Способ получения тепловой энергии из электрической и устройство для его осуществления
Использование для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений. Технический результат - снижение потребления электроэнергии и удельной мощности источника тепловой энергии за счет осуществления возможности передачи энергии с помощью однородного электрического поля по высокорезистивному материалу при заданной величине тока, необходимого для резистивного нагрева экологически чистого источника тепла для отопления и горячего водоснабжения. Способ получения тепловой энергии из электрической включает передачу энергии электростатическим аппаратом с помощью однородного электрического поля при постоянной величине тока в нагрузке, создавая температуру, достаточную для осуществления резистивного нагрева, при этом в качестве теплоносителя используют жидкость, причем регулирование температуры и задание разности потенциалов на входе электростатического аппарата осуществляют путем подбора емкости электростатического аппарата при фиксированной теплосъемной поверхности термостатов. В устройство для получения тепловой энергии из электрической введен электростатический аппарат, содержащий набор конденсаторов переменного тока со схемой соединения, обеспечивающей индивидуальный заряд каждого конденсатора и одновременный суммарный разряд на одну нагрузку, размещенную в термостате. Внутренняя камера (зона теплообразования) и внешняя камера (зона теплосъема) герметично изолированы друг от друга. Входное и выходное отверстия внешней камеры либо замкнуты между собой вне устройства с образованием единой замкнутой системы циркуляции теплоносителя, либо разомкнуты с применением проточной системы. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к теплоэнергетике и теплообменной технике, а именно к электронагреву жидкой среды, и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений.
Известен способ получения тепловой энергии из электрической для обогрева, заключающийся в том, что берут нагревательный элемент, помещают его в окружающее пространство, подводят электрический ток и доводят нагревательный элемент до яркого свечения, включают электровентилятор, обдувают поверхность нагревательного элемента и нагревают воздух помещения (см. Лепаев Д.А. Справочник слесаря по ремонту бытовых электроприборов и машин. - М.: Легпромбытиздат, 1988, с. 51-52). Однако использование электровентилятора и нагревательных элементов на основе водяных радиаторов, питающихся от тепловых сетей, не позволяют автономно экономично отапливать помещения из-за следующих недостатков: высокого потребления электроэнергии; небольшого теплосъема в единицу времени ввиду малой теплосъемной поверхности; низкого КПД. Кроме этого, использование нагревательного элемента, например нихрома, ухудшает качественный состав воздуха обогреваемого помещения. Известен также способ получения тепловой энергии из электрической для нагрева, заключающийся в том, что берут нагревательный элемент, окружают его твердым теплоаккумулирующим веществом, например порошкообразным кварцевым песком, изолируют все это от окружающей среды теплосъемной поверхностью, например, трубчатого типа и получают устройство типа ТЭН, подводят к нему электрический ток и обогревают выделяемым теплом окружающую среду, например воду (см. Китаев Е. В., Гревцев Н.Ф. Курс общей электротехники. - М.: Советская наука, 1945, с. 27). Области применения ТЭН в зависимости от условий эксплуатации разнообразны, например, для нагрева воды, слабых растворов кислот при температуре теплосъемной поверхности 450oС, для прогрева селитры при температуре теплосъемной поверхности 600oС и т.п. Недостатками известного способа являются высокое потребление электроэнергии; небольшой теплосъем в единицу времени из-за малой теплосъемной поверхности; низкий КПД и высокие значения удельной мощности. Известно устройство для нагрева воздуха, содержащее корпус, по крайней мере, с одним воздушным каналом, обрамленным стенками, заполненными теплоаккумулирующим веществом, изменяющим агрегатное состояние в диапазоне рабочих температур, и сообщенным по торцам с источником и потребителем воздуха, а также источник нагрева. При этом в верхней части корпуса выполнены выходные отверстия, а источник нагрева выполнен в виде трубчатых электронагревательных элементов, расположенных в воздушном канале под углом 30-60 градусов к горизонтальной плоскости (см. авт. свид. СССР 1721408, F 24 Н 7/04, 3/04, опубл. 23.03.1992, бюл. 11). Недостатками известного устройства являются значительный расход электроэнергии, так как по электронагревательным элементам протекает большой ток, что необходимо для нагревания до жидкого состояния большого объема теплоаккумулирующего вещества, например парафина, а также высокие затраты первоначальной энергии на запуск устройства, особенно при отоплении больших помещений. Известно также устройство для нагрева воздуха, содержащее корпус, разделенный двумя перегородками на камеры, снабженные входным и выходным патрубками, в одной из которых размещен накопитель тепловой энергии, включающий электронагревательный элемент, например, в виде группы трансформаторов и теплоаккумулирующее вещество типа парафин ОКП-50, изменяющее агрегатное состояние в диапазоне рабочих температур. При этом перегородки размещены вертикально и разделяют корпус на три камеры - изолированную центральную, заполненную жидкостью типа минерального масла, и две сообщающиеся между собой крайние, заполненные воздухом. В одной из крайних камер установлен входной патрубок, а в другой - выходной патрубок. Накопитель тепловой энергии выполнен в виде по крайней мере одного полого цилиндра с заглушенными концами, размещенного вертикально в нижней части центральной камеры, внутри которого установлен электронагревательный элемент, заполненный теплоаккумулирующим веществом. Поверхности перегородок со стороны крайних камер снабжены ребрами с образованием общего воздушного канала от входного до выходного патрубков. На входном патрубке размещен вентилятор (см. свидетельство РФ на полезную модель 4365, F 24 H 7/00, опубл. 16.06.1997, бюл. 6). Однако недостатками известного устройства являются низкий КПД, так как второе агрегатное состояние вещества - жидкий парафин позволяет поднимать температуру лишь до 150oС, что ограничивает применение больших теплосъемных рабочих поверхностей и снижает рабочий выход теплоносителя (нагретого воздуха); невозможность использования для нагрева воды из-за низкого КПД; невозможность управлять внутренней энергией теплоаккумулирующего вещества в больших пределах, что уменьшает КПД из-за применения в качестве теплоаккумулирующего вещества твердого вещества с двумя фазовыми переходами в жидкость и газ. Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является способ получения тепловой энергии из электрической, включающий размещение резистивного электронагревательного элемента в окружение теплоаккумулирующего вещества, изолированного вместе с электронагревательным элементом в своем объеме от окружающего пространства теплосъемной поверхностью с образованием нагревательного устройства, размещение полученного одного или более нагревательных устройств в окружающее обогреваемое пространство, подвод к электронагревательному элементу электрической энергии и омывание теплосъемной поверхности устройства теплоносителем, в качестве которого использован воздух из помещения. При этом в качестве теплоаккумулирующего вещества используют твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное вне поверхности электронагревательного элемента вещество (воздух), увеличение общего рабочего теплосъема нагревательного устройства в целом достигают за счет сопряженного между собой увеличения (развития) исходной площади поверхности теплосъема электронагревательного элемента, объема газообразного теплоаккумулирующего вещества вокруг него, площади самой теплосъемной поверхности нагревательного устройства, через создание зазора (расстояния) между этими рабочими поверхностями за счет интенсивности омывания теплосъемной поверхности нагревательного устройства воздухом из помещения, а также путем регулирования параметров электрического тока на электронагревательном элементе. Оптимальный нагрев электронагревательного элемента для заданного обогрева находят в диапазоне выше температуры окружающей среды, но ниже температуры электронагревательного элемента, выбранной с учетом возможности функционального выхода из строя электропроводки обогреваемого пространства, получают тем самым и используют для обогрева нагревательное устройство в виде газомолекулярного преобразователя тепла с малыми значениями удельной мощности и большими значениями коэффициента передачи тепла, используя его для преобразования электрической энергии в тепловую при условии Q=Eвн, А=0, где Евн - внутренняя энергия газообразного вещества; А - работа по переносу тепла. Обогрев осуществляют при равенстве рабочих температур поверхности электронагревательного элемента и теплосъемной поверхности нагревательного устройства. При этом теплосъемную поверхность нагревательного устройства увеличивают дополнительно, делая ее волнистой, ребристой или гофрированной, а электронагревательный элемент нагревают до температуры ниже его свечения (см. патент РФ 2151346, F 24 H 7/00, 7/02, 7/04, опубл. 20.06.2000, бюл. 17). Недостатками известного способа получения тепловой энергии из электрической являются невозможность регулирования электропотребления и использования для горячего водоснабжения бытовых потребителей. Наиболее близким техническим решением заявленного изобретения по совокупности существенных признаков также является устройство для получения тепловой энергии из электрической, содержащее корпус, разделенный на две камеры - внешнюю и внутреннюю, снабженные входным и выходным отверстиями, во внутренней камере которого размещено, по меньшей мере, одно нагревательное устройство, включающее электронагревательный элемент, подключенный к источнику питания, и теплоаккумулирующее вещество, и внутри выполненное в виде изолированного от внеобъемного пространства. При этом на входном отверстии корпуса размещено устройство принудительной циркуляции теплоносителя, например воздуха, по поверхности нагревательного устройства, например вентилятора. Обе камеры выполнены сообщающимися, входное отверстие в корпусе расположено напротив входного отверстия во внутреннюю камеру, а выходное отверстие внутренней камеры служит входным отверстием во внешнюю камеру. Теплоаккумулирующее вещество нагревательного устройства включает твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное (воздух) вне поверхности нагревательного элемента вещество (см. патент РФ 2151346, F 24 H 7/00, 7/02, 7/04, опубл. 20.06.2000, бюл. 17). Недостатками известного устройства являются невозможность регулирования электропотребления и использования для горячего водоснабжения бытовых потребителей. Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является создание способа и устройства для нагрева воды с применением либо проточной системы, либо замкнутой системы циркуляции теплоносителя, и регулируемым потреблением электроэнергии с заданным количеством нагретой воды. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является снижение потребления электроэнергии и удельной мощности источника тепловой энергии за счет осуществления возможности передачи энергии с помощью однородного электрического поля по высокорезистивному материалу при заданной величине тока, необходимого для резистивного нагрева экологически чистого источника тепла для отопления и горячего водоснабжения. Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения тепловой энергии из электрической, включающем размещение резистивного электронагревательного элемента в окружение теплоаккумулирующего вещества, изолированного вместе с электронагревательным элементом в своем объеме от окружающего пространства теплосъемной поверхностью с образованием термостата, размещение полученного одного или более термостатов в окружающее обогреваемое пространство, подвод к электронагревательному элементу электрической энергии и омывание теплосъемной поверхности устройства теплоносителем, при этом в качестве теплоаккумулирующего вещества используют твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное вне поверхности электронагревательного элемента вещество, регулируя параметры электрического тока на электронагревательном элементе, получают оптимальный нагрев электронагревательного элемента, причем для обогрева используют термостат в виде газомолекулярного преобразователя тепла с малыми значениями удельной мощности и большими значениями коэффициента передачи тепла, а обогрев осуществляют при равенстве рабочих температур поверхности электронагревательного элемента и теплосъемной поверхности термостата, согласно изобретению передачу энергии осуществляют электростатическим аппаратом с помощью однородного электрического поля при постоянной величине тока в нагрузке, создавая температуру достаточную для осуществления резистивного нагрева, при этом в качестве теплоносителя используют жидкость, причем регулирование температуры и задание разности потенциалов на входе электростатического аппарата осуществляют путем подбора емкости электростатического аппарата при фиксированной теплосъемной поверхности термостатов. В качестве электростатического аппарата целесообразно применять емкостный резервуар, содержащий набор конденсаторов переменного тока с малым временем заряда




Формула изобретения
1. Способ получения тепловой энергии из электрической, включающий размещение резистивного электронагревательного элемента в окружение теплоаккумулирующего вещества, изолированного вместе с электронагревательным элементом в своем объеме от окружающего пространства теплосъемной поверхностью с образованием термостата, размещение полученного одного или более термостатов в окружающее обогреваемое пространство, подвод к электронагревательному элементу электрической энергии и омывание теплосъемной поверхности устройства теплоносителем, при этом в качестве теплоаккумулирующего вещества используют твердое внутри поверхности электронагревательного элемента и газообразное вне поверхности электронагревательного элемента вещество, регулируя параметры электрического тока на электронагревательном элементе, получают оптимальный нагрев электронагревательного элемента, причем для обогрева используют термостат в виде газомолекулярного преобразователя тепла с малыми значениями удельной мощности и большими значениями коэффициента передачи тепла, а обогрев осуществляют при равенстве рабочих температур поверхности электронагревательного элемента и теплосъемной поверхности термостата, отличающийся тем, что передачу энергии осуществляют электростатическим аппаратом с помощью однородного электрического поля при постоянной величине тока в нагрузке, создавая температуру, достаточную для осуществления резистивного нагрева, при этом в качестве теплоносителя используют жидкость, причем регулирование температуры и задание разности потенциалов на входе электростатического аппарата осуществляют путем подбора емкости электростатического аппарата при фиксированной теплосъемной поверхности термостатов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электростатического аппарата применен емкостный резервуар, содержащий набор конденсаторов переменного тока с малым временем заряда




РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 06.06.2007
Извещение опубликовано: 27.01.2009 БИ: 03/2009