EA014751B1

EA014751B1 - Method for heating running fluid in pipelines of building's water supply and heating systems

Info

Publication number: EA014751B1
Application number: EA201001001A
Authority: EA
Inventors: Арна Сериковна ШИЛИКБАЕВА; Улан Серикович ШИЛИКБАЕВ; Серик Кадырович ШИЛИКБАЕВ
Original assignee: Арна Сериковна ШИЛИКБАЕВА; Улан Серикович ШИЛИКБАЕВ; Серик Кадырович ШИЛИКБАЕВ
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-02-28
Also published as: EA201001001A1

Abstract

The method provides for use in system of building's hot water supply and for other purposes according to which water is heated by converting electrical energy into thermal energy. For that a microwave frequency source is used disposed in a chamber from outside of pipeline supply system, wherein running water is heated by microwaves emitted by a microwave source thus effecting molecules of fluid being heated. Yet, to protect personnel from microwave radiation and for an effective utilization of its energy inner walls of a part of pipeline system in the proximity of said radiation source are made from a material freely passing the microwave radiation, e.g. from heat-proof glass, wherein the chamber body is made from a material not transmitting outside the microwave radiation, e.g. from a metal, while metal gauzes are mounted across fluid flow direction where supply and discharge pipe lines are connected to the chamber, the size of gauze cells is less than the microwave length. The method provides quick and contactless heating of running fluid.

Description

Способ нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения относится к области теплотехники, реализуется с помощью СВЧ-волн, оказывающих тепловое воздействие на молекулы нагреваемой жидкости. Способ может быть использован для бесконтактного и эффективного нагрева движущейся жидкости в трубопроводах систем горячего водоснабжения, отопления зданий и другого назначения, в которых осуществляется нагрев воды за счет преобразования электрической энергии в тепловую.The method of heating the flowing fluid in the pipelines of the heating systems of buildings and water supply relates to the field of heat engineering, is implemented using microwave waves that have a thermal effect on the molecules of the heated fluid. The method can be used for non-contact and efficient heating of a moving fluid in pipelines of hot water supply systems, heating of buildings and other purposes in which water is heated by converting electrical energy into heat.

Известен способ, применяемый для нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения, включающий нагрев жидкости за счет преобразования электрической энергии в тепловую, реализуемый путем непосредственного контактирования жидкости с нагревательным элементом, размещенным внутри корпуса (Авт. св. СССР № 1651049, Р24Н 1/20, 1991 г.). При использовании способа нагреваемую жидкость подают в коллектор электронагревателя, формируют радиально направленный поток из коллектора к нагревательному элементу, равномерно омывая его поверхность, и далее нагретую жидкость подают потребителю.A known method used to heat flowing fluid in pipelines of heating systems of buildings and water supply, comprising heating the fluid by converting electrical energy into heat, implemented by directly contacting the fluid with a heating element located inside the housing (Aut. St. USSR No. 1651049, P24H 1 / 20, 1991). When using the method, the heated liquid is fed into the collector of the electric heater, a radially directed flow from the collector to the heating element is formed, uniformly washing its surface, and then the heated liquid is supplied to the consumer.

Недостатком способа является его низкая эффективность за счет значительного количества накипи, осаждаемой на нагревательном элементе.The disadvantage of this method is its low efficiency due to the significant amount of scale deposited on the heating element.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому является способ, применяемый для нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения, включающий нагрев жидкости за счет преобразования электрической энергии в тепловую, реализуемый путем непосредственного контактирования жидкости с нагревательным элементом, размещенным внутри корпуса, при котором нагреваемую жидкость подают в коллектор электрического нагревателя и через его перфорацию поток направляют в корпус радиально нагревательному элементу, омывая его поверхность, и нагретую жидкость выводят из нагревателя (патент Российской Федерации ВИ 2152565, 1998 г.). При этом согласно изобретению скорость направленного на нагревательный элемент потока задают большей среднерасходной скорости в общем объеме устройства, образуя зону повышенной циркуляции в пространстве, ограниченном коллектором и нагревательным элементом, обеспечивающую пузырьковое кипение жидкости в проточках нагревательного элемента и вынос пузырьков за его пределы.Closest to the technical nature of the claimed is the method used for heating the flowing fluid in the pipelines of heating systems of buildings and water supply, comprising heating the fluid by converting electrical energy into heat, implemented by directly contacting the fluid with a heating element placed inside the housing, in which the heated fluid fed into the collector of an electric heater and through its perforation, the flow is directed into the housing by a radially heating element , Washing the surface, and the heated liquid is removed from the heater (Russian Federation Patent 2152565 VI, 1998). Moreover, according to the invention, the speed of the flow directed to the heating element is set to a higher average flow rate in the total volume of the device, forming a zone of increased circulation in the space bounded by the collector and the heating element, providing bubble boiling of the liquid in the grooves of the heating element and the removal of bubbles outside it.

Недостатком известного спссоба также является его низкая эффективность за счет образуемой накипи, хотя процесс накипеобразования осуществляется более замедленно, чем в рассмотренном аналоге. Это обусловлено сокращением массообмена в общем объеме жидкости по сравнению с ранее рассмотренным аналогом, однако накипеобразование все-таки происходит из-за непосредственного контактирования жидкости с нагревательным элементом.A disadvantage of the known method is also its low efficiency due to the formed scale, although the scale formation process is carried out more slowly than in the considered analogue. This is due to a reduction in mass transfer in the total volume of the liquid in comparison with the previously considered analogue, however, scale formation nevertheless occurs due to direct contact of the liquid with the heating element.

Данная проблема решена в заявляемом способе нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения, включающем нагрев жидкости за счет преобразования электрической энергии в тепловую, в котором в качестве нагревательного элемента используют источник СВЧизлучения, размещенный в камере с наружной стороны части трубопроводной системы с проточной жидкостью, при этом внутренние стенки части трубопроводной системы с проточной жидкостью в области размещения указанного источника излучения выполняют из материала, свободно пропускающего СВЧ-излучение, например из жаропрочного стекла, а корпус камеры выполняют из материала, который не пропускает наружу СВЧ-излучение, например из металла, причем в местах подключения к камере подводящего и отводящего трубопроводов, поперек направления движения жидкости устанавливают металлические сетки, размеры ячеек которых меньше длины используемой СВЧ-волны.This problem is solved in the claimed method of heating the flowing fluid in the pipelines of heating systems of buildings and water supply, including heating the fluid by converting electrical energy into heat, in which the microwave element is used as a heating element, placed in the chamber on the outside of the part of the pipeline system with flowing fluid while the inner walls of the part of the pipeline system with flowing fluid in the area of the location of the specified radiation source is made of material a, freely transmitting microwave radiation, for example, from heat-resistant glass, and the camera body is made of a material that does not pass microwave radiation, for example, from metal, and metal mesh is installed across the direction of fluid flow in the places where the supply and exhaust pipelines are connected to the camera whose cell sizes are less than the length of the used microwave wave.

Устройство, реализующее заявляемый способ, изображено на чертеже.A device that implements the inventive method is shown in the drawing.

При реализации заявляемого способа источник СВЧ-излучения, применяемый в качестве нагревательного элемента, размещают с наружной стороны части трубопроводной системы с проточной жидкостью, что предотвращает непосредственный его контакт с жидкостью и образование накипи на его поверхности. В данном случае внутренние стенки части трубопроводной системы с проточной жидкостью изготавливают из материала, свободно пропускающего СВЧ-волны, например из жаропрочного стекла, фарфора и др. Благодаря этому сверхвысокочастотные волны, испускаемые излучателем источника СВЧизлучения - магнетрона, покинув волновод, в камере проходят через внутренние стенки части трубопроводной системы с проточной жидкостью и оказывают тепловое воздействие на молекулы жидкости. В дальнейшем под действием СВЧ-излучения происходит интенсивное взаимодействие между собой дипольных молекул жидкости. Поскольку молекулы всех жидкостей являются дипольными, то в результате влияния СВЧ-волн, за счет усиления трения молекул повышается температура проточной жидкости. С учетом того, что СВЧ-волны воздействуют только на поверхностные слои жидкости, часть трубопроводной системы с проточной жидкостью в области размещения источника СВЧ-излучения изготавливают с увеличенной площадью поверхности внутренних стенок для обеспечения лучшего поглощения жидкостью энергии СВЧ-излучения. Температуру проточной жидкости регулируют с помощью блока управления путем изменения энергии излучения с учетом рабочей мощности источника СВЧ-излучения, а также объема, скорости течения и исходной температуры нагреваемой жидкости.When implementing the proposed method, the microwave source used as a heating element is placed on the outside of the pipeline system with flowing liquid, which prevents its direct contact with the liquid and the formation of scale on its surface. In this case, the inner walls of the part of the pipeline system with flowing liquid are made of a material that freely transmits microwave waves, for example, heat-resistant glass, porcelain, etc. Due to this, the microwave waves emitted by the emitter of the microwave source - the magnetron, leaving the waveguide, pass through the internal the walls of the part of the pipeline system with flowing fluid and have a thermal effect on the liquid molecules. Subsequently, under the influence of microwave radiation, an intense interaction between the dipole liquid molecules takes place. Since the molecules of all liquids are dipole, as a result of the influence of microwave waves, due to increased friction of the molecules, the temperature of the flowing fluid rises. Taking into account the fact that microwave waves act only on the surface layers of a liquid, a part of the pipeline system with flowing liquid in the region where the microwave radiation source is located is made with an increased surface area of the inner walls to provide better absorption of microwave energy by the liquid. The temperature of the flowing fluid is controlled using the control unit by changing the radiation energy, taking into account the operating power of the microwave radiation source, as well as the volume, flow velocity and initial temperature of the heated fluid.

Свойство СВЧ-волн быстро обогревать жидкость и продукты питания широко применяется в народном хозяйстве, например, для нагрева жидкости или сушки мокрой продукции в различных сферах экономики, в том числе для приготовления и размораживания пищи в микроволновых печах. ОднакоThe property of microwave waves to quickly heat liquids and food products is widely used in the national economy, for example, for heating liquids or drying wet products in various sectors of the economy, including the preparation and thawing of food in microwave ovens. but

- 1 014751 использование этих волн в других целях, существенно отличающихся от их назначения в вышеназванных устройствах, в частности для обеспечения безопасного нагрева проточной жидкости в трубопроводах с водой систем горячего водоснабжения, отопления зданий и другого назначения, включая стиральные машины с автоматическим подогревом воды, позволит решить проблему, которая имеет место при реализации известных способов нагрева проточной жидкости из-за недостаточной эффективности работы в них нагревательных элементов, непосредственно контактирующих с движущейся жидкостью.- 1 014751 the use of these waves for other purposes that differ significantly from their purpose in the above-mentioned devices, in particular, to ensure safe heating of flowing fluid in pipelines with water from hot water supply systems, heating buildings and other purposes, including washing machines with automatic water heating, will allow solve the problem that occurs when implementing the known methods of heating the flowing fluid due to the insufficient efficiency of the heating elements in them, directly to interacting with a moving fluid.

Для защиты людей от СВЧ-излучения, а также с целью эффективного использования его энергии корпус камеры, в которой происходит нагрев жидкости, изготавливают из материала, не пропускающего наружу сверхвысокочастотные волны, например из нержавеющей стали, алюминия и др.To protect people from microwave radiation, as well as to efficiently use its energy, the camera body, in which the liquid is heated, is made of a material that does not transmit microwave waves, for example, stainless steel, aluminum, etc.

Поскольку устройство, реализующее заявляемый способ, является открытым для движущейся жидкости, то в местах подключения к его камере подводящего и отводящего трубопроводов в целях безопасности людей устанавливают металлические сетки, которые пропускают нагреваемую жидкость, но отражают СВЧ-излучение. При этом размеры ячеек сеток должны быть меньше длины используемой СВЧволны, что предотвратит выход наружу сверхвысокочастотных волн через места подключения трубопроводов к камере, например, в случае применения неметаллических трубопроводов и значительного снижения уровня жидкости в них.Since the device that implements the inventive method is open to a moving fluid, in the places where the supply and outlet pipelines are connected to its chamber, for the safety of people, metal grids are installed that pass the heated fluid but reflect microwave radiation. At the same time, the mesh cell sizes should be less than the length of the microwave wave used, which will prevent microwave waves from escaping through the connection points of the pipelines to the chamber, for example, in the case of non-metallic pipelines and a significant decrease in the liquid level in them.

Если к камере устройства с корпусом из материала, не пропускающего СВЧ-излучение, например из металла, подключить трубопроводы через отверстия в корпусе, диаметр которых меньше длины используемой СВЧ-волны, то через такие отверстия СВЧ-излучение не проходит и установка сеток не требуется.If pipelines are connected to the device’s chamber with a housing made of a material that does not transmit microwave radiation, such as metal, through openings in the housing whose diameter is less than the length of the used microwave wave, then microwave radiation does not pass through such openings and installation of grids is not required.

В устройстве для реализации заявляемого способа наиболее эффективно могут использоваться СВЧ-волны миллиметрового, сантиметрового или дециметрового диапазона.In the device for implementing the proposed method, microwave waves of millimeter, centimeter or decimeter range can be most effectively used.

Claims

A method for heating a flowing fluid in pipelines of heating systems of buildings and water supply, comprising heating a fluid by converting electrical energy into heat, characterized in that a microwave source is used as a heating element, placed in the chamber on the outside of the part of the piping system with flowing fluid, wherein the inner walls of the part of the pipeline system with flowing fluid in the area of the location of the specified radiation source is made of a material that freely o microwave radiation, for example from heat-resistant glass, and the camera body is made of a material that does not let microwave radiation out, for example from metal, and in the places where the supply and outlet pipelines are connected to the camera, metal grids are installed in the direction of the fluid flow, the mesh sizes of which are smaller microwave wavelength used.