Электрооптический нагревательный элемент водогрейного котла
ELECTROOPTICAL HEATING ELEMENT OF HOT WATER BOILER

Изобретение относится к электротеплотехнике, более конкретно к инфракрасным нагревателям, имеющим тело накала, преимущественно применяемым в качестве нагревателей для производственных и бытовых нужд, например для обогрева помещений, сушки и т.д.
Изобретение может быть использовано в энергетике, химической, легкой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства.
Известны инфракрасные излучатели, содержащие вакуумированную трубчатую колбу и установленное в ней тело накала, выполненное металлическим [патент Великобритании №1449510, кл. HIF, 1976].
Недостаток данного инфракрасного излучателя заключается в том, что металлическое тело накала имеет меньшую эмиссионную способность и не обеспечивает требуемый поток излучения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является инфракрасный излучатель, содержащий вакуумированную оптически прозрачную трубчатую колбу, размещенное в ней тело накала с токовыводами на концах, выполненными из термостойкой проволоки, скрученной в пружины, внутри которых размещены концы тела накала. Концы проволоки выведены наружу через присоединенные к проволоке отрезки термостойкой фольги. На концах колбы образованы монолитные участки 9, 10 из материалов колбы, фольги и проволоки. К этим участкам прикреплены цоколи [Патент РФ №2237946, М. Кл. Н01К 1/04; H01K 1/38 от 13.11.2003 г. (прототип).]
Недостатком данного инфракрасного излучателя является то, что его реализация функционально не позволяет обеспечить быстрый и экономичный нагрев потока жидкости (теплоносителя), проходящей через нагревательную емкость водогрейного котла, ввиду сравнительно малой площади контакта жидкости и трубчатого электрического нагревателя, больших потерь энергии, расходуемой на нагрев его спирали (нагревающего элемента), а также невозможности быстрой замены инфракрасного излучателя.
Технической задачей является снижение затрат электроэнергии, повышение технико-экономических и эксплуатационных свойства процессов, протекающих в водогрейном котле, создание равномерного температурного поля по всему объему нагревательной колбы, а также создание внутри ламп нормального вольфрамо-галогенного цикла, упрощение эксплуатации водогрейного котла путем замены вышедших из строя ламп без разгерметизации отопительной системы, а в качестве нагревающего элемента использование экономичных и эффективных галогенных инфракрасных термоизлучателей, помещенных внутрь трубок из кварцевого стекла.
Техническая задача и цель изобретения достигаются тем, что электрооптический нагревательный элемент водогрейного котла выполнен в виде трубки из кварцевого стекла с установленной внутри по меньшей мере одной высокотемпературной электрической галогенной лампой, создающей источник излучения инфракрасного спектра свечения. Трубка закреплена внутри емкости водогрейного котла и расположена в средней его части. Емкость трубки из кварцевого стекла выполнена изолированной от жидкого теплоносителя помещенного внутри объема емкости водогрейного котла и от самой емкости. Галогенная лампа укреплена в центре трубки из кварцевого стекла, а выводы электрических цоколей патронов галогенной лампы размещены за пределами емкости водогрейного котла. Кроме того, трубка из кварцевого стекла может быть выполнена достаточного размера, чтобы внутри нее могло быть установлено множество галогенных ламп, укрепленных в кассетные патроны, соединенные параллельно и запитанные от сети переменного тока. Емкость водогрейного котла с жидким теплоносителем подключена к отопительной системе через входной и выходной патрубки.
a
a
a
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан галогенный инфракрасный термоизлучатель, выполненный в виде галогенной лампы инфракрасного спектра свечения; на фиг. 2, фиг. 2показана емкость водогрейного котла с укрепленной в нем трубкой из кварцевого стекла без установленного в ней галогенного инфракрасного термоизлучателя, т.е. лампы инфракрасного спектра свечения, на фиг.3 приведена принципиальная схема устройства электрооптического нагревательного элемента в сборе помещенного в емкость водогрейного котла; на фиг. 4 приведено устройство электрооптического нагревательного элемента с несколькими галогенными лампами инфракрасного спектра свечения, помещенными в одну общую трубку из кварцевого стекла, на фиг. 3 и фиг. 4 показана замена вышедших из строя галогенных инфракрасных термоизлучателей, выполненных в идее ламп инфракрасного спектра свечения.
Электрооптический нагревательный элемент водогрейного котла содержит нагревательный элемент, выполненный в виде емкости водогрейного котла 1 с закрепленной внутри нее трубкой из кварцевого стекла 2, внутренний объем которой изолирован от объема емкости водогрейного котла 1, в стенке которой выполнены входной 3 и выходной 4 патрубки для подключения к системе отопления объекта.
a
Кварцевая трубка 2 имеет выходы на две стороны за пределы емкости водогрейного котла 1. Внутри кварцевой трубки 2 установлена галогенная лампа 5 инфракрасного спектра свечения, которая крепится в электрических ламповых патронах 6. Кроме того, емкость водогрейного котла 1 может быть оснащена одной общей кварцевой трубкой 2 большего диаметра для установки внутри нее множества (больше одной) галогенных ламп 5 инфракрасного спектра свечения, подключаемых к электросети через кассетные ламповые патроны 7 (фиг. 4, фиг. 4). В некоторых случаях для удобства обслуживания ламповые патроны 6 и 7 могут быть выполнены как выступающими за корпус емкости водогрейного котла 1, так и утопленными внутри него с общей кварцевой трубкой 2 для установки в ней как одной, так и множества (больше одной) галогенных ламп 5. Внутренний объем трубки из кварцевого стекла 2 изолируют от жидкого теплоносителя 8, заправленного внутрь емкости водогрейного котла, подключенного к отопительной системе обогреваемого объекта (не показана).
Электрооптический нагревательный элемент для водогрейного котла работает следующим образом.
Внутри емкости водогрейного котла 1 крепят трубку из кварцевого стекла 2, в которую устанавливают галогенную лампу 5 инфракрасного спектра свечения с выводом электрических цоколей патронов за пределы емкости водогрейного котла 1 нагревательного элемента. Внутренний объем трубки из кварцевого стекла 2 выполняют изолированным от жидкого теплоносителя 8, заправленного внутрь емкости водогрейного котла 1, подключенного к отопительной системе обогреваемого объекта.
a
а
Выбор кварцевого стекла трубки 2 обусловлен наибольшей прозрачностью этого материала для инфракрасного спектра излучения при оптимальном сочетании других эксплуатационных параметров, главными из которых являются высокая прочность и минимальное термическое расширение материала. Галогенную лампу или лампы 5 инфракрасного спектра свечения крепят в центре трубки из кварцевого стекла 2, расположенной в средней части емкости водогрейного котла 1 в патронах 6 или 7. Такое расположение ламп выбирают для создания равномерного температурного поля по всему объему емкости водогрейного котла 1, а также необходимости создания внутри галогенной лампы 5 инфракрасного спектра свечения нормального вольфрамо-галогенного цикла, к тому же установка галогенной лампы 5 в стеклянной кварцевой трубке 2, внутренний объем которой изолируют от жидкого теплоносителя 8, залитого во внутренний объем емкости водогрейного котла 1, что значительно упрощает эксплуатацию водогрейного котла, т.к. замена вышедших из строя галогенных ламп 5 инфракрасного спектра свечения не требует разгерметизации отопительной системы (см. фиг. 3 и фиг. 4).
a
На фиг. 4 и фиг. 4 приведены схемы устройства электрооптического нагревательного элемента с несколькими галогенными лампами 5 инфракрасного спектра свечения, помещенными в одну общую стеклянную кварцевую трубку 2, т.е. емкость водогрейного котла 1 нагревательного элемента оснащена одной общей кварцевой трубкой 2 с установленным внутри нее множеством (больше одной) галогенных ламп 5 инфракрасного спектра свечения, закрепленных в кассетные патроны 7.
0
7
2
Галогенные лампы 5, при кассетном использовании, подключают параллельно и запитывают через силовые реле (не показано) от сети переменного тока ~220 В. Входной 3 и выходной патрубок 4 подключены к системе отопления объекта, а температура t теплоносителя 8 отслеживается термопарой (не показана). Галогенные лампы 5 создают удельную мощность направленного инфракрасного излучения 2⋅10 Вт/см, т.е. в 40 раз мощнее при одних и тех же затратах электроэнергии.
Таким образом электрооптический нагревательный элемент водогрейного котла позволяет снизить затраты электроэнергии на нагрев технологической среды (жидкости теплоносителя 8) на 20-30% по сравнению с известными электрическими нагревателями благодаря использованию в качестве нагревателей жидкости теплоносителя 8 высокотемпературных электрических инфракрасных галогенных ламп 5 с полезным использованием всего спектра их электромагнитного излучения, которое обладает рядом преимуществ и позволяет повысить технико-экономические и эксплуатационные свойства процессов, протекающих в водогрейном котле за счет:
- активного поглощения направленного инфракрасного излучения текучей средой (например, водопроводной водой);
- поглощения части спектра инфракрасного излучения, пропускаемого технологической средой теплоносителя 8, всеми внутренними плоскостями нагревательной емкости водогрейного котла;
- расположения высокотемпературных электрических инфракрасных галогенных лампы или ламп 5 в стеклянной кварцевой трубке 2, что упрощает эксплуатацию водогрейного котла, а замена вышедших из строя ламп не требует разгерметизации отопительной системы.
Кроме повышения технико-экономических и эксплуатационных свойства процессов, протекающих в водогрейном котле, создается равномерное температурное поле по всему объему емкости водогрейного котла 1, а также создается внутри ламп нормальный вольфрамо-галогенный цикл.