EA014751B1 - Способ нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения - Google Patents

Abstract

Способ предназначен для использования в системах горячего водоснабжения, отопления зданий и другого назначения, в которых осуществляется нагрев воды за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Для реализации способа применяют источник СВЧ-излучения, размещенный в камере с наружной стороны части трубопроводной системы с проточной жидкостью, а нагрев проточной жидкости осуществляют с помощью СВЧ-волн, излучаемых источником СВЧ-излучения и оказывающих тепловое воздействие на молекулы нагреваемой жидкости. При этом в целях защиты людей от СВЧ-излучения, а также для эффективного использования его энергии 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 течения жидкости устанавливают металлические сетки, размеры ячеек которых меньше длины используемой СВЧ-волны. Способ позволяет осуществлять быстрый и бесконтактный нагрев проточной жидкости.

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.

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.

Недостатком способа является его низкая эффективность за счет значительного количества накипи, осаждаемой на нагревательном элементе.

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.

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.

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.

Устройство, реализующее заявляемый способ, изображено на чертеже.

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.

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. Однако

- 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.

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.

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.

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.

В устройстве для реализации заявляемого способа наиболее эффективно могут использоваться СВЧ-волны миллиметрового, сантиметрового или дециметрового диапазона.

Claims (1)

1. Способ нагрева проточной жидкости в трубопроводах систем отопления зданий и водоснабжения, включающий нагрев жидкости за счет преобразования электрической энергии в тепловую, отличающийся тем, что в качестве нагревательного элемента используют источник СВЧ-излучения, 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 СВЧизлучение, 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.