MD1892Z

MD1892Z - Steam generator heat exchanger

Info

Publication number: MD1892Z
Application number: MDS20240105A
Authority: MD
Inventors: Владимир УЛЬЯНОВСКИЙ
Original assignee: УЛЬЯНОВСКИЙ Анастасия
Priority date: 2024-11-01
Filing date: 2024-11-01
Publication date: 2026-02-28
Also published as: MD1892Y

Abstract

Invenţia se referă la schimbătoare de căldură, şi poate fi utilizată în termoenergetică şi alte domenii ale tehnicii pentru încălzirea lichidelor şi generarea aburului concomitent cu ajutorul surselor de căldură electrice.Schimbătorul de căldură, conform invenţiei, conţine un corp metalic (1) cu canale pentru lichid A, B, C, D, E, F, pe părţile laterale opuse ale căruia sunt montate ţevi de evacuare a lichidului încălzit (11), un modul metalic (2) cu o ţeavă de evacuare a lichidului încălzit (11), şi un generator de abur H. Modulul metalic (2) este dotat cu o mufă (13), în care este instalat un încălzitor electric (9) cu contacte (10), şi unit printr-o ţeavă intermediară pentru lichid încălzit (12) cu corpul metalic (1). Generatorul de abur H conţine o cameră termică (3), în care este montată o cămaşă termică (5) cu suprafaţa exterioară în formă de spirală, în interiorul căreia este amplasat un încălzitor electric (9) cu contacte (10). Camera termică (3) este unită cu una din ţevile de evacuare a lichidului încălzit (11) ale corpului metalic (1), cealaltă fiind de rezervă, iar la ieşire din camera termică (3) este montat un racord de evacuare a aburului (14).The invention relates to heat exchangers, and can be used in thermoenergetics and other fields of technology for heating liquids and generating steam simultaneously with the help of electric heat sources. The heat exchanger, according to the invention, contains a metal body (1) with liquid channels A, B, C, D, E, F, on the opposite sides of which heated liquid discharge pipes (11) are mounted, a metal module (2) with a heated liquid discharge pipe (11), and a steam generator H. The metal module (2) is equipped with a socket (13), in which an electric heater (9) with contacts (10) is installed, and connected by an intermediate pipe for heated liquid (12) to the metal body (1). The steam generator H contains a thermal chamber (3), in which a thermal jacket (5) with a spiral-shaped outer surface is mounted, inside which an electric heater (9) with contacts (10) is located. The thermal chamber (3) is connected to one of the heated liquid discharge pipes (11) of the metal body (1), the other being a spare, and at the outlet of the thermal chamber (3) a steam discharge connection (14) is mounted.

Description

[0001] Invenţia se referă la schimbătoare de căldură, şi poate fi utilizată în termoenergetică şi alte domenii ale tehnicii pentru încălzirea lichidelor şi generarea aburului concomitent cu ajutorul surselor de căldură electrice.[0001] The invention relates to heat exchangers, and can be used in thermoenergetics and other fields of technology for heating liquids and generating steam simultaneously using electrical heat sources.

[0002] Este cunoscut un schimbător de căldură convectiv, care conţine un corp executat cu două canale - descendent cu o zonă de admisie a căldurii şi ascendent cu o zonă de evacuare a căldurii, în care sunt amplasaţi electrozi, conectaţi la o sursă exterioară de tensiune înaltă [1].[0002] A convective heat exchanger is known, which contains a body made with two channels - downward with a heat intake zone and upward with a heat exhaust zone, in which electrodes are placed, connected to an external high voltage source [1].

[0003] Dezavantajele acestui schimbător de căldură constau în necesitatea unei surse exterioare de tensiune înaltă, necesitatea prezenţei unor conductoare de racordare şi a convertizoarelor de tensiune joasă şi înaltă. Ca rezultat, acest schimbător de căldură nu este rentabil în ceea ce priveşte consumul de energie şi randamentul de lucru al acestuia.[0003] The disadvantages of this heat exchanger are the need for an external high voltage source, the need for connecting conductors and low and high voltage converters. As a result, this heat exchanger is not cost-effective in terms of energy consumption and its working efficiency.

[0004] Cea mai apropiată soluţie prezintă un schimbător de căldură, care conţine un corp metalic cu canale pentru lichid A, B, C, D, E, F, un orificiu înfundat şi orificii tehnologice. În canalul A este montat un racord de alimentare, în canalul F este montat un racord de evacuare, în canalele B şi C sunt instalate cămăşi termice cu suprafaţa exterioară în formă de spirală. Canalul A este unit cu canalul B prin canalul D, iar canalul B este unit cu canalul C prin canalul E, cu formarea orificiilor tehnologice, închise cu dopuri. În cămăşile termice şi în orificiul înfundat sunt instalate încălzitoare electrice cu contacte [2].[0004] The closest solution presents a heat exchanger, which contains a metal body with channels for liquid A, B, C, D, E, F, a dead end and technological holes. In channel A a supply connection is mounted, in channel F an exhaust connection is mounted, in channels B and C thermal jackets with a spiral-shaped outer surface are installed. Channel A is connected to channel B through channel D, and channel B is connected to channel C through channel E, with the formation of technological holes, closed with plugs. In the thermal jackets and in the dead end are installed electric heaters with contacts [2].

[0005] Dezavantajele acestui schimbător de căldură constau în limitarea utilizării, cauzată de construcţia specifică a acestuia, care permite de a obţine doar apă caldă, nu şi abur, ce poate fi obţinut din aceasta. Totodată, apa caldă din acest schimbător de căldură poate fi preluată doar printr-un singur canal la ieşire, ceea ce diminuează considerabil posibilitatea conectării concomitente a acestuia din diferite părţi la mai mulţi consumatori. De asemenea, acest schimbător de căldură nu este prevăzut cu sensori de temperatură pe corpul acestuia, ceea ce presupune lipsa controlului procesului termic de încălzire a apei, ceea ce conduce la micşorarea duratei de funcţionare a încălzitorului electric, întrucât acesta nu este controlat pentru a menţine o valoare stabilită a temperaturii şi funcţionează la putere maximă în regim continuu pe tot parcursul procesului. Aceasta conduce la mărirea consumului de energie şi, respectiv, a cheltuielilor per unitate de volum de apă încălzită.[0005] The disadvantages of this heat exchanger consist in the limitation of use, caused by its specific construction, which allows to obtain only hot water, not steam, which can be obtained from it. At the same time, hot water from this heat exchanger can be taken only through a single channel at the outlet, which considerably reduces the possibility of its simultaneous connection from different sides to several consumers. Also, this heat exchanger is not provided with temperature sensors on its body, which implies the lack of control of the thermal process of heating water, which leads to a decrease in the operating time of the electric heater, since it is not controlled to maintain a set temperature value and operates at maximum power in continuous mode throughout the process. This leads to an increase in energy consumption and, respectively, in costs per unit volume of heated water.

[0006] Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în sporirea eficienţei transferului de căldură de la încălzitorul electric către lichid, prin utilizarea unei construcţii de gabarit reduse şi consum de energie scăzut, de asemenea, posibilitatea obţinerii lichidului încălzit concomitent cu generarea aburului, sporind multifuncţionalitatea dispozitivului, şi posibilitatea utilizării acestuia în mai multe scopuri.[0006] The technical problem solved by the present invention consists in increasing the efficiency of heat transfer from the electric heater to the liquid, by using a construction with reduced dimensions and low energy consumption, also the possibility of obtaining heated liquid simultaneously with steam generation, increasing the multifunctionality of the device, and the possibility of using it for multiple purposes.

[0007] Problema se rezolvă prin aceea că schimbătorul de căldură cu generator de abur conţine un corp metalic cu canale pentru lichid A, B, C, D, E, F, pe părţile laterale opuse ale căruia sunt montate ţevi de evacuare a lichidului încălzit, un modul metalic cu o ţeavă de evacuare a lichidului încălzit, şi un generator de abur H; în canalul A este montată o ţeavă de alimentare cu lichid rece, în canalul B este montată o cămaşă termică cu suprafaţa exterioară în formă de spirală, în canalul C este montat un capac, canalul A este unit cu canalul B prin canalul D, iar canalul B este unit cu canalul C prin canalul E, cu formarea unor orificii tehnologice, închise cu dopuri, totodată în canalul F şi în cămaşa termică sunt instalate încălzitoare electrice cu contacte; modulul metalic este dotat cu o mufă, în care este instalat un încălzitor electric cu contacte, şi unit printr-o ţeavă intermediară pentru lichid încălzit cu corpul metalic, formând în interior un canal G; generatorul de abur H conţine o cameră termică, în care este montată o cămaşă termică cu suprafaţa exterioară în formă de spirală, în interiorul căreia este amplasat un încălzitor electric cu contacte, totodată camera termică este unită cu una din ţevile de evacuare a lichidului încălzit ale corpului metalic, cealaltă fiind de rezervă, iar la ieşire din camera termică este montat un racord de evacuare a aburului; corpul metalic şi camera termică sunt dotate cu câte doi sensori de temperatură, iar modulul metalic este dotat cu un singur sensor de temperatură.[0007] The problem is solved by the fact that the heat exchanger with steam generator contains a metal body with channels for liquid A, B, C, D, E, F, on the opposite sides of which pipes for discharging the heated liquid are mounted, a metal module with a pipe for discharging the heated liquid, and a steam generator H; in channel A a cold liquid supply pipe is mounted, in channel B a thermal jacket with a spiral-shaped outer surface is mounted, in channel C a cover is mounted, channel A is connected to channel B through channel D, and channel B is connected to channel C through channel E, with the formation of technological holes, closed with plugs, at the same time in channel F and in the thermal jacket electric heaters with contacts are installed; the metal module is equipped with a socket, in which an electric heater with contacts is installed, and connected by an intermediate pipe for heated liquid to the metal body, forming a channel G inside; the steam generator H contains a thermal chamber, in which a thermal jacket with a spiral-shaped outer surface is mounted, inside which an electric heater with contacts is located, at the same time the thermal chamber is connected to one of the heated liquid exhaust pipes of the metal body, the other being a spare, and at the exit of the thermal chamber a steam exhaust connection is mounted; the metal body and the thermal chamber are equipped with two temperature sensors each, and the metal module is equipped with a single temperature sensor.

[0008] Avantajele invenţiei constau în următoarele.The advantages of the invention consist of the following.

[0009] Schimbătorul de căldură cu generator de abur asigură sporirea eficienţei transferului de căldură de la încălzitorul electric către lichid prin utilizarea unei construcţii de gabarit reduse şi consum de energie scăzut datorită sensorilor de temperatură, care controlează valoarea acesteia pe parcursul procesului, de asemenea, posibilitatea obţinerii lichidului încălzit concomitent cu generarea aburului, care conduce la multifuncţionalitatea dispozitivului şi oferă posibilitatea utilizării acestuia în mai multe scopuri. Totodată, schimbătorul de căldură este dotat cu două ţevi de evacuare a lichidului încălzit, ceea ce dă posibilitate utilizării acestuia pentru alimentarea concomitentă a doi consumatori. De asemenea, grosimea redusă a stratului de lichid, ce cuprinde cămaşa termică în timpul deplasării sale prin corpul schimbătorului de căldură dar şi a generatorului de abur, permite eficientizarea transferului de căldură pentru un diapazon relativ de larg a debitului de lichid, astfel ca la ieşire din sistem să fie obţinut concomitent abur şi lichid încălzit. Totodată, suprafaţa exterioară a cămaşelor termice atât din schimbătorul de căldură, cât şi din generatorul de abur permite de a mări distanţa parcursă de către lichid în interiorul acestora, întrucât suprafaţa este riflată în formă de spirală. Aceasta conduce la încălzirea rapidă a lichidului şi micşorarea consumului de energie în decursul procesului. De asemenea, pentru mărirea randamentului de lucru al schimbătorului de căldură cu generator de abur, se efectuează încălzirea preventivă a lichidului de către primul încălzitor electric, după care încălzirea definitivă este asigurată de celelalte încălzitoare electrice.[0009] The heat exchanger with steam generator ensures increased efficiency of heat transfer from the electric heater to the liquid by using a small-sized construction and low energy consumption due to temperature sensors, which control its value during the process, as well as the possibility of obtaining heated liquid simultaneously with steam generation, which leads to the multifunctionality of the device and provides the possibility of its use for several purposes. At the same time, the heat exchanger is equipped with two pipes for discharging the heated liquid, which makes it possible to use it for simultaneous supply of two consumers. Also, the reduced thickness of the liquid layer, which encompasses the thermal jacket during its movement through the body of the heat exchanger but also of the steam generator, allows for the efficiency of heat transfer for a relatively wide range of liquid flow rates, so that at the exit from the system steam and heated liquid are obtained simultaneously. At the same time, the outer surface of the thermal jackets in both the heat exchanger and the steam generator allows to increase the distance traveled by the liquid inside them, since the surface is corrugated in a spiral shape. This leads to rapid heating of the liquid and reduction of energy consumption during the process. Also, to increase the working efficiency of the heat exchanger with steam generator, preventive heating of the liquid is carried out by the first electric heater, after which the final heating is provided by the other electric heaters.

[0010] Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-7, care reprezintă:[0010] The invention is explained by the drawings in Fig. 1-7, which represent:

[0011] - fig. 1, vederea 3D generală din dreapta a schimbătorului de căldură cu generator de abur;[0011] - Fig. 1, general 3D right view of the heat exchanger with steam generator;

[0012] - fig. 2, vederea 3D generală din stânga a schimbătorului de căldură cu generator de abur;[0012] - Fig. 2, general 3D left view of the heat exchanger with steam generator;

[0013] - fig. 3, vederea 3D de ansamblu cu corpul metalic în secţiune transparentă;[0013] - Fig. 3, 3D overall view with the metallic body in transparent section;

[0014] - fig. 4, vederea 3D a corpului metalic în secţiune;[0014] - Fig. 4, 3D view of the metal body in section;

[0015] - fig. 5, vederea 3D de ansamblu cu modulul metalic în secţiune transparentă;[0015] - Fig. 5, 3D overall view with the metallic module in transparent section;

[0016] - fig. 6, vederea 3D de ansamblu cu generatorul de abur în secţiune transparentă;[0016] - Fig. 6, 3D overall view with the steam generator in transparent section;

[0017] - fig. 7, vederea 3D a camerei termice în secţiune.[0017] - Fig. 7, 3D view of the thermal camera in section.

[0018] Schimbătorul de căldură cu generator de abur (fig. 1-7) conţine corpul metalic 1 cu canalele pentru lichid A, B, C, D, E, F, pe părţile laterale opuse ale căruia sunt montate ţevile de evacuare a lichidului încălzit 11, modulul metalic 2 cu ţeava de evacuare a lichidului încălzit 11, şi generatorul de abur H. În canalul A este montată ţeava de alimentare cu lichid rece 4, în canalul B este montată cămaşa termică 5 cu suprafaţa exterioară în formă de spirală, în canalul C este montat capacul 6, canalul A este unit cu canalul B prin canalul D, iar canalul B este unit cu canalul C prin canalul E, cu formarea orificiilor tehnologice 7, închise cu dopurile 8. În canalul F şi în cămaşa termică 5 sunt instalate încălzitoare electrice 9 cu contactele 10. Modulul metalic 2 este dotat cu mufa 13, în care este instalat încălzitorul electric 9 cu contactele 10, şi unit prin ţeava intermediară pentru lichid încălzit 12 cu corpul metalic 1, formând în interior canalul G. Generatorul de abur H conţine camera termică 3, în care este montată cămaşa termică 5 cu suprafaţa exterioară în formă de spirală, în interiorul căreia este amplasat încălzitorul electric 9 cu contactele 10. Camera termică 3 este unită cu una din ţevile de evacuare a lichidului încălzit 11 ale corpului metalic 1, cealaltă fiind de rezervă, iar la ieşire din camera termică 3 este montat racordul de evacuare a aburului 14. Corpul metalic 1 şi camera termică 3 sunt dotate cu câte doi sensori de temperatură 15, iar modulul metalic 2 este dotat cu un singur sensor de temperatură 15.[0018] The heat exchanger with steam generator (fig. 1-7) contains the metal body 1 with the liquid channels A, B, C, D, E, F, on the opposite sides of which the heated liquid discharge pipes 11 are mounted, the metal module 2 with the heated liquid discharge pipe 11, and the steam generator H. In the channel A, the cold liquid supply pipe 4 is mounted, in the channel B, the thermal jacket 5 with the outer surface in the form of a spiral is mounted, in the channel C, the cover 6 is mounted, the channel A is connected to the channel B through the channel D, and the channel B is connected to the channel C through the channel E, with the formation of technological holes 7, closed with plugs 8. In the channel F and in the thermal jacket 5, electric heaters 9 with contacts 10 are installed. The metal module 2 is equipped with the plug 13, in which the electric heater 9 with contacts 10 is installed, and connected through the intermediate pipe for heated liquid 12 with the metal body 1, forming the channel G inside. The steam generator H contains the thermal chamber 3, in which the thermal jacket 5 with the outer surface in the form of a spiral is mounted, inside which the electric heater 9 with contacts 10 is located. The thermal chamber 3 is connected to one of the heated liquid discharge pipes 11 of the metal body 1, the other being a spare, and at the exit of the thermal chamber 3 the steam discharge connection 14 is mounted. The metal body 1 and the thermal chamber 3 are each equipped with two temperature sensors 15, and the metal module 2 is equipped with a single temperature sensor 15.

[0019] Schimbătorul de căldură cu generator de abur funcţionează în modul următor.[0019] The steam generator heat exchanger operates in the following manner.

[0020] Iniţial, alimentarea cu lichid are loc prin ţeava de alimentare 4, montată în canalul A, unde prin intermediul corpului metalic 1, are loc preîncălzirea lichidului cu ajutorul încălzitorului electric 9, montat în canalul F. Ulterior, lichidul nimereşte prin canalul D în canalul B, unde se află cămaşa termică 5, în care este montat încălzitorul electric 9, conectat la reţea prin intermediul contactelor 10. Datorită suprafeţei exterioare în formă de spirală a cămaşei termice 5 şi a spaţiului mic cuprins între aceasta şi canalul B, lichidul este încălzit foarte rapid.[0020] Initially, the liquid is supplied through the supply pipe 4, mounted in channel A, where, through the metal body 1, the liquid is preheated using the electric heater 9, mounted in channel F. Subsequently, the liquid enters through channel D into channel B, where the thermal jacket 5 is located, in which the electric heater 9 is mounted, connected to the network via contacts 10. Due to the spiral-shaped outer surface of the thermal jacket 5 and the small space between it and channel B, the liquid is heated very quickly.

[0021] Apoi, lichidul prin canalul E trece în canalul C, în partea de sus a căruia este montat capacul 6, după ce lichidul este evacuat prin ţevile de evacuare 11, montate lateral şi ţeava intermediară 12, racordată la modulul metalic 2, prevăzut în interior cu canalul G, unde are loc încălzirea finală a lichidului datorită încălzitorului electric 9, amplasat în mufa 13, şi ulterior, lichidul este evacuat prin ţeava de evacuare 11.[0021] Then, the liquid through the channel E passes into the channel C, on the top of which the cover 6 is mounted, after the liquid is discharged through the discharge pipes 11, mounted laterally and the intermediate pipe 12, connected to the metal module 2, provided inside with the channel G, where the final heating of the liquid takes place thanks to the electric heater 9, located in the socket 13, and subsequently, the liquid is discharged through the discharge pipe 11.

[0022] Alimentarea cu lichid a camerei termice 3 a generatorului de abur H are loc printr-o ţeavă de evacuare 11, prin care circulă lichidul încălzit din corpul metalic 1, iar cealaltă ţeavă de evacuare 11, montată lateral opus pe corpul metalic 1, este de rezervă, pentru a fi utilizată în scopuri de alimentare cu lichid încălzit, de exemplu, pentru încă un generator de abur H. În camera termică 3 a generatorului de abur H este montată cămaşa termică 5, în interiorul căreia este amplasat încălzitorul electric 9. Datorită suprafeţei exterioare în formă de spirală a camaşei termice 5 şi spaţiului îngust format între aceasta şi camera termică 3, dar şi a lichidului încălzit preventiv în corpul metalic 1, are loc generarea foarte rapidă a aburului, astfel încât la intrare în generatorul de abur H lichidul se încălzeşte, iar la ieşire, datorită formării presiunii este antrenat către exterior aburul, ce se evacuează prin racordul de evacuare 14.[0022] The liquid supply to the thermal chamber 3 of the steam generator H takes place through an outlet pipe 11, through which the heated liquid from the metal body 1 circulates, and the other outlet pipe 11, mounted on the opposite side of the metal body 1, is a reserve pipe, to be used for the purpose of supplying heated liquid, for example, to another steam generator H. The thermal jacket 5 is mounted in the thermal chamber 3 of the steam generator H, inside which the electric heater 9 is located. Due to the spiral-shaped outer surface of the thermal jacket 5 and the narrow space formed between it and the thermal chamber 3, but also to the pre-heated liquid in the metal body 1, very rapid steam generation takes place, so that at the inlet to the steam generator H the liquid heats up, and at the outlet, due to the pressure build-up, the steam is drawn outwards, which is discharged through the discharge connection. 14.

[0023] Corpul metalic 1 şi camera termică 3 a generatorului de abur H se dotează cu câte doi sensori de temperatură 15, iar modulul metalic 2 se dotează cu un singur sensor de temperatură 15. Canalul D asigură deplasarea lichidului din canalul A în canalul B, iar canalul E asigură deplasarea lichidului din canalul B în canalul C. Pentru un debit sporit de lichid, adăugător este conectat încălzitorul electric 9, montat în mufa 13 a modulului metalic 2. Pe parcursul procesului valoarea temperaturii lichidului este controlată cu ajutorul sensorilor de temperatură 15.[0023] The metal body 1 and the thermal chamber 3 of the steam generator H are equipped with two temperature sensors 15, and the metal module 2 is equipped with a single temperature sensor 15. Channel D ensures the movement of the liquid from channel A to channel B, and channel E ensures the movement of the liquid from channel B to channel C. For an increased liquid flow rate, the electric heater 9 is additionally connected, mounted in the socket 13 of the metal module 2. During the process, the liquid temperature value is controlled using the temperature sensors 15.

[0024] 1. MD 577 Y 2012.12.311. MD 577 Y 2012.12.31

[0025] 2. MD 1785 Y 2024.09.30[0025] 2. MD 1785 Y 2024.09.30

Claims

1. Heat exchanger with steam generator, comprising a metal body (1) with liquid channels A, B, C, D, E, F, on the opposite sides of which heated liquid discharge pipes (11) are mounted, a metal module (2) with a heated liquid discharge pipe (11), and a steam generator H; in channel A a cold liquid supply pipe (4) is mounted, in channel B a thermal jacket (5) with a spiral-shaped outer surface is mounted, in channel C a cover (6) is mounted, channel A is connected to channel B through channel D, and channel B is connected to channel C through channel E, with the formation of technological holes (7), closed with plugs (8), at the same time in channel F and in the thermal jacket (5) electric heaters (9) with contacts (10) are installed; the metal module (2) is equipped with a socket (13), in which an electric heater (9) with contacts (10) is installed, and connected by an intermediate pipe for heated liquid (12) with the metal body (1), forming a channel G inside; the steam generator H contains a thermal chamber (3), in which a thermal jacket (5) with a spiral-shaped outer surface is mounted, inside which an electric heater (9) with contacts (10) is located, at the same time the thermal chamber (3) is connected to one of the heated liquid exhaust pipes (11) of the metal body (1), the other being a spare, and at the exit of the thermal chamber (3) a steam exhaust connection (14) is mounted; the metal body (1) and the thermal chamber (3) are each equipped with two temperature sensors (15), and the metal module (2) is equipped with a single temperature sensor (15).