Нагреватель жидкости
LIQUID HEATER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться для нагрева жидкости, применяемой для технологических нужд машиностроения, строительства или сельского хозяйства, а также горячей воды.
Известен нагреватель текучей среды включающий цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя, камеру конденсации (RU 2156411, 20.09.2000). Его недостатком является большая площадь электродов и большой объем воды, подлежащей нагреву до температуры парообразования.
Наиболее близким по своей конструкции является устройство для нагрева текучей среды включающее индукционную катушку, цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, металлические ферромагнитные шарики заполняющие емкость, положение которых зафиксировано в емкости, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя (RU 2528211, 10.09.2014).
Недостатком данного устройства является то, что оно не предусматривает нагрева жидкости, а позволяет получать только перегретый пар, кроме того имеет большие габариты, вызванные тем, что в нем необходим большой столб шариков из электромагнитного материала, так как индукционный нагрев происходит только с одной стороны индукционной катушки и следовательно ее большие размеры. Требует больших затрат энергии так как в устройстве используется только индукционный нагрев и не используется эффект фазового перехода конденсируемой жидкости при котором выделяется большое количество тепла. При этом требуются дополнительные затраты энергии на нагрев жидкости до температуры парообразования.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение компактности устройства и снижение затрат энергии на нагрев удельного объема жидкости.
Техническим результатом является повышение эффективности устройства за счет использования возникающего сопутствующего фактора при индукционном нагреве за счет увеличения площади съема тепла в момент его выделения при конденсации.
Настоящая задача решается тем, что нагреватель жидкости содержащий индукционную катушку, цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, металлические ферромагнитные шарики заполняющие емкость, положение которых зафиксировано в емкости, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя дополнительно содержит компенсирующую емкость соединенную с цилиндрической емкостью из диэлектрического материала, во внутренней полости цилиндрической емкости коаксиально, с зазором относительно друг друга, и с образованием над ними зоны конденсации, размещены три трубы из диэлектрического материала, образующие между собой кольцевые каналы, индукционная катушка выполнена из полой медной трубки и размещена в одном из кольцевых каналов, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость по центральной коаксиальной трубе и в зоне конденсации выполнен в виде змеевика, а металлические ферромагнитные шарики размещены в кольцевых каналах охватывающих кольцевой канал с индукционной катушкой.
На фиг.1 дана схема индукционного термосифонного парогенератора для нагрева текучей среды.
Устройство состоит из цилиндрической емкости 1 выполненной из диэлектрического материала, во внутренней полости которой коаксиально с зазором относительно друг друга и с образованием над ними зоны конденсации 2 размещены три трубы 3 из диэлектрического материала образующие между собой кольцевые каналы 4 -а, б, в. В одном из кольцевых каналов размещена индукционная катушка 5, выполненная из полой медной трубки. Трубопровод 6 с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость 1 по центральной коаксиальной трубе 7 и через зону конденсации 2. В зоне конденсации 2 для увеличения площади конденсации проходящий через нее трубопровод 6 выполнен в виде змеевика 14. В кольцевых каналах 4-а и 4-в, охватывающих с обеих сторон индукционную катушку 5 размещены металлические ферромагнитные шарики 8. Положение шариков в 3 каналах, охватывающих катушку, зафиксировано верхней 9 и нижней 10 сетками. Цилиндрическая емкость 1 из диэлектрического материала соединена трубопроводом 11 с компенсирующей емкостью 12. Кольцевые каналы 4-а, б, в, ниже уровня размещения индукционной катушки 5 соединены между собой отверстиями 13.
Подобное конструктивное решение позволяет исключить нагрев теплоносителя в большом объеме и организовать процесс парообразования промежуточного теплоносителя в пленочном режиме, а также организовать процесс нагрева нагреваемой текучей жидкости в режиме термосифонного нагрева и тем самым сократить затраты энергии на нагрев большого количества промежуточного теплоносителя до температуры парообразования, кроме того такое решение позволяет уменьшить геометрические размеры индукционного парогенератора тока высокой частоты.
По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, гарантирующих сущность заявленного изобретения, не известна и для специалистов не следует явным образом из уровня техники. Что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».
Высокочастотный индукционный термосифонный парогенератор для нагрева текучей среды работает следующим образом.
На индукционную катушку 5, выполненную из полой медной трубки, располагающийся в среднем кольцевом канале 4-б коаксиально-цилиндрической системы, состоящей из трех диэлектрических тонкостенных труб 3, размещенных в цилиндрической емкости 1, выполненной из диэлектрического материала, подается переменное напряжение частотой 30 - 80 кГц, приводящее к индуцированию в металлических ферромагнитных шариках 8, заполняющих в виде столба внешний 4-а и внутренний 4-в кольцевые каналы коаксиально-цилиндрической системы, токов Фуко соответствующей частоты, что сопровождается их нагревом. Положение ферромагнитных шариков в кольцевых каналах 4а и 4в зафиксировано верхней 9 и нижней 10 сетками. Трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость по центральной коаксиальной трубе и в зоне конденсации выполнен в виде змеевика 14.
Заполняющий пространство между шариками 8 промежуточный теплоноситель закипает в пленочном режиме и образует пар, конденсируемый в зоне конденсации 2 на поверхности змеевиковой части 14 трубопровода 6. В процессе образования пара количество переведенного в пар промежуточного теплоносителя компенсируется с помощью компенсирующей емкости 12 через трубопровод 11, в соответствии с законом сообщающихся сосудов. Генерируемый пар воспринимается теплоприемником, представляющим собой зону конденсации 2, в которой расположен трубопровод 6 проходящий через центральную коаксиальную трубу 7, и выполненный в этой зоне в виде змеевика 14, на поверхности которого пар конденсируется, передает ему тепловую энергию и нагревает продукт, протекающий внутри теплообменника-проду ктопровода 6.
Образующийся в результате конденсации пара на поверхности металлического змеевика 14 трубопровода 6, конденсат имеет температуру пара [Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Стройиздат, 1983.320 с] и вновь попадает в зону индукционного парогенерирования, восполняя уровень промежуточного теплоносителя, что позволяет снизить затраты энергии на его нагрев от начальной температуры до температуры кипения, как это предполагается в прототипе [RU 2528211].
Использование изобретения позволяет:
- увеличить паропроизводительность за счет того, что в индукционном термосифонном парогенераторе токами высокой частоты для нагрева текучей среды используется два столба ферромагнитных шариков, располагающихся как с внутренней стороны индуктора, так и с внешней,
- увеличить площадь парообразования, позволяет организовать процесс генерации пара в энергосберегающих режимах термосифона и пленочного парообразования,
- уменьшить инерционность парообразования,
- увеличить компактность индукционного ТВЧ парообразователя и его энергоэффективность.