| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2121246
СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В ТЕПЛОВУ
І СТВОРЕННЯ ТЕПЛООБМІНУ
Ім'я винахідника: Кукушин Віктор Пантелійович
Ім'я патентовласника: Кукушин Віктор Пантелійович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1997.04.16
Спосіб здійснюється використанням як нагрівальний елемент одного або більше замкнутих витків провідника електричного струму, що утворюють вторинну обмотку електричного трансформатора, і введенням теплоносія в контакт з поверхнями провідника. Винахід дозволяє підвищити надійність перетворення електричної енергії при теплообміні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до технології перетворення електричної енергії в теплову і створення теплообміну. Воно може бути використано при нагріванні рідини в системах передпускового підігріву двигунів внутрішнього згоряння, опалення і гарячого водопостачання промислових підприємств і житлових будівель, для нагріву плазми та інших речовин.
Відомий спосіб перетворення електричної енергії в теплову і створення теплообміну, заснований на прямому пропущенні електричного струму через теплоносій, що створюється за рахунок подачі напруги мережі живлення через струмопідведення до електродів (див. А.П. Альтгаузена і ін., "Низькотемпературний електронагрів", Москва, енергія, 1968). Він використовується для нагріву рідини, бетону, для відтавання ґрунтів, руди, піску та інших речовин. Основними недоліками цього способу є підвищена Електронебезпека через відносно високих напруг (380 В або 220 В), а й залежність електронагріву і теплообміну від електричного опору теплоносія. Зокрема, в нагрівається воду вносять спеціальні добавки, щоб забезпечити задане значення електричного опору.
Відомий спосіб перетворення електричної енергії в теплову і створення теплообміну між нагрівальним елементом і теплоносієм, що включає підведення електроживлення до нагрівального елементу, який представляє собою металеву трубку, всередині якої знаходиться нагрівальна спіраль, запресована в спеціальному наповнювачі, пропускання електричного струму через нагрівальну спіраль (див. А. П. Альтгаузена і ін., "Низькотемпературний електронагрів", Москва, Енергія, 1968). Такий спосіб набув широкого поширення в різних областях народного господарства. Трубчастий електричний нагрівач (ТЕН) можна поміщати в воду, солі, рідкий метал, прес-форму, картер двигуна внутрішнього згоряння і т.д. Однак до нагрівається спіралі підводиться електрична напруга безпосередньо від мережі живлення, а знизити подається напруга не дозволяє відносно високий електричний опір спіралі, що спричиняє необхідність електроізоляції спіралі для забезпечення електробезпеки і що в свою чергу знижує теплопровідність між спіраллю і металевою трубкою, а отже, погіршує теплообмін між ТЕН (ом) і теплоносієм в цілому. Електроізоляція спіралі не виключає ймовірність її електричного пробою і попадання на металеву трубку ТЕН (а) високого електричного потенціалу, що призводить до необхідності її заземлення. Крім того, ТЕН (и) мають обмежений термін служби через перегорання спіралі.
Відомий спосіб перетворення електричної енергії в теплову і створення теплообміну, який отримав назву "Контактна зварювання" (див. Н.С. Кабанов, "Зварювання на контактних машинах", Москва, изд. "Вища школа", 1985; Ю.Н. Бобринський і Н.П. Сергєєв, "Пристрій і налагодження контактних зварювальних машин", Москва, изд. "Машинобудування", 1967; В.Г. Геворкян, "Основи зварювального справи", Москва, изд. "Вища школа", 1991). В даному способі нагрівальним елементом і теплоносієм є зварюваний метал, який замикає вторинну обмотку зварювального трансформатора, в результаті чого по замкнутому ланцюзі протікає електричний струм, достатній для нагрівання і зварювання металу. При цьому кожен виток вторинної обмотки трансформатора є окремим джерелом електроенергії, так як він охоплює один і той же магнітний потік, створюваний в муздрамтеатрі первинної обмоткою трансформатора.
Цей спосіб є прототипом. Недолік способу полягає в тому, що він застосовний тільки для теплоносіїв з відносно низьким електричним опором. У разі застосування рідини, наприклад води, довелося б відмовитися від зниження напруги за допомогою трансформатора, і спосіб перетворився б в розглянутий перший з усіма його недоліками.
Безпека і надійність перетворення електричної енергії в теплову, ефективність теплообміну в пропонованому способі досягаються шляхом використання в якості нагрівального елементу замкнутого витка провідника електричного струму або декількох витків, що утворюють вторинну обмотку трансформатора, і введення теплоносія в контакт з поверхнями провідника. При замиканні витка провідника, що охоплює муздрамтеатр трансформатора, в ньому наводиться ЕРС менше від підводиться до первинної обмотці в число її витків, що забезпечує електробезпека, а протікає по замкнутому витку струм різко зростає через малого електричного опору витка і здійснює його нагрів незалежно від електричного опору теплоносія. У той же час безпосередній контакт теплоносія з поверхнями замкнутого витка провідника підвищує ефективність теплообміну за рахунок різкого зниження теплових втрат. Можуть бути створені умови, що виключають можливість перегорання витка, що забезпечує надійність перетворення.
На кресленні наведено приклад обладнання, що реалізує запропонований спосіб.
 |
Спосіб здійснюється наступним чином. За допомогою перемикача K первинну обмотку трансформатора з числом витків W 1 підключають до мережі змінного струму. У муздрамтеатрі 1 виникає змінний магнітний потік, який наводить ЕРС в замкнутих витках провідників 2 і 3 і викликає в них електричний струм, що нагріває їх. Провідник 2 виконаний у вигляді труби, провідник 3 - з замкнутого пучка мідних проводів. На вхід A вводять холодний теплоносій, наприклад воду, яка потрапляє всередину провідника 2 і омиває зовні провідник 3. Через поверхні розділу провідників 2 і 3 і теплоносія відбувається теплообмін, теплоносій нагрівається і за рахунок конвекції надходить на вихід Б. В одному окремому випадку провідник 3 може бути відсутнім (він потрібен тоді, коли електричний опір провідника 2 не узгоджується з потужністю трансформатора). В іншому окремому випадку, щоб не допускати розсіювання тепла з зовнішньої поверхні провідника 2, замість провідника 2 може бути використана електроізоляційна труба, і тоді тепло в теплоносій буде надходити тільки з провідника 3. У третьому випадку провідником може бути сам теплоносій, поміщений всередину ізоляційної труби або в обсяг іншої форми, яка охоплює муздрамтеатр. |
ПРИКЛАД КОНКРЕТНОГО ВИКОНАННЯ СПОСОБУ
Було взято радіатор сталевий штампований марки 2М3-500 (див. Стор. 189, Довідник по спеціальних робіт під редакцією Н.А. Коханенко, Москва, изд. Літератури з будівництва, 1964) з еквівалентною поверхнею нагріву 3,53 ЕКМ (еквівалент 11 - секційного чавунного радіатора М-140 по ГОСТ 8690-58) з ємністю 13,3 л. Зі сталевої труби діаметром 3/4 '' був виготовлений замкнутий виток, що охоплює муздрамтеатр трансформатора живлення потужністю 1,5 кВт. Вхід витка А був з'єднаний з виходом (патрубок в нижній частині радіатора, встановленого вертикально), а вихід витка Б - з входом радіатора (патрубок у верхній частині) за допомогою гумових шлангів. У верхній частині радіатора був встановлений розширювальний бачок ємністю 0,25 л. Потім система (радіатор - виток) була заповнена водою і первинна обмотка трансформатора включена в мережу з напругою 220 В. Температура, навколишнє радіатор до включення трансформатора, була 4,5 o C в об'ємі приміщення 300 м 3. Після включення трансформатора були виміряні електрична напруга на витку 0,8 В і електричний струм, що проходить по витку, який склав 1875 А. Через 20 хв температура води в радіаторі зросла до 96 o C (первісна температура води становила 12 o C), після чого за допомогою тиристора системи управління споживана з мережі потужність була зменшена спочатку до 800 Вт, що забезпечило підтримку температури води на рівні 82 o C , а потім через 2 години до 500 Вт, що забезпечило підтримку температури води на рівні 60 o C. В результаті 4-годинного випробування температура в приміщенні досягла 18 o C. На наступний день система була включена на споживану потужність 1,5 кВт. Через 4 години температура в приміщенні досягла 23 o C, після чого система була переведена на споживання 500 Вт і експлуатується протягом 1 місяця як обігрівальне пристрій.
Були проведені випробування по нагріванню системи опалення з ємністю 150 л за пропонованим способом зі споживанням потужності 800 Вт. В процесі випробувань було встановлено нагрів води від 16 o C до 58,5 o C за 7 годин, після чого система була переведена в режим, що підтримує температуру на рівні 58 o C при споживанні потужності 500 Вт.
Були проведені випробування по введенню всередину замкнутого витка зі сталевої труби пучка з мідних проводів, замкнених за допомогою пайки (провідник 3). В результаті випробувань встановлено можливість за допомогою провідника 3 зменшувати еквівалентну електричний опір замкнутих витків практично в будь-яких межах і збільшувати споживану потужність до повного завантаження трансформатора.
Випробування показали можливість зниження споживаної електроенергії в 1,5 -2 рази при використанні запропонованого способу в порівнянні з традиційними.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб перетворення електричної енергії в теплову і створення теплообміну між нагрівальним елементом і теплоносієм, що використовує як нагрівальний елемент вторинну обмотку електричного трансформатора, виконану у вигляді замкнутого витка провідника у вигляді труби з входом і виходом теплоносія, що відрізняється тим, що забезпечують конвенцію теплоносія через нагрівальний елемент з'єднанням його входу з виходом теплоносія з радіатора, а виходу теплоносія з нагрівального елементу - зі входом радіатора, з'єднання виконують шлангами, радіатор встановлюють вертикально таким чином, щоб вихід теплоносія з радіатора знаходився в його нижній частині, у верхній частині радіатора встановлюють розширювальний бачок і всю систему заповнюють теплоносієм і підключають трансформатор в мережу.
Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що замкнутий виток у вигляді труби виконують з електроізоляційного матеріалу, а всередину його встановлюють один або більше замкнутих витків провідника.
Версія для друку
Дата публікації 03.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.