Электрический парогенератор Вахова В.И. (варианты)
VAKHOV ELECTRIC STEAM GENERATOR (OPTIONS)

Изобретение относится к устройствам для генерирования пара в парогенераторах с применением электрической энергии, предназначенных для выработки пара низких давлений, в частности может быть использовано для получения насыщенного и перегретого пара в банях, саунах индивидуального и коллективного пользования, климатических камерах спортивно-оздоровительного и медицинского профиля. Электрический парогенератор - это устройство, преобразующее воду в газообразное состояние, т.е. пар с помощью источника тепла - электронагревателя. Пароперегреватель - устройство, предназначенное для перегрева водяного пара, то есть повышения его температуры выше точки насыщения.
Насыщенный пар - это водяной пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью. Перегретый пар - пар, нагретый до температуры, превышающей температуру кипения воды при данном давлении.
Известен электрический парогенератор содержащий корпус цилиндрической формы, в котором размещены электрические нагреватели, система подачи воды и пароперегреватель. Электронагреватели выполнены с базальтовым волокном и установлены внутри корпуса по двум окружностям в металлических трубах, открытых сверху и приваренных к верху и ко дну корпуса. Система подачи воды состоит из двух колец труб, размещенных внутри корпуса снизу или сверху с приваренными к ним вертикальными трубами, снабженными форсунками-распылителями, рассредоточенными на нескольких уровнях и направленными на трубы с электронагревателями. Пароперегреватель снабжен трубами, расположенными горизонтально на пути пара с установленными в них электронагревателями. (Патент РФ №2129233, 02.07.1996 г.)
Недостатками парогенератора являются большие габариты, высокая энергоемкость и материалоемкость.
Известен электрический парогенератор, содержащий снабженный патрубками подвода жидкости и отвода пара корпус, внутренняя полость которого разделена цилиндрической обечайкой на сообщенные между собой камеры перегрева и испарения, содержит внешнюю оболочку, расположенную с зазором относительно последнего, с образованием камеры нагрева, сообщенной с камерой испарения посредством трубопровода, на котором установлен указанный электроуправляемый клапан, причем патрубок подвода жидкости подключен к нижней части оболочки, а электронагреватель установлен в обечайке. (Заявка на патент РФ №95114624 10.08.1997) Недостатком данного устройства является сложная конструкция, наличие электроуправляемого клапана.
Известен электрический парогенератор, содержащий снабженный патрубками подвода жидкости и отвода пара корпус с расположенными внутри него камерой нагрева, внутри которой размещен электронагреватель, камерой перегрева и камерой испарения совмещенными в одну общую камеру. (Патент РФ№13412, 08.12.1999 г) Недостатком данного устройства является низкая эффективность генерации перегретого пара с высокой температурой
Известен электрический парогенератор, содержащий открытый сверху корпус, имеющий герметичные стенки и днище, резистивный электронагревательный элемент, выполненный в виде ТЭНов и расположенный в нижней части корпуса над днищем, и теплоаккумулирующий материал, разделенный на дискретные слои, первый из которых заполняет зону размещения электронагревательного элемента, а каждый из остальных слоев, начиная снизу со второго, размещен на своей горизонтальной решетке. В верхней части корпуса над теплоаккумулирующим материалом размещена трубка с отверстиями-форсунками для впрыскивания жидкости. (Патент РФ№23659, 13.12.2001 г.). Недостатком данного устройства является низкая эффективность парообразования.
Наиболее близким техническим решением являются электрический парогенератор содержащий корпус цилиндрической формы, снабженный системой подачи воды, внутри коаксиально установлена металлическая обечайка с отверстием для подачи воды в нижней части и пароотводящим патрубком в верхней части, камера нагрева воды в кольцевом зазоре между обечайкой и корпусом, камера испарения и перегрева, разделенные витками нихромовых спиралей электронагревателя и заполненных термостойким гранулированным материалом.
Получения насыщенного пара происходит при контакте жидкости с нагретым термостойким гранулированным материалом и его дальнейшего перегрева при прохождении через слой раскаленного гранулированного материала (Патент РФ№2324859, 20.05.2008)
Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются: вертикально ориентированный корпус с патрубками подвода питательной воды и отвода перегретого пара, пароперегреватель, электронагревательный элемент.
Недостатки известного устройства:
- низкая паропроизводительность парогенератора при обеспечении на выходе перегретого пара с высокой температурой.
- сложная конструкция парогенератора за счет применения дорогостоящего термостойкого паропроницаемого гранулированного материала, наличие датчиков для контроля температуры отдельных элементов, применение нестандартного электронагревателя;
- низкая надежность парогенератора, так как при отсутствии воды в камере испарения произойдет перегрев и разрушение электронагревателя;
- низкая безопасность пользования парогенератором, так как парогенератор работает с избыточным давлением, требуемым для открывания игольчатого вентиля и продавливания пара через гранулируемый материал;
- низкий уровень электробезопасности электронагревателя, так как используется открытый электронагревательный элемент из нихромовой проволоки без изоляции. Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности парообразования, упрощении конструкции парогенератора, повышении эксплуатационных характеристик электрического парогенератора.
Достижение поставленной задачи решается двумя вариантами конструкций парогенератора. В зависимости от конструкции предлагаемый электрический парогенератор имеет два варианта подвода тепла для косвенного нагрева и превращении определенного объема воды в насыщенный пар в камере нагрева и испарения: первый вариант - от одного пароперегревателя и второй вариант - от двух и более пароперегревателей.
Технический результат изобретения в первом варианте, состоит в повышении эффективности получения перегретого пара с высокой температурой, снижении материалоемкости конструкции парогенератора, повышении надежности и безопасности пользования.
Указанный технический результат достигается тем, что внутри вертикально ориентированного корпуса электрического парогенератора с патрубками подвода и отвода питательной воды и отвода перегретого пара установлен пароперегреватель, содержащий теплообменный элемент, сообщающийся в нижней части с источником воздуха, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара.
Внутри теплообменного элемента расположен, по меньшей мере, один трубчатый электрический нагреватель, опирающийся на изолятор-подставку и охлаждаемый воздухом и паром. Камера нагрева и испарения, образована полостью между внешней боковой поверхностью теплообменного элемента пароперегревателя и внутренней поверхностью корпуса парогенератора. На внутренней боковой поверхности теплообменного элемента пароперегревателя выполнены, по меньшей мере, два сквозных канала с отверстиями в верхней части для перемещения насыщенного пара из камеры нагрева и испарения в пароперегреватель.
Технический результат изобретения во втором варианте состоит в повышении паропроизводительности парогенератора при обеспечении на выходе перегретого пара с высокой температурой, повышении надежности и безопасности пользования электрическим парогенератором.
Указанный технический результат достигается тем, что внутри вертикально ориентированного корпуса электрического парогенератора с патрубками подвода и отвода питательной воды и отвода перегретого пара установлены, по меньшей мере, два пароперегревателя, при этом внутри теплообменного элемента каждого пароперегревателя, сообщающегося в нижней части с источником воздуха, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара, расположен, по меньшей мере, один трубчатый электрический нагреватель, опирающийся на изолятор-подставку и охлаждаемый воздухом и паром. Камера нагрева и испарения, образована полостью между внешней боковой поверхностью теплообменного элемента каждого пароперегревателя и внутренней поверхностью корпуса парогенератора, при этом на внутренней боковой поверхности теплообменного элемента каждого пароперегревателя, выполнен, по меньшей мере, один сквозной канал с отверстиями в верхней части канала для перемещения насыщенного пара из камеры нагрева и испарения в пароперегреватель. По каждому варианту частного исполнения электрического парогенератора корпус парогенератора может быть выполнен с теплоизолирующим покрытием, заключенным в защитный металлический кожух.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлен поперечный и продольный разрез электрического парогенератора по варианту один. (Фиг. 1, 2). и по варианту два (фиг. 3). Парогенератор по варианту 2, поясняемый чертежом (фиг. 3), имеет те же обозначения, что и на фиг. 1, но в корпусе парогенератора установлено три пароперегревателя. На фото 1. и фото 2 представлены общий вид электрического парогенератора по варианту один и варианту два соответственно. Согласно фиг. 1 и фиг. 2 электрический парогенератор выполнен в виде вертикально ориентированного цилиндрического корпуса 1 из нержавеющей стали с патрубками подвода 2 и отвода 3 питательной воды и отвода перегретого пара 4. Корпус парогенератора снабжен теплоизолирующим покрытием, заключенным в защитный кожух 5 из нержавеющей стали. Внутри корпуса 1 установлен пароперегреватель 6, содержащий теплообменный элемент 7 прямоугольной коробчатой формы, сообщающийся в нижней части с источником воздуха, расход которого регулируется шибером 9, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара 4. Внутри теплообменного элемента 7 прямоугольной коробчатой формы расположен трубчатый электрический нагреватель 8, опирающийся на изолятор-подставку 10, закрепленную ниже дна корпуса 1. Камера 11 нагрева и испарения воды образована полостью между внешней поверхностью стенки теплообменного элемента 7 пароперегревателя 6 и внутренней поверхностью корпуса 1 парогенератора. Для отвода насыщенного пара из камеры 11 нагрева и испарения воды в пароперегреватель 6 на внутренней боковой поверхности стенки теплообменного элемента 7 выполнены вертикальные сквозные каналы 12 с отверстиями 13 в верхней части каналов. Верхняя часть корпуса 1 парогенератора выполнена с патрубком 14 для отвода насыщенного пара из камеры нагрева и испарения 11 для дальнейшего использования. При периодическом использовании парогенератора патрубок 14 может использоваться для заливки питательной воды вручную.
Работа предлагаемого электрического парогенератора основана на косвенном нагреве воды и превращении определенного объема воды в насыщенный пар в камере нагрева и испарения 11 от теплообменного элемента 7 пароперегревателя 6 и прямом нагреве насыщенного пара до температуры 300-350 град в рабочей зоне пароперегревателя 6 от источника тепла - трубчатого электрического нагревателя 8 и стенок теплообменного элемента 7 пароперегревателя 6.
Работа электрического парогенератора осуществляется следующим образом. С помощью средства автоматической подачи мерного объема воды (на фиг. 1 не показано) через патрубок 2 из водопроводной сети заполняется водой камера 11 нагрева и испарения. После подачи напряжения к тоководам трубчатого электрического нагревателя 8 разогреваются металлическая оболочка нагревателя 8 и стенки теплообменного элемента прямоугольной коробчатой формы 7 пароперегревателя 6. За счет теплообмена через общую стенку теплообменного элемента 7 пароперегревателя 6 и камеры нагрева и испарения 11 производится нагрев воды до температуры кипения. До поступления насыщенного пара в рабочую зону пароперегревателя 6 раскаленный трубчатый электрический нагреватель 8 охлаждается воздухом, поступающим в нижнию часть теплообменного элемента пароперегревателя 6 через открытый шибер 9, смонтированным в нижней части корпуса парогенератора 1 и горячий воздух отводится через выходной патрубок 4 отвода перегретого пара в парильное помещение сауны для создания комфортного температурного режима. Образующийся насыщенный пар через отверстия 13 в сквозных каналах 12 перемещается из камеры нагрева и испарения 11 в рабочую зону пароперегревателя 6 и нагревается в ней за счет теплообмена с разогретыми стенками теплообменного элемента прямоугольной коробчатой формы 7 и поверхностью трубчатого электрического нагревателя 8, охлаждая его и создавая ему благоприятный режим работы. Перегретый пар, т.е. насыщенный пар, нагретый до температуры 300-350 градусов, отводится через патрубок 4 в парильное помещение для создания комфортного влажностного режима. Для создания в парильном помещении сауны климата «русской бани» (влажность 60-80 град. Цельсия) насыщенный пар через патрубок 14 со смонтированным шаровым краном (на фиг. 1 не показан) отводится в парильное помещение, при этом пароперегреватель 6 работает с наименьшей производительностью. По второму варианту изобретения напряжение подается сразу на тоководы трубчатого электрического нагревателя 8 каждого из трех пароперегревателей, разогреваются металлическая оболочка нагревателей 8 и стенки теплообменного элемента прямоугольной коробчатой формы 7 трех пароперегревателей 6. За счет теплообмена через общую стенку теплообменного элемента 7 трех пароперегревателей 6 и камеры нагрева и испарения 11 производится нагрев воды до температуры кипения. Образующийся насыщенный пар через отверстия 13 в сквозных каналах 12 перемещается из камеры нагрева и испарения 11 в рабочую зону трех пароперегревателей 6. Перегретый пар, т.е. насыщенный пар, нагретый до температуры 300-350 градусов, отводится через патрубки 4 в парильное помещение для создания комфортного влажностного режима. По второму варианту уменьшается время нагрева и генерации насыщенного пара и соответственно повышается паропроизводительность парогенератора при обеспечении на выходе равномерного температурного поля генерируемого перегретого пара с высокой температурой, при этом обеспечивается более комфортный температурно-влажностный климат в парильном помещении.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает повышение эффективности генерации насыщенного и перегретого пара при надежной и безопасной работе электрического парогенератора для проведения полноценной физиотерапевтической процедуры в парильном помещении бань, саун, климатических камер спортивно-оздоровительного и медицинского профиля.
В настоящее время в ООО «Инжкомцентр ВВД» по заявленному техническому решению разработана рабочая документация: по первому варианту - электрический генератор перегретого пара с паропроизводительностью 1,7-4,5 литров/час и электрической мощностью 2-6 кВт. Пара для бань, саун индивидуального пользования; по второму варианту - электрический генератор перегретого пара с паропроизводительностью 8-16 литров/час и электрической мощностью 9-18 кВт. Для бань, саун коллективного пользования, для климатических камер спортивно-оздоровительного и медицинского профиля.
При создании парогенератора использованы современные технологии и широко применяемые природные и технические конструкционные материалы.