Электрический парогенератор Вахова В.И.

Полезная модель относится к устройствам для генерирования пара в парогенераторах с помощью электроэнергии, предназначенных для выработки пара низких давлений, в частности может быть использована для получения насыщенного и перегретого пара в банях, саунах для индивидуального и коллективного пользования, в климатических камерах спортивно-оздоровительного и медицинского профиля.
Электрический парогенератор - это устройство, преобразующее воду в газообразное состояние, т.е. водяной 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 - насыщенный пар, нагретый до температуры, превышающей температуру кипения воды при данном давлении.
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. Получение 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, обечайка, пароперегреватель, электронагревательный элемент. Недостатки известного устройства:
низкая эффективность генерации 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, 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; Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении эффективности генерации перегретого пара, снижении материалоемкости конструкции электрического парогенератора, 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 установлен пароперегреватель, теплообменный элемент, которого образован металлической обечайкой, внутри, которой расположен, по меньшей мере, один герметически закрытый электронагревательный элемент, выполненный с возможностью пропуска нагреваемого воздуха или пара. Камера нагрева и испарения воды образована внешней боковой поверхностью обечайки и внутренней поверхностью корпуса парогенератора. Обечайка сообщается в нижней части с источником воздуха, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара. На внутренней боковой поверхности обечайки выполнены, по меньшей мере, два замкнутых сквозных канала, расположенных симметрично относительно продольной оси корпуса парогенератора, с отверстиями в верхней части для перемещения насыщенного пара из камеры нагрева и испарения в пароперегреватель. Повышение эффективности генерации перегретого пара обеспечивается за счет снижения времени выхода пароперегревателя на рабочий режим, так как камера нагрева и испарения воды и пароперегреватель имеют общую стенку обечайки, через которую осуществляется нагрев воды и генерация насыщенного пара, затем происходит непрерывно перемещение насыщенного пара в рабочую зону пароперегревателя через отверстия в верхней части замкнутых сквозных каналов, выполненных на внутренней боковой поверхности обечайки. Снижение материалоемкости конструкции парогенератора обеспечивается тем, что камера нагрева и испарения воды образована полостью между внешней боковой поверхностью обечайки и внутренней поверхностью корпуса парогенератора. Повышение надежности и безопасности пользования электрическим парогенератором обеспечивается самоохлаждением герметически закрытого электрического нагревательного элемента при отсутствии насыщенного пара в рабочей зоне пароперегревателя, создаваемой внутренней поверхностью обечайки, так как обечайка сообщается в нижней части с источником воздуха, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара. Повышение надежности и безопасности пользования парогенератором обеспечивается отсутствием избыточного давления в камере нагрева и испарения, так как насыщенный пар из данной камеры непрерывно перемещается в рабочую зону пароперегревателя через отверстия в верхней части замкнутых сквозных каналах, выполненных на внутренней боковой поверхности обечайки. Обечайка пароперегревателя может быть выполнена в поперечном сечении прямоугольной или криволинейной формы или их комбинацией, что позволяет устанавливать ее в корпус парогенератора разной формы и габаритов. Герметически закрытый электрический нагревательный элемент, в частности может быть выполнен в виде трубчатого электрического нагревателя как наиболее безопасного при работе во влажной среде. Верхняя часть корпуса парогенератора может быть снабжена патрубком для перемещения насыщенного пара из камеры нагрева и испарения для дальнейшего использования. Корпус электрического парогенератора и обечайка пароперегревателя могут быть выполнены из нержавеющей стали, как наиболее устойчивой к коррозии при работе во влажной среде. Корпус парогенератора может быть снабжен теплоизолирующим покрытием, заключенным в защитный кожух для экономии электроэнергии и во избежание травматизма при соприкосновении с корпусом. Корпус парогенератора с внешней стороны может быть снабжен облицовочным покрытием, в частности из металла или камня или их комбинации для санитарно-гигиенических и эстетических целей.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлен поперечный и продольный разрез электрического парогенератора (фиг. 1, 2). На фото 1 представлен общий вид электрического парогенератора.
Парогенератор выполнен в виде 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 - обечайку 7 из нержавеющей стали и герметически закрытый электронагревательный элемент - трубчатый электрический нагреватель 8. Обечайка 7 выполнена прямоугольной коробчатой формы и сообщается в нижней части с источником воздуха, расход которого регулируется шибером 9, а в верхней части с патрубком для отвода перегретого пара 4. Внутри обечайки 7 расположен трубчатый электрический нагреватель 8, опирающийся на изолятор-подставку 10, расположенный ниже дна корпуса 1. Камера 11 нагрева и испарения воды образована полостью между внешней поверхностью стенки обечайки 7 и внутренней поверхностью корпуса 1 парогенератора. Для отвода насыщенного пара из камеры 11 нагрева и испарения воды в пароперегреватель 6 на внутренней боковой поверхности обечайки 7 выполнены вертикальные замкнутые сквозные каналы 12 с отверстиями 13 в верхней части каналов. Вертикальные замкнутые сквозные каналы 12 расположены симметрично относительно продольной оси корпуса 1 парогенератора. 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 данный 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 пароперегревателя 6 - обечайки 7 и прямом нагреве насыщенного пара до температуры 300-350° в рабочей зоне пароперегревателя 6 от источника тепла - трубчатого электрического нагревателя 8 и стенок обечайки 7.
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. К тоководам трубчатого электрического нагревателя 8 подается напряжение, разогреваются стенки обечайки 7 пароперегревателя 6 и за счет теплообмена через общую стенку обечайки 7 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, засасываемым через открытый шибер 9, смонтированным в нижней части корпуса 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 замкнутых 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 обечайки 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°, отводится через патрубок 4 в парильное помещение для создания комфортного влажностного режима. Для создания в парильном помещении сауны климата «русской бани» (влажность 60-80°С) 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. Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает повышении эффективности генерации 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» разработана рабочая документация на заявляемое устройство: автономный электрический генератор перегретого пара с паропроизводительностью 1,7-4,5 л/ч и электрической мощностью 2-6 кВт. При создании парогенератора использованы современные технологии и широко применяемые природные и технические конструкционные материалы.