PL204824B1 - Przepływowy podgrzewacz płynu - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 204824 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 363982 ^{(51) Int.Cl.}

F24H 1/12 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 10.12.2003 (54)

Przepływowy podgrzewacz płynu

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 13.06.2005 BUP 12/05	(76) Uprawniony i twórca wynalazku: Harutyunyan Ashot,Erevan,AM
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(74) Pełnomocnik:
26.02.2010 WUP 02/10	Wojtas-Słodownik Renata, Lex-Pat Biuro Prawno-Patentowe s.c.

PL 204 824 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przepływowy podgrzewacz płynu.

Znane powszechnie przepływowe podgrzewacze wody, produkowane przez wiele światowych elektrotechnicznych firm, jak SIEMENS, ELEKTROLUX, AEG, VALIANT i inne, zawierają komorę grzewczą, wewnątrz której umieszczony jest izolowany elektryczny grzejnik z wysokooporowego stopu. Woda przechodząc przez komorę grzewczą pobiera energie cieplną od grzejnika.

Powyższe rozwiązania maja wprawdzie pewne zalety, jak małe rozmiary przepływowego podgrzewacza wody, niewielki ciężar, szybkie nagrzewanie wody przy niskim natężeniu jej strumienia, łatwość wymiany grzejnika, ale tez posiadają szereg niedogodności: mała powierzchnia kontaktu elementu grzejnego z wodą powoduje konieczność jego pracy w temperaturze znacznie przekraczającej temperaturę ogrzewanej wody. To powoduje krótką żywotność elementu grzejnego i krótki czas ciągłej pracy podgrzewacza. Sprawność i żywotność podgrzewacza jest uzależniona od jakości wody, co ma szczególne znaczenie w konstrukcjach wysokiej mocy (20-30 kW) z otwartym grzejnikiem. Przepływowe podgrzewacze z grzejnikiem miedzianym są wrażliwe na znajdujące się w wodzie jony niektórych metali, wapń i podobne.

Przedstawione wyżej rozwiązania mają tez ścisłe wymagania co do montażu - na przykład przepływowe podgrzewacze firmy STIEBEL ELEKTRON nie mogą być bezpośrednio podłączane do stalowych rur.

Niedogodnością znanych podgrzewaczy małej mocy jest zazwyczaj skompletowanie ich z własnymi bateriami (zaworami), których nie można wymienić na inne. Baterie bowiem muszą być elektrycznie izolowane od komory grzewczej. W przypadku awarii grzejnika tak jak uszkodzenie wewnętrznej izolacji grzałki, uszkodzenie zewnętrznej obudowy grzałki [miedzianej rury] przez różne chemiczne substancje rozpuszczone w wodzie - bateria mogłaby znaleźć się pod niebezpiecznym napięciem, co mogłoby spowodować porażenie prądem.

Zgodnie z wynalazkiem przepływowy podgrzewacz płynu ma postać zespołu hermetycznych komór grzewczych ze stali nierdzewnej stanowiących - jako zwarty obwód elektryczny - wtórne uzwojenie transformatora. Komora grzewcza umieszczona na każdej kolumnie rdzenia transformatora składa się z co najmniej jednej komory grzewczej składowej w kształcie płaskiego prostopadłościanu pustego wewnątrz, z otworem w środku, dla umieszczenia na kolumnie rdzenia transformatora. Każda komora grzewcza składowa umieszczona jest pomiędzy częściami zwoju pierwotnego transformatora, w związku z czym zwój pierwotny podzielony jest równomiernie co najmniej na dwie części. Pomiędzy każdą komorą grzewczą składową a zwojem pierwotnym znajduje się - oprócz izolacji elektrycznej - izolacja termiczna. Liczba komór grzewczych składowych na każdej kolumnie rdzenia jest taka sama.

Wszystkie grzewcze komory połączone są wzajemnie za pomocą rur, szeregowo lub równolegle. Zestaw komór grzewczych przepływowego podgrzewacza posiada rurę wejściową i wyjściową.

Wewnątrz komory grzewczej umieszczone są ewentualnie dodatkowe elementy ze stali nierdzewnej lub - w przypadku medium stanowiącego destylowaną lub gruntowa wodę - z miedzi. Elementy te stanowią równoległe płyty o kształcie podstaw komory grzewczej.

Ewentualnie dodatkowe elementy w przepływowym podgrzewaczu gazu mają postać komórkową.

Przepływowy indukcyjny podgrzewacz płynu według wynalazku ma szereg niewątpliwych zalet, do których należy możliwość ciągłej, nieprzerwanej pracy, ogromna żywotność uwarunkowana jedynie trwałością izolacji elektrycznej transformatora, która przy obecnym poziomie technologicznym wynosi 50-60 lat, jest ekologiczny, nie produkuje odpadów i zanieczyszczeń (jak na przykład gazowe przepływowe podgrzewacze wody), jest obojętny na rodzaj instalacji (jak na przykład oporowe przepływowe podgrzewacze wody). Jedną z najważniejszych zalet przepływowego indukcyjnego podgrzewacza płynu według wynalazku jest jego wysoki stopień bezpieczeństwa - energia do komory grzewczej jest przekazywana wyłącznie przez pole elektromagnetyczne. Spełnienie najwyższych wymagań bezpieczeństwa wynika z samej zasady działania transformatora: komora grzewcza jest uzwojeniem wtórnym transformatora i jest całkowicie izolowana od uzwojenia pierwotnego, a to znaczy że nie ma napięcia pomiędzy komorą grzewczą a fazą, komorą grzewczą a przewodem neutralnym czy uziemieniem. Napięcie na komorze grzewczej jako napięcie wtórnego uzwojenia transformatora jest na poziome od 1 do 5 V w zależności od mocy podgrzewacza.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie w widoku ogólnym rozmieszczenie komór grzewczych przepływowego podgrzewacza jako uzwojenia wtórnego w tradycyjnej konstrukcji trójfazowego transformatora, fig. 2

PL 204 824 B1 przedstawia budowę komory grzewczej, fig. 3, fig. 4 i fig. 5 pokazują schematycznie przykłady połączenia poszczególnych komór grzewczych, umieszczonych na kolumnach rdzenia transformatora, a fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny komory grzewczej. Indukcyjny przepływowy podgrzewacz płynu został zaprojektowany na bazie tradycyjnego transformatora.

Elementem grzewczym w indukcyjnym przepływowym podgrzewaczu jest zespół hermetycznych komór grzewczych ze stali nierdzewnej kwasoodpornej stanowiących zwarty obwód elektryczny - wtórne uzwojenie transformatora. W standardowej konstrukcji trójfazowego transformatora zespół komór grzewczych stanowi trzy komory grzewcze 1 lub wielokrotność trzech komór grzewczych umieszczone w jednakowej liczbie na każdej z trzech kolumn rdzenia transformatora. Komora grzewcza ma kształt płaskiego prostopadłościanu pustego wewnątrz, z otworem 2 w środku, dla umieszczenia na kolumnie rdzenia transformatora. Każda komora grzewcza umieszczona jest pomiędzy częściami zwoju pierwotnego 3 transformatora, w związku z czym każdy zwój pierwotny w pokazanym przykładzie, gdzie na każdej kolumnie rdzenia transformatora znajduje się jedna komora grzewcza, podzielony jest równomiernie na dwie części. Takie rozmieszczenie pozwala na maksymalne wykorzystanie pola elektromagnetycznego. Pomiędzy każdą komora grzewczą składową a zwojem pierwotnym znajduje się izolacja elektryczna i termiczna 4.

Wszystkie komory grzewcze 1 połączone są wzajemnie za pomocą rur 5, szeregowo lub równolegle. Komory te zaopatrzone są ponadto w rurę wejściową 6 i wyjściową 7. W przypadku szeregowego połączenia komór grzewczych rura wejściowa 6 i wyjściowa 7 dołączone są odpowiednio do komór skrajnych. W przypadku równoległego połączenia komór grzewczych, obie rury, wejściowa i wyjściowa połączone są odpowiednio z otworami z przeciwnych stron każdej komory grzewczej.

Wewnątrz komory grzewczej 1 umieszczone są ewentualnie dodatkowe elementy 8 ze stali nierdzewnej lub - w przypadku medium stanowiącego destylowaną lub gruntową wodę - z miedzi. Elementy te stanowią korzystnie równoległe płyty 8 o kształcie podstaw komory grzewczej. Na fig. 2 pokazano budowę komory grzewczej 1 z dodatkowymi elementami 8 i z widocznymi otworami 6' i 71 na rury wejściową i wyjściową, w rozłożeniu równoległym na poszczególne jej elementy: na obudowę komory bez górnej podstawy 11, na elementy grzewcze 8 i na górną podstawę 1\ Ewentualnie dodatkowe elementy w przepływowym podgrzewaczu gazu mają postać komórkową.

Wszystkie elementy składowe komory grzewczej połączone są metodą spawania. Cała energia indukowana na każdej komorze grzewczej 1, jest przetwarzana w ciepło oddawane przepływającemu płynowi.

Dla podgrzewania płynów z małą przewodnością cieplną powierzchnia kontaktu z płynem powinna być duża, a cieplna moc właściwa - mała. Dzięki temu nie ma możliwości przegrzania komory grzewczej, co mogłoby spowodować uszkodzenie samej komory.

Dla indukcyjnego przepływowego podgrzewacza płynu według wynalazku moc właściwa jest w granicach od 7 do 12 W/cm², (dla przepływowych podgrzewaczy oporowych - do 50 W/cm²)

Dla indukcyjnego przepływowego podgrzewacza płynu według wynalazku moc właściwa Δ zespołu komór grzewczych obliczona jest w następujący sposób: Moc ta

Δ = Pⁿ/s gdzie

Pⁿ - moc przypadająca na jedna kolumnę rdzenia transformatora;

Pⁿ = P¹/n gdzie n - liczba kolumn rdzenia transformatora s - powierzchnia wewnętrzna komory, to jest powierzchnia, która ma kontakt z płynem.

P¹ - moc wytwarzana w komorze grzewczej [W]

P¹ = I²r gdzie

I - prąd indukowany na komorze grzewczej [A] r - opór elektryczny komory grzewczej [Ω]

Opór elektryczny komory grzewczej obliczony jest w następujący sposób:

r = S Lśr ρ gdzie

S - przekrój poprzeczny komory [mm²]

Lśr - długość linii średniej komory [m.] ρ - opór właściwy komory grzewczej (stali nierdzewnej) [Ω/m. mm²]

PL 204 824 B1

Dla komory grzewczej indukcyjnego przepływowego podgrzewacza płynu, w środku której umieszczone są dodatkowe elementy grzewcze, moc właściwa Δ obliczona jest w sposób następujący:

Δ = Pⁿ/(s + ks¹) gdzie k - liczba dodatkowych elementów grzewczych s¹ - powierzchnia jednego dodatkowego elementu grzewczego

Przepływowy podgrzewacz płynu został zaprojektowany zwłaszcza dla zastosowań przemysłowych i obiektów o ciągłym zapotrzebowaniu na dużą ilość gorącej wody, takich, jak zakłady produkcyjne, linie technologiczne, przemysł chemiczny, szpitale, hotele, restauracje, stołówki, pralnie, domy jednorodzinne i małe osiedla z systemem centralnego ogrzewania i dystrybucji gorącej wody, oddalone zamieszkałe regiony, gdzie nie ma dostępu do innych źródeł energii oprócz elektrycznej.

Konstrukcja przepływowego podgrzewacza płynu pozwala na podgrzewanie różnego rodzaju płynów, a wiec zastosowanie jego rozszerza się na procesy technologiczne, w których jest potrzeba podgrzania słabych roztworów zasad i kwasów (na przykład w procesie odtłuszczania powierzchni). Ponadto rozwiązanie podgrzewacza według wynalazku znajduje zastosowania do podgrzewania strumienia niepalnego gazu.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przepływowy podgrzewacz płynu, znamienny tym, że zawiera zespół hermetycznych komór (1) ze stali nierdzewnej, każda o kształcie płaskiego prostopadłościanu pustego wewnątrz, z otworem (2) w środku o wymiarach przekroju poprzecznego kolumny rdzenia transformatora, połączonych ze sobą za pomocą rur i połączonych z rurą wejściową i rurą wyjściową, stanowiących wtórne uzwojenie transformatora.
2. 2. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że komora grzewcza umieszczona na każdej kolumnie rdzenia transformatora składa się z co najmniej jednej komory grzewczej (1) składowej.
3. 3. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że komora grzewcza składowa (1) umieszczona jest pomiędzy częściami zwoju pierwotnego (3) transformatora podzielonego równomiernie co najmniej na dwie części.
4. 4. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy każdą komora grzewczą składową (1) a zwojem pierwotnym (3) znajduje się izolacja elektryczna i termiczna (4).
5. 5. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że komory grzewcze (1) połączone są wzajemnie szeregowo.
6. 6. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że komory grzewcze (1) połączone są wzajemnie równolegle.
7. 7. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz komory grzewczej (1) umieszczone są dodatkowe elementy ze stali nierdzewnej.
8. 8. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnątrz komory grzewczej (1) umieszczone są dodatkowe elementy miedziane
9. 9. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowe elementy (8) stanowią równoległe płyty o kształcie podstaw komory grzewczej (1).
10. 10. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 8, znamienny tym, że dodatkowe elementy (8) stanowią równoległe płyty o kształcie podstaw komory grzewczej (1).
11. 11. Przepływowy podgrzewacz według zastrz. 7, znamienny tym, że dodatkowe elementy (8) mają postać komórkową.