УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к электронагревательным приборам, преобразующих электрическую энергию в тепловую, и может быть использовано для автономного обогрева помещений в качестве автономного локального отопительного устройства, а также в промышленных аппаратах и оборудовании различного назначения.
Известен способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления. Устройство для получения тепловой энергии из электрической содержит корпус, разделенный на две камеры - внешнюю и внутреннюю, снабженные входным и выходным отверстиями, во внутренней камере которого размещено, по меньшей мере, одно нагревательное устройство, включающее электронагревательный элемент, подключенный к источнику питания, и теплоаккумулирующее вещество, и внутри выполненное в виде изолированного от вне объемного пространства. При этом на входном отверстии корпуса размещено устройство принудительной циркуляции теплоносителя, например воздуха, по поверхности нагревательного устройства, например вентилятора. Обе камеры выполнены сообщающимися, входное отверстие в корпусе расположено напротив входного отверстия во внутреннюю камеру, а выходное отверстие внутренней камеры служит входным отверстием во внешнюю камеру. Теплоаккумулирующее вещество нагревательного устройства включает твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное (воздух) вне поверхности нагревательного элемента вещество (патент РФ 2151346, F24H 7/00, 7/02, 7/04, опубл. 20.06.2000, бюл. 17).
Недостатками известного устройства являются невозможность регулирования электропотребления и использования для горячего водоснабжения бытовых потребителей.
Известен способ и устройство для получения тепловой энергии из электрической. В устройство для получения тепловой энергии из электрической введен электростатический аппарат, содержащий набор конденсаторов переменного тока со схемой соединения, обеспечивающей индивидуальный заряд каждого конденсатора и одновременный суммарный разряд на одну нагрузку, размещенную в термостате. Внутренняя камера (зона теплообразования) и внешняя камера (зона теплосъема) герметично изолированы друг от друга. Входное и выходное отверстия внешней камеры либо замкнуты между собой вне устройства с образованием единой замкнутой системы циркуляции теплоносителя, либо разомкнуты с применением проточной системы (патент РФ 2201556, 2001, МПК F24H 1/20, опубл. 27.03.2003).
Недостатком указанного устройства является невозможность их применения в других жидкостных средах, кроме воды.
Известен способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления кутэр Петрова.
Устройство для осуществления способа получения тепловой энергии из электрической содержит, по меньшей мере, один резистивный электронагревательный элемент, состоящий из керамической нагревательной трубы с гидрофобным защитным слоем, подключенный к источнику питания, и теплоаккумулирующее вещество, в качестве которого используют керамический материал, изолированное от вне объемного пространства. Керамическая нагревательная труба состоит из углеродной нити с защитным гидрофобным покрытием и нулевым водопоглощением, монолитного керамического цилиндра с отверстием для увеличения поверхности теплообмена и канала для укладки нагревательного элемента (патент РФ 2455579, МПК F24H 1/10, опубл. 10.07.2012)
Недостатком данного устройства является длительный период первичного нагрева (68-75 минут), а также более сложная, по сравнению со стандартными радиаторами, технология изготовления предлагаемого устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является парокапельный нагреватель.
Парокапельный нагреватель по данному способу содержит герметичный полый металлический корпус с патрубками, образующий нагревательную камеру, заполненную жидкостью-теплоагентом, размещенный внутри корпуса электронагревательный элемент с токоподводящими выводами. Причем нагревательная камера располагается наклонно, в сторону торцевой стенки корпуса с электронагревательным элементом, под углом к горизонту на разновеликих опорных стойках, разнесенных по концам корпуса, при этом электронагревательный элемент, закрепляемый в торцевой стенке корпуса нагревателя, размещается в нагревательной камере ниже уровня поверхности жидкости-теплоагента в рабочем состоянии (патент РФ 63038, МПК F24H 1/20, F22B 1/22, опубл. 10.05.2007).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, связанная с необходимостью использования нагревательной камеры в наклонном положении, а также большие затраты электроэнергии на нагрев теплоагента,
Наружное оребрение теплосъемной поверхности выполнено продольным либо поперечным, с частичной внешней теплоизоляцией нижнего отсека теплосъемной поверхности.
Энергоэффективность рассматриваемого устройства заключается в использовании теплоносителя и инфракрасного излучателя, имеющих равную длину волны, при которой возникает структурирующий объемный эффект, связанный с резонансным откликом молекул теплоносителя на монохроматическое инфракрасное излучение инфракрасного излучателя с последующим участием гетерогенного структурирования внутреннего состояния теплоносителя.
При этом наблюдается фактическое выделение дополнительного тепла за счет межмолекулярных взаимодействий (эффект появления микрокластеров) с сохранением приобретенной гетерогенной структуры после полного выключения прибора. Величина этого дополнительного тепла достигает величины до ¾ от суммарной величины тепловой энергии, генерируемой при применении предлагаемого способа, что позволяет достичь высокого уровня энергоэффективности устройств.
Так как инфракрасный излучатель размещен в окружении теплоаккумулирующего вещества в нижнем отсеке, который поддерживает заданную температуру теплоносителя, то после его отключения, в течение определенного времени продолжает поддерживаться заданная температура теплоносителя, а после снижения температуры теплоносителя до установленной величины, время повторного включения инфракрасного излучателя сокращается, что ведет к экономии потребляемой электроэнергии, приводящей к повышению энергоэффективности устройства.
Предлагаемые устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 - схематически представлена общая схема (разрез) устройства.
Устройство для получения тепловой энергии из электрической содержит теплосъемную поверхность 1, разделенную на два вертикальных отсека. Внутри верхнего отсека размещен теплоноситель с нагревательной камерой (2-6). В нижнем отсеке 7 размещен электронагревательный элемент 8 с токоподводящими выводами 9, закрепленными в торцевой стенкой 10 теплосъемной поверхности 1, наливной и сливной патрубок, с заглушкой 11. Электронагревательный элемент 8 закреплен на торцевой стенке 10 нижнего отсека 7 при помощи штуцера, прокладки либо ниппеля и накидной гайкой с упором (на чертеже не показаны) Электронагревательный элемент 8 выполнен в виде инфракрасного излучателя в окружении теплоаккумулирующего вещества. Длину волны теплоносителя выбирают равной излучаемой длине волны инфракрасного излучателя 8.
Наружное оребрение теплосъемной поверхности выполнено продольным либо поперечным, с частичной внешней теплоизоляцией нижнего отсека теплосъемной поверхности.
Энергоэффективность рассматриваемого устройства заключается в использовании теплоносителя и инфракрасного излучателя, имеющих равную длину волны, при которой возникает структурирующий объемный эффект, связанный с резонансным откликом молекул теплоносителя на монохроматическое инфракрасное излучение инфракрасного излучателя с последующим участием гетерогенного структурирования внутреннего состояния теплоносителя.
При этом наблюдается фактическое выделение дополнительного тепла за счет межмолекулярных взаимодействий (эффект появления микрокластеров) с сохранением приобретенной гетерогенной структуры после полного выключения прибора. Величина этого дополнительного тепла достигает величины до ¾ от суммарной величины тепловой энергии, генерируемой при применении предлагаемого способа, что позволяет достичь высокого уровня энергоэффективности устройств.
Так как инфракрасный излучатель размещен в окружении теплоаккумулирующего вещества в нижнем отсеке, который поддерживает заданную температуру теплоносителя, то после его отключения, в течение определенного времени продолжает поддерживаться заданная температура теплоносителя, а после снижения температуры теплоносителя до установленной величины, время повторного включения инфракрасного излучателя сокращается, что ведет к экономии потребляемой электроэнергии, приводящей к повышению энергоэффективности устройства.
Предлагаемые устройство для его осуществления иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 - схематически представлена общая схема (разрез) устройства.
Устройство для осуществления способа получения тепловой энергии из электрической содержит теплосъемную поверхность 1, разделенную на два вертикальных отсека. Внутри верхнего отсека размещен теплоноситель с нагревательной камерой (2-6). В нижнем отсеке 7 размещен электронагревательный элемент 8 с токоподводящими выводами 9, закрепленными в торцевой стенкой 10 теплосъемной поверхности 1, наливной и сливной патрубок с заглушкой 11. Электронагревательный элемент 8 закреплен на торцевой стенке 10 нижнего отсека 7 при помощи штуцера, прокладки либо ниппеля и накидной гайкой с упором (на чертеже не показаны) Электронагревательный элемент 8 выполнен в виде инфракрасного излучателя в окружении теплоаккумулирующего вещества. Длину волны теплоносителя выбирают равной излучаемой длине волны инфракрасного излучателя 8.
Инфракрасный излучатель 8 может быть выполнен в виде единичного, или блочного исполнения. Теплосъемная поверхность 1 может быть выполнена из алюминия, чугуна или стали в виде трубы либо короба прямоугольного, треугольного или другого замкнутого сечения, без оребрения или с наружным оребрением поверхности корпуса. Наружное оребрение теплосъемной поверхности 1 может быть выполнено продольным либо поперечным, с частичной внешней теплоизоляцией нижнего отсека теплосъемной поверхности.
Устройство для получения тепловой энергии из электрической работает следующим образом.
Нагревательная камера (2-6) корпуса 1 через наливной и сливной патрубок с заглушкой 11 заполняется расчетным количеством теплоносителя.
При включении устройства в сеть инфракрасный излучатель 8 под воздействием электрического тока начинает генерировать кванты заданной частоты. Кванты, полученные от инфракрасного излучателя, приводят к нагреву теплосъемной поверхности 1 с нагревательными камерами (2-6), а также теплоносителя. Если в качестве теплоносителя выбран газ, то поскольку излучаемая длина волны инфракрасного излучателя равна длине волны выбранного газа, в молекулах газа начинает формироваться явление резонанса, что приводит к разрыву молекул газовой среды. При этом разрыве выделяется дополнительное тепло, которое передается стенкам теплосъемной поверхности 1 с нагревательными камерами (2-6), которая нагревается до заданной температуры в ускоренном режиме, что приводит к экономии потребляемой электроэнергии. Также этот процесс приводит к повышению давления внутри нагревательных камер 2-6 до расчетной величины. Затем инфракрасный излучатель 8 отключают, но так как инфракрасный излучатель 8 размещен в окружении теплоаккумулирующего вещества, то оно продолжает поддерживать заданную температуру теплоносителя после отключения определенное время. Под воздействием температуры воздуха, окружающего теплосъемную поверхность 1 с нагревательными камерами (2-6), внешняя поверхность нагревательных камер начинает охлаждаться, что приводит к охлаждению газовой среды внутри нагревательных камер 2-6. В результате чего начинается процесс уменьшения внутреннего давления в нагревательных камерах 2-6, до величины его начального значения, таким образом, формируя в нагревательной камере кругооборот выбранного теплоносителя. Затем инфракрасный излучатель 8 снова подключают к источнику тока, но так как теплоаккумулирующее вещество поддерживает заданную температуру теплоносителя после его отключения определенное время, то время повторного включения инфракрасного излучателя сокращается, что ведет к дополнительной экономии потребляемой электроэнергии, приводящей к повышению энергоэффективности устройства.
Если в качестве теплоносителя выбирают жидкость, то после включения инфракрасного излучателя в электрическую сеть, инфракрасный излучатель 8 под воздействием электрического тока начинает генерировать кванты заданной частоты. Кванты, полученные от инфракрасного излучателя, приводят к нагреву теплосъемной поверхности 1 с нагревательными камерами (2-6), а также теплоносителя. При достижении жидкостью температуры кипения, начинает формироваться жидкостно-газовая среда. В образовавшейся зоне жидкостно-газовой среды, кванты от инфракрасного излучателя попадают в молекулы этой среды. Так как излучаемая длина волны инфракрасного излучателя равна длине волны жидкости, то в результате этого в жидкостно газовой среде наступает явление резонанса, что приводит к разрыву молекул жидкостно-газовой среды. При этом разрыве выделяется дополнительное тепло, которое передается стенкам теплосъемной поверхности 1 с нагревательными камерами (2-6), которая нагревается до заданной температуры в ускоренном режиме, что приводит к экономии потребляемой электроэнергии. Затем инфракрасный излучатель 8 отключают, но так как инфракрасный излучатель размещен в окружении теплоаккумулирующего вещества, это вещество продолжает поддерживать заданную температуру теплоносителя после его отключения определенное время. Под воздействием температуры воздуха, окружающего теплосъемную поверхность 1 с нагревательными камерами (2-6), внешняя поверхность нагревательных камер начинает охлаждаться, что приводит к охлаждению жидкостно-газовой среды внутри нагревательных камер, в результате чего начинается процесс ее конденсации и переход в жидкую среду, которая стекает по стенкам внутренней поверхности нагревательной камеры в ее нижнюю часть под воздействием сил гравитации, таким образом, формируя в нагревательной камере кругооборот выбранного теплоносителя. Затем инфракрасный излучатель снова подключают к источнику тока, но так как теплоаккумулирующее вещество поддерживает заданную температуру теплоносителя после его отключения определенное время, то время повторного включения инфракрасного излучателя сокращается, что ведет к дополнительной экономии потребляемой электроэнергии, ведущей к повышению энергоэффективности устройства.
Количество теплоаккумулирующего вещества, помещаемого в нижний отсек 7, зависит от размера и диаметра нижнего отсека. Электронагревательный элемент представляет инфракрасный излучатель, длина волны которого должна находиться в диапазоне (0,78-3,2) мкм, в зависимости от собственной длины волны применяемого теплоносителя.
Устройство для получения тепловой энергии из электрической, как локальное отопительное устройство, устанавливается по месту потребности, в помещении. Для его работы достаточно обычного электропитания переменного тока напряжением 220 вольт, подключаемое обычным (стандартным) штепсельным соединением.
Такое устройство, при использовании его для отопления жилых помещений, обеспечивает работу оборудования под давлением не более 2,1 бара и температуру нагрева теплосъемной поверхности не более 70 градусов Цельсия, что позволяет, в соответствии с нормативно-техническими правовыми актами государства в области теплообеспечения жилых и производственных помещений, относить его к неопасным объектам работающим под давлением.
Устройство может оснащаться датчиками, средствами и системами измерения и регулирования температуры, изменением силы тока либо временем подачи напряжения на электронагревательный элемент.
Устройство просто по гидравлической схеме и может быть изготовлено с использованием стандартных комплектующих узлов: металлическая труба, теплоноситель, электронагревательный элемент.
Предлагаемое устройство может быть использовано:
- для обогрева технических, технологических и жилых помещений на морском и речном транспорте. Внедрение такого устройства, позволит снизить расход потребляемого топлива для силовых установок морских и речных судов, за счет значительного снижения мощности потребной для генерации электроэнергии, используемой в целях теплообеспечения.
- для обогрева вагонов на железнодорожном транспорте. Использование такого устройства на железнодорожном транспорте при пассажирских перевозках, позволит отказаться от существующих сегодня вагонных печек работающих на дровах и угле. Это связано с тем, что такие устройства не зависят от температурных перепадов; они не размораживаются; при длительных стоянках вагонов обеспечивают
- для создания семейства устройств в различных отраслях промышленности, использующих тепловую энергию и энергию пара в своих технологических циклах. При этом достигается экономия в затратах, потребных для получения и транспортировки тепловой энергии за счет применения принципа генерации тепла по месту его потребления на основе использования метода квантового резонанса, приводящего к уменьшению себестоимости промышленного производства.