Устройство для нагревания жесткой воды
Владельцы патента RU 2523592:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ангарская государственная техническая академия" (RU)
Изобретение относится к устройствам для нагрева жесткой воды с помощью электроэнергии. Задачей изобретения является разработка устройства для нагрева жесткой воды, которое позволит снизить или исключить образование накипи, а именно снизить перегрев воды у греющей поверхности. При этом нагреватель должен эффективно передавать тепловую энергию воде, быть технологичным в изготовлении и иметь высокий кпд, и питаться от электросети общего назначения без дополнительных преобразователей. Поставленные задачи решаются разработкой конструкции нагревателя, позволяющей нагревающей поверхности совершать колебательные движения за счет соленоида, встроенного в нагреватель, соленоид питается от общей сети электропитания, нагревательная поверхность опирается на корпус соленоида через упругие подвесы, позволяющие этой поверхности совершать колебательные движения относительно корпуса соленоида. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам для нагрева жесткой воды с помощью электроэнергии.
Уровень техники
Аналогом предлагаемого устройства является изобретение (RU 2005118148), представляющее собой парогенерирующее устройство, содержащее основной корпус, имеющий образованный в нем канал подачи пара, нагреватель, встроенный в основной корпус, для нагревания основного корпуса для нагрева воды, протекающей по каналу подачи пара, и регулирующий подачу воды клапан, установленный на входе канала подачи пара. Дополнительно содержащее некогезионное покрытие, образованное на внутренней поверхности канала подачи пара для предотвращения образования накипи в канале подачи пара.
Достоинство описанного устройства состоит в отсутствии возможности накипи отлагаться на нагревательной поверхности.
Недостатком устройства является нетехнологичность его изготовления, а также сложность в эксплуатации и профилактике.
Прототипом предложенного устройства является изобретение (RU 2002103138), предназначенное для предотвращения образования накипи, содержащее подключенный к генератору импульсов излучатель в виде соленоида и подвижного ферромагнитного сердечника, при этом постоянные магниты, установленные на направляющих соленоида и сердечнике, обращены друг к другу одноименными полюсами, отличающееся тем, что корпус устройства снабжен вентилем для создания вакуума внутри корпуса соленоида.
Достоинство описанного устройства состоит в повышении эффективности тепловых конвективных процессов, протекающих у поверхности теплообмена.
Недостатком способа является то, что источник колебаний требует особого генератора импульсов, что усложняет изготовление устройства и его эксплуатацию.
В устройствах для нагрева воды, известных ранее, часто происходит перегрев жесткой воды для интенсификации теплопередачи, что приводит и к повышенной скорости образования накипи.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка устройства для нагрева жесткой воды, которое позволит снизить или исключить образование накипи, а именно снизить перегрев воды у греющей поверхности. При этом нагреватель должен эффективно передавать тепловую энергию воде, быть технологичным в изготовлении и иметь высокий КПД, и питаться от электросети общего назначения без дополнительных преобразователей. Задача решается в устройстве для нагревания жесткой воды, не образующем накипи и содержащем омический нагреватель. Нагревающая поверхность совершает колебательные движения за счет соленоида, встроенного непосредственно в нагреватель, при этом электропитание нагревателя осуществляется по электропроводу, который встроен внутри упругих подвесов нагревающей пластины, нагревающая пластина опирается на корпус соленоида через упругие подвесы, нагреватель крепится к стенке аппарата через круглое отверстие посредством гайки, внутри нагревающей пластины имеется стальной сердечник, который является ярмом-приводом и крепежной базой для резьбового крепления колеблющейся части нагревателя к неподвижной его части.
Предлагаемое устройство для нагревания воды состоит из омического нагревателя 1 (фиг.1), который установлен в пластине 2, изготовленной из (например) алюминиевого сплава. Электропитание нагревателя 1 осуществляется по электропроводу 3, который встроен внутри упругих подвесов 5. Пластина 2 опирается на корпус соленоида 4 через упругие подвесы 5. Нагреватель крепится к стенке аппарата 6 через круглое отверстие посредством гайки 7. Внутри пластины 2 Имеется стальной сердечник 8, который является ярмом-приводом и крепежной базой для резьбового соединения 9. Соленоид состоит из наборного сердечника 11 и обмотки 10. Питание нагревателя осуществляется через встроенные контакты 12. Уплотнение аппарата осуществляется через упругое кольцо 13.
Работа нагревателя осуществляется следующим образом.
На контакты 12 подают электрическое питание переменным током (например от общей промышленной сети - 220 В, 50 Гц), по электропроводам 3 питаются соленоид и нагревательный элемент 1, при этом нагревательный элемент 1 нагревается до заданной температуры, передает тепловую энергию стенке пластины 2, а от стенки пластины нагревается вода 14.
Соленоид, в соответствие с частотой питающего тока, притягивает и освобождает сердечник 8, который в данном случае является ярмом-приводом. Поскольку пластина 2 опирается на корпус соленоида через упругие подвесы 5, то она совершает колебательные движения в направлении стрелок (Фиг.1), для чего предусмотрен зазор 15 между пластиной и корпусом соленоида. В результате колебательного движения пластины в зоне касания нагретой пластины и воды создаются конвективные потоки воды, которые интенсифицируют теплообмен, при этом вода не перегревается, также снижая скорость образования накипи. Те же конвективные потоки динамически препятствуют когезии образовавшейся накипи на нагревательной поверхности.
Наличие конвективных потоков от поверхности, совершающей в жидкости колебательные движения, доказано нами экспериментально. Так, на фиг.2 видно, что при вибрации плоской поверхности в жидкости образуются потоки (направления движения жидкости обозначены стрелками), направленные от колеблющейся поверхности. Забор жидкости при этом происходит с краев диска, вызывая тем самым тангенциальные течения непосредственно у твердой поверхности. Эти течения способствуют обновлению жидкости у теплопередающей поверхности, что увеличивает коэффициент теплоотдачи и снижает температуру поверхности.
При реализации изобретения могут быть получены следующие результаты:
1. Повышается коэффициент теплоотдачи, т.е. интенсифицируется процесс теплообмена.
2. Снижается перегрев воды у греющей поверхности, что уменьшает образование накипи.
3. Развитая кинетика вблизи греющей поверхности ухудшает условия кристаллизации накипи, т.е. снижает ее образование.
4. Нагреватель прост и технологичен в изготовлении, имеет высокий КПД, поскольку не требует отдельного генератора колебаний, может быть легко установлен вместо применяемого ранее ТЭНа без существенного изменения конструкции аппарата.
Краткое описание прилагаемых фигур
На фигуре 1 изображен схематичный разрез предлагаемого нагревателя.
На фигуре 2 приведен фотоснимок, выполненный в ходе эксперимента с колеблющимся диском.
Устройство для нагревания жесткой воды, не образующее накипи, содержащее омический нагреватель, отличающееся тем, что нагревающая поверхность совершает колебательные движения за счет соленоида, встроенного непосредственно в нагреватель, при этом электропитание нагревателя осуществляется по электропроводу, который встроен внутри упругих подвесов нагревающей пластины, нагревающая пластина опирается на корпус соленоида через упругие подвесы, нагреватель крепится к стенке аппарата через круглое отверстие посредством гайки, внутри нагревающей пластины имеется стальной сердечник, который является ярмом-приводом и крепежной базой для резьбового крепления колеблющейся части нагревателя к неподвижной его части.
