RU159480U1 - TWO PHASE HYBRID HEAT GENERATOR - Google Patents

Abstract

1. Двухфазный гибридный теплогенератор, содержащий защитный корпус и внутренний герметичный корпус, вакуумную трубку, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, а также электронагреватель, отличающийся тем, что он дополнен трубопроводом для циркуляции теплоносителя, который смонтирован внутри герметичного корпуса и контактирует с одним торцом вакуумной трубки, а электронагреватель смонтирован на другом торце вакуумной трубки, размещенном вне герметичного корпуса.2. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что подводящая и отводящая трубы трубопровода выведены из герметичного корпуса посредством фитингов с прокладками.3. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что электронагревательный элемент выполнен в виде намотанного на диэлектрик металлического проводника из сплава с высоким удельным сопротивлением.1. A two-phase hybrid heat generator containing a protective housing and an internal sealed housing, a vacuum tube in which the working fluid is filled and a wick of capillary-porous material is placed, as well as an electric heater, characterized in that it is supplemented by a coolant circulation pipe that is mounted inside the tight case and is in contact with one end of the vacuum tube, and the electric heater is mounted on the other end of the vacuum tube placed outside the sealed case. 2. The heat generator according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes of the pipeline are removed from the sealed housing by means of fittings with gaskets. 3. The heat generator according to claim 1, characterized in that the electric heating element is made in the form of a metal conductor wound on a dielectric from an alloy with a high specific resistance.

Description

Полезная модель касается конструкции вакуумного трубчатого гидроэлектронагревателя, который может быть использован для обогрева помещений любого назначения, а также для нагрева различных сред и веществ.The utility model relates to the design of a vacuum tubular hydroelectric heater, which can be used for heating rooms for any purpose, as well as for heating various media and substances.

Известно большое количество жидкостных радиаторов, которые используются для обогрева помещений. Принцип действия жидкостных радиаторов основан на том, что нагретая жидкость (теплоноситель) системы отопления циркулирует внутри такого радиатора, нагревая его поверхность и воздух в помещении (приложение1).A large number of liquid radiators are known that are used for space heating. The principle of operation of liquid radiators is based on the fact that the heated liquid (coolant) of the heating system circulates inside such a radiator, heating its surface and the air in the room (Appendix 1).

Радиаторы, которые используются в таких системах отопления, могут быть чугунными (приложение 2), биметаллическим (приложение 3) и т.д.Radiators that are used in such heating systems can be cast iron (Appendix 2), bimetallic (Appendix 3), etc.

Недостатком указанных радиаторов является то, что теплоотдача последних происходит только в случае циркуляции теплоносителя с температурой выше окружающей среды. Кроме того, объем теплоносителя в радиаторах на несколько порядков превышают объем теплоносителя в подводящих и отводящих трубах.The disadvantage of these radiators is that the heat transfer of the latter occurs only in the case of circulation of the coolant with a temperature above ambient. In addition, the volume of coolant in the radiators is several orders of magnitude greater than the volume of coolant in the inlet and outlet pipes.

Также известно большое разнообразие трубчатых электронагревателей (ТЭН), которые в последнее время получили широкое распространение. Они имеют разную конструкцию, форму и размеры.Also known is a wide variety of tubular electric heaters (TEN), which have recently become widespread. They have different designs, shapes and sizes.

Известен ТЭН, который содержит 2 кожуха: внутренний кожух выполнен кварцевым, а наружный металлическим. Пространство между кварцевым и металлическим кожухами заполнено графитовым порошком или смесью кристаллической и аморфной двуокиси кремния (свидетельство на полезную модель ФРГ N9017596, кл. H05B 3/44, 1991 г.). Указанные ТЭНы имеют низкие теплопроводность и долговечность, т.к. графитовый наполнитель при высокой теплопроводности имеет низкую электрическую прочность, что приводит к пробоям наполнителя. А из-за низкой теплопроводности кристаллического и аморфного оксида кремния снижается теплопроводность ТЭНа.Known heater, which contains 2 casing: the inner casing is made of quartz, and the outer metal. The space between the quartz and metal casings is filled with graphite powder or a mixture of crystalline and amorphous silicon dioxide (certificate for a utility model of Germany N9017596, CL H05B 3/44, 1991). These heating elements have low thermal conductivity and durability, because graphite filler with high thermal conductivity has a low electric strength, which leads to breakdowns of the filler. And due to the low thermal conductivity of crystalline and amorphous silicon oxide, the thermal conductivity of the heating element decreases.

Известен ТЭН с контактными стержнями на торцах трубчатого кожуха, в центре которого сформирована зона нагрева из смеси окиси кремния и графита (патент ГДР N233902, кл. H05B 3/10,1986). Долговечность этого ТЭНа невысока из-за того, что его контактные стержни выполнены конусными и напряженность электрического поля на вершинах конуса увеличена, что является причиной пробоя. Теплопроводность его невысока, т.к. графит отделен от стержней слоем бесцветного оксида кремния, что исключает использование способности графита поглощать тепловое излучение стержней.Known TEN with contact rods at the ends of the tubular casing, in the center of which is formed a heating zone of a mixture of silicon oxide and graphite (patent GDR N233902, CL H05B 3 / 10.1986). The durability of this heater is low due to the fact that its contact rods are made conical and the electric field strength at the vertices of the cone is increased, which is the cause of the breakdown. Its thermal conductivity is low, because graphite is separated from the rods by a layer of colorless silicon oxide, which eliminates the use of the ability of graphite to absorb thermal radiation of the rods.

ТЭН по патенту на изобретение №2128893, опубл. 10.04.1999, представляет собой трубчатый электронагреватель, содержащий расположенный в кварцевом кожухе нагревательный элемент, при этом кварцевый кожух установлен в металлическом кожухе, а пространство между ними заполнено наполнителем с низкой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например электротехническим периклазовым порошком с добавлением порошка с высокой поглощательной способностью теплового излучения нагревательного элемента, например графитового порошка и/или сажи.TEN according to the patent for the invention No. 2188893, publ. 04/10/1999, is a tubular electric heater containing a heating element located in a quartz casing, while the quartz casing is installed in a metal casing, and the space between them is filled with a filler with low thermal radiation absorption of the heating element, for example, electrotechnical periclase powder with the addition of high-powder the absorption capacity of thermal radiation of a heating element, for example graphite powder and / or soot.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, низкая мощность теплопроводности, высокое потребление электроэнергии.The disadvantage of this device is the design complexity, low thermal conductivity, high energy consumption.

Также известны тепловые трубки, информация о которых приведена в Интернете на сайте по адресу: http://www.trizminsk.Org/e/21102100.htm#tt03.Heat pipes are also known, information about which is given on the Internet on the website at: http://www.trizminsk.Org/e/21102100.htm#tt03.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому ТЭНу можно считать вакуумный трубчатый электронагреватель по патенту РФ на полезную модель №120306 от 02.04.2012 г., содержащий корпус в виде вакуумной трубки, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала. Трубка имеет сужение в средней части, внутри трубки, в месте наименьшего сечения, установлен нагреватель, а снаружи, в месте сужения корпуса, размещены диэлектрическая трубка и электрический нагревательный элемент. В качестве рабочей жидкости может быть использована вода и другие жидкие среды.The closest technical solution to the proposed heater can be considered a vacuum tubular electric heater according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 120306 dated 04/02/2012, containing a housing in the form of a vacuum tube in which the working fluid is filled and a wick of capillary-porous material is placed. The tube has a narrowing in the middle part, a heater is installed inside the tube, at the smallest section, and a dielectric tube and an electric heating element are placed outside, in the place of narrowing of the housing. As the working fluid can be used water and other liquid media.

Как показала практика, эффективность работы ТЭНа по патенту №120306 может быть усовершенствована.As practice has shown, the efficiency of the heater according to patent No. 120306 can be improved.

Техническим эффектом предлагаемого решения является повышение эффективности трубчатого электронагревателя за счет возможности использования как теплоносителя, так и электрической энергии, снижения затрат электроэнергии и повышения мощности теплопередачи.The technical effect of the proposed solution is to increase the efficiency of the tubular electric heater due to the possibility of using both heat carrier and electric energy, reducing energy costs and increasing heat transfer power.

Для решения поставленной задачи двухфазный гибридный теплогенератор, содержащий защитный корпус и внутренний герметичный корпус, вакуумную трубку, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, а также электронагреватель, дополнен трубопроводом для циркуляции теплоносителя, который смонтирован внутри герметичного корпуса и контактирует с одним торцом вакуумной трубки, а электронагреватель смонтирован на другом торце вакуумной трубки, размещенном вне герметичного корпуса.To solve this problem, a two-phase hybrid heat generator containing a protective housing and an internal sealed housing, a vacuum tube in which the working fluid is filled and a wick of capillary-porous material is placed, as well as an electric heater, is supplemented by a pipe for circulating the heat carrier, which is mounted inside the sealed housing and contacts with one end of the vacuum tube, and the electric heater is mounted on the other end of the vacuum tube placed outside the sealed enclosure.

При этом подводящая и отводящая трубы трубопровода выведены из герметичного корпуса посредством фитингов с прокладками.In this case, the inlet and outlet pipes of the pipeline are removed from the sealed enclosure by means of fittings with gaskets.

Электронагревательный элемент выполнен в виде намотанного на диэлектрик металлического проводника из сплава с высоким удельным сопротивление, например, слюдяной бумаги.The electric heating element is made in the form of a metal conductor wound around a dielectric from an alloy with a high specific resistance, for example, mica paper.

Использование двух источников нагрева рабочей жидкости в вакуумной трубке позволяет повысить мощность теплопередачи, снизить затраты электроэнергии, а также дублировать возможность нагрева помещения при отключении одного из источников нагрева.The use of two sources of heating the working fluid in a vacuum tube allows you to increase the heat transfer power, reduce energy costs, and also duplicate the possibility of heating the premises when one of the heat sources is turned off.

Предлагаемый ТЭН представлен на фиг. 1.The proposed heater is shown in FIG. one.

Двухфазный гибридный теплогенератор содержит защитный корпус 1 и внутренний герметичный корпус 2, вакуумную трубку 3, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, а также электронагреватель 4. Один торец трубки размещен внутри герметичного корпуса 2, а оставшаяся часть через герметичный ввод 5 выведена из корпуса 2 в защитный корпус 1. Электронагреватель смонтирован на втором торце трубки 3. Торец трубки, находящийся внутри герметичного корпуса 2, контактирует с установленным в этом корпусе трубопроводом е, предназначенным для циркуляции теплоносителя. Подводящая 6 и отводящая 7 трубы этого трубопровода выведены из герметичного корпуса 2 и включены в систему циркуляции теплоносителя. На корпусе 2 трубы 6 и 7 зафиксированы с помощью фитингов 8 с прокладками.The two-phase hybrid heat generator contains a protective housing 1 and an internal sealed housing 2, a vacuum tube 3, in which the working fluid is filled and a wick of capillary-porous material is placed, as well as an electric heater 4. One end of the tube is placed inside the sealed housing 2, and the rest through the sealed the input 5 is withdrawn from the housing 2 to the protective housing 1. The electric heater is mounted on the second end of the tube 3. The end of the tube located inside the sealed housing 2 is in contact with the piping installed in this housing Odom e, intended for the circulation of coolant. The inlet 6 and outlet 7 pipes of this pipeline are removed from the sealed housing 2 and included in the coolant circulation system. On the housing 2 pipes 6 and 7 are fixed using fittings 8 with gaskets.

Электронагревательный элемент 4 выполнен, например, в виде металлического проводника из сплава с высоким удельным сопротивлением намотанного на диэлектрик 9 (например слюдяная бумага). Концы электронагревательного элемента 4 подключены к электрической сети. Вакуумный ТЭН внутрь герметичного корпуса 2 вводится через герметичный ввод 5.The electric heating element 4 is made, for example, in the form of a metal conductor of an alloy with a high resistivity wound around a dielectric 9 (for example, mica paper). The ends of the electric heating element 4 are connected to the electric network. A vacuum heater in the sealed enclosure 2 is introduced through the sealed inlet 5.

Двухфазный гибридный теплогенератор работает следующим образом. При нагревании электронагревательного элемента 4 рабочая жидкость внутри вакуумной трубки 3 переходит в пар (первый фазовый переход), давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар начинает перемещаться в зону с меньшим давлением, т.е. к холодному торцу трубки. На холодном торце трубки пар конденсируется (второй фазовый переход), оседает в виде капель на капиллярно-пористом материале фитиля. Благодаря наличию в капиллярно-пористом материале проводящих канальцев, осевшие капли по канальцам капиллярно-пористого материала, как по фитилю, снова перетекают в зону нагрева. Процесс испарения, конденсации и перетекания жидкости повторяется. В результате от постоянно перетекаемой и подогреваемой жидкости нагревается корпус трубки 3, тепло от которого излучается в окружающую среду.Two-phase hybrid heat generator operates as follows. When the electric heating element 4 is heated, the working fluid inside the vacuum tube 3 passes into steam (the first phase transition), the vapor saturation pressure in this zone rises sharply, the steam begins to move into the zone with lower pressure, i.e. to the cold end of the tube. At the cold end of the tube, the vapor condenses (second phase transition), settles in the form of droplets on the capillary-porous material of the wick. Due to the presence of conductive tubules in the capillary-porous material, settled droplets on the tubules of the capillary-porous material, as in a wick, again flow into the heating zone. The process of evaporation, condensation and fluid flow is repeated. As a result, the tube body 3 is heated from constantly flowing and heated liquid, the heat from which is radiated into the environment.

Кроме того, когда в герметичный корпус 2 поступает нагретый теплоноситель, то торец вакуумной трубки 3 также нагревается. В этом случае внутри вакуумной трубки 3 могут происходить описанные выше процессы, но уже без электрического нагревателя.In addition, when the heated coolant enters the sealed housing 2, the end face of the vacuum tube 3 also heats up. In this case, the processes described above can occur inside the vacuum tube 3, but without the electric heater.

Предлагаемый двухфазный теплогенератор имеет простую конструкцию. Однако удалось существенно повысить эффективность ТЭНа, т.к. его в нем можно использовать в качестве источника тепла как электрический нагреватель, так и теплоноситель. Причем в этом случае существенно сокращается общий объем теплоносителя, циркулирующего в системах отопления. Так если в чугунном радиаторе может быть до 50 литров теплоносителя, то в подводящих и отводящих трубах 0.25 литра (на одну комнату). Таким образом, объем теплоносителя может быть снижен более чем в 50 раз. Соответственно и количество энергии, которая затрачивается на нагрев данного теплоносителя, может быть снижена в десятки раз, что приведет к существенной экономии энергоносителей (уголь, газ, электричество и т.д.), которые расходуются на нагрев теплоносителя.The proposed two-phase heat generator has a simple design. However, it was possible to significantly increase the efficiency of the heater; it can be used in it as a heat source, both an electric heater and a heat carrier. Moreover, in this case, the total amount of coolant circulating in heating systems is significantly reduced. So if in a cast-iron radiator there can be up to 50 liters of coolant, then in the inlet and outlet pipes 0.25 liters (per room). Thus, the volume of the coolant can be reduced by more than 50 times. Accordingly, the amount of energy that is spent on heating this coolant can be reduced by tens of times, which will lead to significant savings in energy carriers (coal, gas, electricity, etc.) that are spent on heating the coolant.

Кроме того, в случае когда температура теплоносителя не высока, и радиаторы отдают недостаточное количество тепла в помещении, возможно повысить мощность теплоотдачи в результате «догрева» электрическим нагревателем.In addition, in the case when the temperature of the coolant is not high, and the radiators give an insufficient amount of heat in the room, it is possible to increase the heat transfer power as a result of “heating” by an electric heater.

Также, при отсутствии нагретого теплоносителя в системе отопления возможно отопление с использованием электрического нагревателя с малым энергопотреблением.Also, in the absence of a heated coolant in the heating system, heating is possible using an electric heater with low energy consumption.

Claims (3)

1. Двухфазный гибридный теплогенератор, содержащий защитный корпус и внутренний герметичный корпус, вакуумную трубку, в которой залита рабочая жидкость и размещен фитиль из капиллярно-пористого материала, а также электронагреватель, отличающийся тем, что он дополнен трубопроводом для циркуляции теплоносителя, который смонтирован внутри герметичного корпуса и контактирует с одним торцом вакуумной трубки, а электронагреватель смонтирован на другом торце вакуумной трубки, размещенном вне герметичного корпуса.1. A two-phase hybrid heat generator containing a protective housing and an internal sealed housing, a vacuum tube in which the working fluid is filled and a wick of capillary-porous material is placed, as well as an electric heater, characterized in that it is supplemented by a coolant circulation pipe that is mounted inside the tight case and in contact with one end of the vacuum tube, and the electric heater is mounted on the other end of the vacuum tube placed outside the sealed housing. 2. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что подводящая и отводящая трубы трубопровода выведены из герметичного корпуса посредством фитингов с прокладками.2. The heat generator according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes of the pipeline are removed from the sealed housing by means of fittings with gaskets. 3. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что электронагревательный элемент выполнен в виде намотанного на диэлектрик металлического проводника из сплава с высоким удельным сопротивлением.

3. The heat generator according to claim 1, characterized in that the electric heating element is made in the form of an alloy metal conductor wound around a dielectric with a high specific resistance.

Images