司 | Fluid heater and corresponding machine |
| AU2018279247B2 (en) * | 2017-06-05 | 2023-07-06 | Luigi Lavazza S.P.A. | Fluid heater and corresponding machine |
| CN110094881A (en) * | 2019-04-26 | 2019-08-06 | 北京智米科技有限公司 | Heating device and electric appliance including the heating device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101358768B (en) | High-efficiency, energy-conserving and electromagnetical instantaneously heated type safety water heater and method for manufacturing same | |
| CN100475107C (en) | Instant hot water dispenser | |
| CA2975854C (en) | Capillary proximity heater | |
| WO2013019094A1 (en) | Method for producing heat energy from electric energy and device for carrying out said method | |
| CN203771666U (en) | Water heater | |
| CN101025288A (en) | Electric water-heating device adopting electromagnetic heating technology | |
| CN201875873U (en) | Electromagnetic instant-heating water heater | |
| WO2007059618A1 (en) | Continuous flow demand controlled microwave water heater | |
| KR20180010431A (en) | Repeat circulation of non-contact instantaneous water heater heating boilers | |
| CN204648676U (en) | A kind of Instant heating type water heater | |
| CN202792480U (en) | Turbine quick-heating type water heater | |
| RU135088U1 (en) | LOW-VOLT ELECTRIC THREE-PHASE DIRECT ACTION NATURAL GAS HEATER | |
| ATE391271T1 (en) | ELECTRIC INDUSTRIAL WATER HEATER | |
| CN102980291A (en) | Instantaneous-heating type electric heater with heat energy secondary recycling | |
| CN205939061U (en) | Instant superheated steam generator of quartz capsule | |
| CN105534306A (en) | Water dispenser with PTC heating element | |
| CN203615577U (en) | Quick-heating energy-saving electric water heater of electrothermal film | |
| CN203518237U (en) | No-inner container high-density energy storage type electrothermal living water device | |
| JP3145156U (en) | Fluidic continuous heating device | |
| CN201322347Y (en) | Waste heat absorption type high-efficient energy-saving electromagnetic instant-heating safe water heater | |
| CN201093691Y (en) | High efficiency and energy saving electromagnetism instant heating type safety water heater | |
| CN2672555Y (en) | High density energy storage type electric heating life water device without inner bladder | |
| CN108613245A (en) | A kind of energy saving water consumption device of the multi-mode of energy recycling | |
| CN2449131Y (en) | Oil storage type quick electric water-heater | |
| CN2904897Y (en) | Hot inner container-free clean water dispenser provided with quick heating device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11870453 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 04.06.2014) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11870453 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |