Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды. Установка и подключение

Использование: в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной дегазацией воды. Сущность изобретения: ведут подогрев воды при постоянном избыточном давлении, равном гидростатическому,до температуры, превышающей температуру кипения при бараметрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении, при этом тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, постоянной по отношению к общему потоку нагреваемой воды при любых изменениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. 1 ил. Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технике нагрева воды, и может быть использовано в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной ее дегазацией. Известен и широко применяется, в частности, при автономном теплоснабжении способ нагрева воды, при котором исходную воду нагревают в водонагревательном устройстве (котле) при подводе тепла извне, нагретую воду подают в расширительный бак, откуда затем направляют ее потребителю. Чем ближе температура воды в расширительном баке к температуре кипения при данном атмосферном (барометрическом) давлении, тем полнее идет процесс дегазации воды. Однако указанный способ использовать невыгодно при нагреве воды до температуры кипения, поскольку образующийся при этом пар является прямыми тепловыми потерями процесса, а нарушение режима может привести к бурному парообразованию и росту давления воды в водонагревателе. Поэтому температуру нагрева воды при использовании описанного способа поддерживают на уровне 95 о С, что недостаточно для полной дегазации воды при атмосферном (барометрическом) давлении. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара. Указанный способ имеет недостатки, вызванные отсутствием механизма регулирования количества подводимого воде тепла, так как в котле, непосредственно сообщенном с атмосферой, давление всегда равно барометрическому, а при наличии гидростатического столба к барометрическому давлению добавляется гидростатическое, и при этом возможный перерасход подводимого тепла по достижении температуры кипения не сопровождается дальнейшим повышением температуры нагрева воды, а приводит к увеличению выпара, величина которого может стать неконтролируемой. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение надежного и эффективного регулирования количества подведенного к воде тепла при возможных изменениях барометрического давления, а также расхода и температуры исходной воды, поступающей на нагрев. Эффект дегазации воды при применении изобретения на всех режимах работы остается постоянным, заранее определенным выбором оборудования и предшествующей наладкой. Поставленная цель решается тем, что в способе нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией тепла, образовавшегося при расширении воды выпара, нагрев воды ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды является постоянной при любых изменениях последнего, и количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. Нагрев воды (подвод тепла к ней) при избыточном давлении, равном гидростатическому, дает возможность получить в котле нагретую воду без паровой фазы с температурой, несколько превышающей температуру кипения при данном барометрическом давлении. Эта вода, расширенная затем при барометрическом давлении, принимает температуру, равную температуре кипения, а излишки тепла, обусловленные ее начальным перегревом относительно барометрической температуры кипения, преобразуются в выпар, содержащий СО 2 и О 2 , тепло которого затем утилизируют. Использование при утилизации тепла выпара не всего потока нагреваемой воды, а лишь его части позволяет иметь более существенную разность температур на выходе и входе охлаждающей воды, что облегчает фиксацию температурного перепада, снижая влияние погрешности измерения. Поддержание постоянным соотношения части потока воды, направляемого на утилизацию тепла выпара, и общего потока нагреваемой воды помогает на всех режимах (при различных величинах общего потока и исходной температуры воды) обеспечить одинаковый эффект дегазации воды путем регулирования количества подводимого к воде тепла. Поддержание постоянным перепада температур на входе и выходе охлаждающей выпар воды путем регулирования подводимого к общему потоку воды тепла позволяет при соблюдении вышеперечисленных признаков иметь эффективную и надежную систему автоматического регулирования процессом, исключающую перерасход подводимого воде тепла. Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки, обеспечивающей реализацию изобретения. Установка содержит котел 1 атмосферного типа с греющей поверхностью 2, расширительный бак 3 и охладитель выпара 4 с охлаждающей поверхностью 5. Трубопровод исходной воды 6 имеет отверстие, соединенное со входом охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4, а охлаждающая поверхность 5 на выходе соединена трубопроводом 7 с трубопроводом исходной воды 6. Далее трубопроводы 6 и 7 объединены в трубопровод 9, подключенный к котлу 1. Трубопровод нагретой воды 10 соединяет котел 1 с расширительным баком 3, а трубопровод 11 соединяет расширительный бак 3 с охладителем выпара 4. Охладитель выпара 4 соединен с атмосферой дыхательной трубкой 12. На схеме установки указаны и тепловые потоки при реализации изобретения:
W, кг/ч количество исходной поступающей на нагрев воды;
х часть от общего потока воды, направляемая на охлаждение выпара;
t o , о С температура исходной воды, поступающей на нагрев;
t кип в, о С барометрическая температура кипения воды;
Δt, о С перепад температур между выходом и входом части потока воды, используемого для охлаждения выпара;
Q пол, ккал/ч количество полезного подведенного к воде тепла. Пример 1 осуществления способа. Исходные данные. Барометрическое давление, мм рт.ст. 780;
Барометрическая температура кипения t кип в, о С 100,3;
Расход исходной воды W, кг/ч 50000;
Температура исходной воды t o , о С 70. Часть воды, направляемая на охлаждение выпара х 0,4;
Перепад температур по охлаждающей воде на охладителе выпара 4 Δt, о С 5;
Высота уровня воды в расширительном баке 3 относительно уровня выхода нагретой воды из котла 1 ΔН г, м-2;
Температура кипения при избыточном гидростатическом давлении воды (при данном барометрическом давлении) t кип г, о С 105. От исходного потока W 50000 кг/ч с температурой t o 70 о С (количество тепла W˙t o 50000 ˙70 3500000 ккал/ч), поступающего по трубопроводу 6, часть потока в количестве Х˙W 0,4˙50000 20000 кг/ч отводят на охлаждение выпара к охлаждающей поверхности 5 (количество тепла х˙ W˙ t o 0,4 50000˙70 1 400 000 ккал/ч). На выходе из охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4 вода имеет температуру t o + Δt 70 + 5 75 o C и по трубопроводу 7 (количество тепла х˙ W(t o + Δt) 0,4˙50000 (70 + 5) 1 500 000 ккал/ч) поступает на смешение с остатком исходной воды после ответвления от общего потока части воды на охлаждение выпара (количество тепла (1-х)˙W˙ t o (1 0,4) ˙50000 ˙702 100 000 ккал/ч). После смешения потоков из трубопроводов 6 и 7 в трубопроводе 9 тепло воды, поступающей на нагрев в котел 1, равно W˙(t o + x ˙Δt) 50000(70 + 0,4˙5)3600000 ккал/ч. Количество тепла на выходе из котла 1 (трубопровод 10) W(t кип в + х ˙Δt) 50000 (100,3 + 0,4 ˙5) 5 115 000 ккал/ч. Количество полезно подведенного тепла в котле 1 Q пол W˙(t кип в + х ˙Δt) W (t o + +x ˙Δt) W˙(t кип в t o) 50000(100,3-70)1˙515 000 ккал/ч. Количество тепла, направляемого потребителю из расширительного бака 3 t кип в 50000 100,3 5 015 000 ккал/ч. Количество тепла в воде выпара, поступающее по трубопроводу 11 из расширительного бака 3 в охладитель выпара 4 х 10,4 50000 5 100 000 ккал/ч. Примеры 2 и 3 осуществления способа приведены в таблице
Вентиль 8 служит для установки постоянной части потока воды, направляемого на охлаждение выпара, и во время работы установки он находится в неизменном отрегулированном при наладке положении. Таким образом, предлагаемый способ нагрева воды позволяет надежно и эффективно производить регулирование количества подводимого к воде тепла при любых изменениях барометрического давления, расхода и температуры исходной воды, обеспечивая при этом постоянный заранее выбранный эффект дегазации.

Формула изобретения

СПОСОБ НАГРЕВА ВОДЫ с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара, отличающийся тем, что нагрев ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды постоянна при любых значениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу для быстрого нагрева жидкости, в частности к устройству, системе и способу для быстрого нагрева жидкости с помощью электроэнергии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во многих жилых и хозяйственных зданиях в развитых странах устанавливают разные по типу системы горячей воды. В некоторых странах электроэнергия является самым распространенным источником энергии для нагревания воды.

Конечно, общеизвестно, что генерация электроэнергии за счет сжигания ископаемых топлив является существенным фактором загрязнения и глобального потепления. Например, в 1966 г. крупнейшим потребителем электроэнергии в США были домашние хозяйства жилого сектора, на которые приходилось 20% от всех выбросов углерода. Из общего объема выбросов углерода данным сектором потребления электроэнергии 63% были прямо обусловлены сжиганием ископаемых топлив, использованных с целью генерации электроэнергии для данного сектора.

Сейчас в развитых странах электроэнергию считают реально необходимой для жилых зданий, и, ввиду ежегодного 1,8% роста потребления электроэнергии на одно домашнее хозяйство с 1990 г., ожидаемое увеличение энергопотребления в жилом секторе стало главным вопросом полемики по проблеме стабилизации объемов выбросов углерода и достижению целей Киотского протокола.

В период 1982-1996 гг. число домашних хозяйств в США возрастало на 1,4% в год, а потребление электроэнергии в жилом секторе - на 2,6% в год. Соответственно, на период до 2010 г. прогнозируют увеличение числа домашних хозяйств в США на 1,1% в год и рост потребления электроэнергии на 1,6% в год.

По оценкам, в 1995 г. около 40 млн. домашних хозяйств по всему миру применяли электрические водонагревательные системы. Электрическая водонагревательная система в самом общем виде содержит аккумуляторный бак, в котором воду медленно нагревают с течением времени до заданной температуры. Температуру воды в аккумуляторном баке поддерживают на заданном уровне по мере забора воды из аккумуляторного бака и его пополнения холодной входящей водой. Аккумуляторные баки обычно содержат погружной электронагревательный элемент, подключенный к электросети и работающий с управлением от термореле или устройства контроля температуры.

Водоаккумулирующие электронагревательные системы принято считать энергетически затратными, поскольку они работают по принципу аккумулирования и нагревания воды до заданной температуры, которая выше температуры, необходимой для применения, хотя потребитель может не нуждаться в горячей воде до какого-то времени. Из-за потери тепловой энергии горячей водой в аккумуляторном баке воду приходится подогревать до заданной температуры, для чего может потребоваться дополнительный расход электроэнергии. И, наконец, потребитель может не нуждаться в горячей воде довольно долгое время. Однако и в это время некоторые водоаккумулирующие электронагревательные системы продолжают потреблять энергию для подогрева воды до готовности к использованию потребителем в любой момент, когда потребуется горячая вода.

Естественно, быстрое нагревание воды, при котором температура воды достигает заданного уровня за короткое время, позволяет избавить систему от энергозатратности, неизбежной при хранении горячей воды. Системы быстрого или «мгновенного» нагревания горячей воды сейчас пригодны к применению там, где источниками энергии служат как газ, например природный газ или сжиженный нефтяной газ (LPG), так и электроэнергия. Природный газ и LPG являются топливами, наиболее подходящими для быстрого нагревания жидкостей, так как пламя от сжигания данных топлив способно передать жидкости достаточно тепловой энергии, чтобы поднять температуру жидкости до требуемого уровня за сравнительно короткое время в управляемом режиме. Однако, хотя источники топлив на природном газе и можно использовать для быстрого нагревания воды, эти источники не всегда имеются в распоряжении. Напротив, электроэнергия всегда в распоряжении большинства домашних хозяйств в развитых странах.

Известны безуспешные попытки создания электрической системы «мгновенного» нагревания горячей воды. Пробовали разработать системы с резистивными и электромагнитными индукционными нагревателями. Разработана система «мгновенного» нагревания горячей воды резистивными нагревателями, в составе которой провод с высоким сопротивлением помещен в термо- и электрически изолированную трубу сравнительно небольшого диаметра. Принцип действия состоит в том, что вода протекает по трубе в контакте с проводом или в непосредственной близости от провода, по которому пропускают ток, чтобы тем самым передавать тепловую энергию воде в трубе. Управление обычно включает в себя контроль температуры воды на выходе из трубы и сравнение контролируемой температуры с параметром настройки заданной температуры. Напряжение, регулируемое в зависимости от контролируемой выходной температуры воды, прикладывают к проводу, пока температура воды не достигнет искомого параметра настройки заданной температуры. Хотя система данного типа свободна от недостатка энергозатратности, обусловленного хранением горячей воды, у данной системы есть некоторые другие недостатки. В частности, провод необходимо нагревать до температур, намного более высоких, чем температура окружающей воды. Этим обусловлен неблагоприятный эффект наведения кристаллизации растворенных солей, таких как сульфат и карбонат кальция, обычно присутствующих в воде в различных концентрациях. На горячих участках провода, непосредственно соприкасающихся с водой, создаются условия, способствующие интенсивной кристаллизации упомянутых солей, и, в результате, провод покрывается «коркой», которая снижает эффективность теплопередачи от провода в окружающую воду. Поскольку обычно трубка имеет сравнительно небольшой диаметр, то образующиеся кристаллы могут ослаблять водяной поток по трубе. Кроме того, для эффективной работы систем с нагревателями сопротивления вода в них должна быть под сравнительно высоким давлением, поэтому данные системы малоэффективны в регионах, где применяют сравнительно низкое давление воды или давление воды часто падает, что может происходить в периоды максимального водопотребления. Системы с электромагнитными индукционными нагревателями функционируют аналогично трансформатору. В данном случае, токи, наводимые во вторичной обмотке трансформатора, приводят к нагреву вторичной обмотки. Вода, циркулирующая по водяной рубашке, окружающей вторичную обмотку, отводит выделяющееся в ней тепло. Затем нагретую воду выпускают из системы для потребления. Управление обычно включает в себя контроль температуры воды на выходе из водяной рубашки и сравнение контролируемой температуры с параметром настройки заданной температуры. Напряжение, подаваемое на первичную обмотку можно регулировать в зависимости от контролируемой выходной температуры воды, что обеспечивает регулировку электрических токов, наводимых во вторичной обмотке, пока температура воды не достигнет искомого параметра настройки заданной температуры. Хотя система данного типа свободна от недостатка энергозатратности, обусловленного хранением горячей воды, у данной системы также есть некоторые другие недостатки. В частности, вторичную обмотку необходимо нагревать до температур выше температуры окружающей воды. Поэтому имеет место вышеупомянутый эффект наведения кристаллизации растворенных солей. Поскольку между вторичной обмоткой и окружающей водяной рубашкой обычно создают сравнительно узкий просвет, то образующиеся кристаллы также могут ослаблять водяной поток в рубашке.

Кроме того, создаваемые магнитные поля и сильные токи, наводимые во вторичной обмотке, могут в результате привести к излучению электрических и радиочастотных помех недопустимого уровня. Данные электрические или радиочастотные помехи могут с трудом поддаваться подавлению или экранированию и нарушать функционирование других устройств, чувствительных к электромагнитным излучениям и находящимся в зоне распространения упомянутых электромагнитных полей.

Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача создания устройства, предназначенного для быстрого нагревания жидкости, в частности воды, с помощью электроэнергии и свободного, по меньшей мере, от некоторых недостатков других систем.

Кроме того, задачей изобретения является создание усовершенствованного способа, предназначенного для быстрого нагревания воды с помощью электроэнергии и сводящего до минимума расход энергии.

Задачей изобретения является также создание усовершенствованной системы, предназначенной для нагревания воды с помощью электроэнергии и обеспечивающей относительно быстрое нагревание воды, подходящее для бытовых и/или технических целей.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованных устройства и способа, предназначенных для быстрого электрического нагревания жидкости и облегчающих регулирование выходной температуры, при сведении до минимума кристаллизации растворенных солей.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованной системы нагревания жидкости, работающей от сети электроснабжения, обычной для жилых и хозяйственных зданий.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованного нагревательного устройства, которое можно изготавливать в модификациях с разными производительностями по расходу жидкости.

Еще одной задачей изобретения является создание устройства для нагревания жидкости, которое можно выполнить в модификации для работы с разными жидкостями или водой переменной жесткости. Еще одной задачей изобретения является создание устройства для нагревания жидкости, которое можно устанавливать вблизи места выпуска горячей воды для сокращения тем самым запаздывания поступления горячей воды и сокращения благодаря этому излишних потерь воды.

Понятно, что любые устройства, изделия и т.д. будут рассмотрены в настоящем описании исключительно для изложения существа настоящего изобретения. Данное описание не дает права считать, что какие-либо или все данные материалы либо составляют основу известного уровня техники, либо были общеизвестны в области техники, к которой относится настоящее изобретение, в том виде, в котором данная область техники существовала до даты приоритета каждого пункта настоящей заявки.

Краткое изложение существа изобретения

В соответствии с одной особенностью настоящего изобретения предлагается устройство для нагревания жидкости, содержащее пропускное устройство, определяющее канал течения нагреваемой жидкости, средство измерения температуры жидкости на впуске, предназначенное для измерения температуры жидкости, подлежащей нагреванию, совокупность групп электродных устройств, помещенных в канал течения или формирующих упомянутый канал, между которыми протекает упомянутая жидкость, при этом упомянутые группы электродных устройств содержат, по меньшей мере, первую и вторую группы электродов вдоль канала течения жидкости, а упомянутая первая группа электродов и упомянутая вторая группа электродов, каждая, содержат, по меньшей мере, одну пару электродов, между которыми пропускают электрический ток через упомянутую жидкость для нагревания жидкости в процессе ее протекания по каналу течения, первое средство измерения температуры на выпуске за второй группой электродов, средство измерения расхода жидкости и средство электрической регулировки для подачи и регулирования электрической мощности на электродах каждой группы, при этом упомянутое средство регулировки содержит средство обработки для установления связи между протекающим током и прикладываемым напряжением в зависимости от измеренных температур на впуске и выпуске и расхода жидкости для определения мощности, которую каждая группа электродов должна подводить к жидкости, чтобы обеспечить необходимую температуру жидкости за второй группой электродов.

В соответствии с предпочтительным вариантом, пропускное устройство содержит кольцевое пространство между пространственно разнесенными, по существу, коаксиальными цилиндрическими элементами. Пропускное устройство может определять ряд параллельных каналов течения для жидкости.

В соответствии с одним вариантом осуществления, второе средство измерения температуры измеряет температуру жидкости между первой и второй группами электродов, а средство регулировки регулирует мощность, подаваемую на первую и вторую группы электродов, в соответствии с измеренными температурами и необходимым приростом температуры жидкости при протекании жидкости между соответствующими группами электродов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, электродное устройство содержит, по меньшей мере, три пары электродов, пространственно разнесенных вдоль канала течения. Электроды каждой пары пространственно разнесены поперечно каналу течения для того, чтобы напряжение, прикладываемое к электродам каждой пары, вызывало протекание электрического тока через жидкость поперечно каналу течения, когда жидкость протекает по пропускному устройству.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления, электродное устройство содержит цилиндрические, по существу, коаксиальные электроды, формирующие секцию пропускного устройства или помещенные в ней. В соответствии с предпочтительным вариантом, пропускное устройство содержит три секции, при этом каждая пропускная секция содержит впускное отверстие и выпускное отверстие, секции соединены между собой последовательно так, что выпускное отверстие первой секции составляет впускное отверстие второй секции, а выпускное отверстие второй секции составляет впускное отверстие третьей секции, с электродами в каждой из трех секций.

При данной схеме построения выпускные отверстия первой и второй секций содержат средства измерения температуры жидкости, а средство регулировки регулирует мощность, подаваемую на электроды каждой секции в соответствии с измеренными температурами на впуске и выпуске каждой секции и заданной необходимой разностью температур.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, каждая пропускная секция сформирована пространственно разнесенными, по существу, коаксиальными цилиндрическими электродами, определяющими кольцевой канал течения жидкости.

В соответствии с другим вариантом осуществления, пропускное устройство содержит больше трех пропускных секций, при этом каждая секция содержит впускное и выпускное отверстия, секции соединены между собой последовательно, а средство регулировки регулирует мощность, подаваемую на пару электродов каждой секции, в соответствии с измеренными температурами на впуске и выпуске каждой секции и заданной необходимой разностью температур для каждой секции.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, регулировку электроэнергии, подводимой к жидкости, обеспечивает микрокомпьютерная управляющая система. В соответствии с предпочтительным вариантом, микрокомпьютерная управляющая система способна определять и учитывать изменения удельной проводимости самой жидкости, обусловленные изменением температуры жидкости в самой системе, а также изменения электрической проводимости входящей жидкости. А именно, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, управляющая система контролирует и реагирует на электрическую проводимость или градиент удельной проводимости между впускным и выпускным отверстиями элементов нагревательной системы. В системе мгновенного нагревания жидкости по варианту осуществления настоящего изобретения, предназначенному для нагревания воды для бытовых нужд, изменения электрической проводимости входящей воды также могут быть обусловлены такими факторами, как изменения температур воды и изменения концентраций растворенных химикатов и солей, и тогда неизбежно приходится учитывать данные изменения. Однако в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, настоящее изобретение будет также обеспечивать учет изменений электрической проводимости жидкости в процессе нагревания жидкости внутри самой системы, т.е. будет осуществлять эффективное управление с учетом градиента удельной проводимости.

В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения, предлагается способ для нагревания жидкости, содержащий следующие этапы:

• пропускают жидкость по каналу течения;
• создают, по меньшей мере, две группы электродов, пространственно разнесенных вдоль канала течения;

• прикладывают регулируемое электрическое напряжение к электродам каждой группы, чтобы пропускать электрические токи через жидкость между электродами каждой группы;
• контролируют температуру жидкости на впуске канала течения;
• контролируют температуру жидкости на выпуске канала течения;
• контролируют токи, протекающие через жидкость между электродами каждой группы электродов при прикладывании регулируемого электрического напряжения; и регулируют регулируемое электрическое напряжение между электродами каждой группы электродов по удельной проводимости жидкости, установленной по контролируемым температурам жидкости и протекающим токам для данного расхода жидкости в каждой секции канала течения, из условия, чтобы количество электроэнергии, подводимой к жидкости, соответствовало заданному приросту температуры жидкости.

Предпочтительные варианты осуществления способа по настоящему изобретению могут дополнительно содержать следующие этапы.

Вводят поправки на изменение электрической проводимости жидкости, обусловленное изменениями температур и изменениями концентраций растворенных химикатов и солей, а также нагреванием жидкости, посредством изменения регулируемого электрического напряжения, чтобы учесть изменения удельной проводимости при повышении температуры жидкости на необходимую величину.

Вышеописанный этап можно выполнять регулировкой электрической мощности, подаваемой на группы электродов, чтобы обеспечивать необходимый постоянный прирост температуры жидкости в пределах данного электродного сегмента. Затем регулируемое электрическое напряжение можно корректировать, чтобы вводить поправки на изменение удельной проводимости жидкости в пределах сегмента канала течения, относящегося к каждой паре электродов, которая влияет на ток, протекающий через жидкость в пределах данного сегмента. Таким образом, можно по отдельности учитывать изменения удельной проводимости жидкости, протекающей через отдельные электродные сегменты. Поэтому система способна эффективно регулировать и учитывать результирующий градиент удельной проводимости по всей системе.

Аналогично, система по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно содержит средство для учета изменений удельной проводимости жидкости, обусловленных нагреванием жидкости. Данное средство может содержать температурный датчик для измерения температуры жидкости на выпуске системы для сравнения с температурой жидкости на впуске каждой секции, чтобы определить, получен ли необходимый прирост температуры жидкости.

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления перед электродными сегментами устанавливают температурный датчик, чтобы формировался сигнал, соответствующий температуре жидкости перед ее протеканием между сегментами. При установке температурного датчика перед электродными сегментами, можно определять разность между температурой входящей жидкости и заданной температурой выходящей жидкости. Пользователь может настраивать заданную температуру выходящей жидкости с помощью настраиваемого средства регулировки.

Объем жидкости, протекающей между любой группой электродов можно точно определить измерением размеров прохода, в пределах которого жидкость испытывает воздействие электродов, с учетом скорости потока жидкости.

Аналогично, время, за которое будет осуществляться подвод электроэнергии к данному объему жидкости, можно определить измерением расхода жидкости через проход. Прирост температуры жидкости пропорционален количеству электроэнергии, подведенной к жидкости. Количество электроэнергии, необходимой для повышения температуры жидкости на известную величину, пропорциональна массе (объему) нагреваемой жидкости и расходу жидкости через проход. Измеренное значение электрического тока, протекающего через жидкость, можно использовать как меру электрической проводимости или удельной проводимости данной жидкости, что дает возможность определить изменение прикладываемого напряжения, необходимое для обеспечения постоянного значения подводимой электроэнергии. Электрическая проводимость и, следовательно, удельная проводимость нагреваемой жидкости будет изменяться с повышением температуры, что приводит к формированию градиента удельной проводимости вдоль канала течения жидкости. Энергию, необходимую для повышения температуры массы жидкости, можно определить из совокупности двух уравнений:

Уравнение 1

Энергия = Удельная теплоемкость × Плотность × Объем × Изменение температуры.

Для анализа удельную теплоемкость воды можно считать постоянной в температурном интервале от 0°С до 100°С.Плотность воды также можно считать постоянной величиной, равной 1. Поэтому количество энергии, необходимое для изменения температуры единичной массы воды на 1°С в 1 сек считают постоянной величиной и обозначают "k". Отношение «Объем/Время» эквивалентно расходу (Fr). Следовательно:

Таким образом, если известно заданное изменение температуры, то можно определить расход и вычислить необходимую мощность.

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, электроды разделяют на сегменты и измеряют температуры на впусках и выпусках. Измерение температуры позволяет вычислительному устройству, предусмотренному в составе микрокомпьютерной управляющей системы, определять напряжение, которое следует прикладывать к электродам электродного сегмента, чтобы подводить необходимое количество электроэнергии к жидкости с обязательным учетом изменений удельной проводимости жидкости для того, чтобы повысить температуру жидкости на заданную величину.

Обычно, когда пользователь нуждается в нагретой воде, открывают кран горячей воды, и вода начинает течь. Данный поток воды допускает регистрацию расходомером и включает цикл нагревания. Температуру входящей воды можно измерить и сравнить с параметром настройки заданной температуры воды на выпуске системы. По двум данным значениям можно определить необходимое изменение температуры воды от впуска до выпуска.

Естественно, с течением времени можно повторять измерения температуры воды на впуске электродного сегмента, и, когда измеренное значение температуры входящей воды изменяется, расчетное значение необходимого изменения температуры от впуска до выпуска электродных сегментов можно соответствующим образом скорректировать. Аналогично, при изменении температуры, изменении содержания минеральных веществ и т.д., могут со временем наблюдаться изменения электрической проводимости и, следовательно, удельной проводимости жидкости. Соответственно, ток, протекающий через жидкость, будет изменяться и тем самым вызывать изменения результирующей мощности, подводимой к воде. Повторные измерения с течением времени температур на выпусках электродных сегментов и сравнение результатов данных измерений с заданными значениями температур на выпуске позволит повторять вычисления, чтобы корректировать напряжение, прикладываемое к электродам сегментов.

В одном предпочтительном варианте осуществления, вычислительное устройство, предусмотренное в составе микрокомпьютерной управляющей системы, используют, чтобы определять электрическую мощность, которую следует подводить к жидкости, протекающей между электродами, посредством определения количества электроэнергии, которое обеспечит заданное изменение температуры от впуска до выпуска электродного сегмента, и измерения влияния изменения на удельную проводимость воды, и по полученным результатам вычислять напряжение, которое следует прикладывать при данном расходе.

Регулировка электрической мощности

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, измеряют электрический ток, протекающий между электродами каждого электродного сегмента и, следовательно, через жидкость. Измеряют также температуры на впуске и выпуске электродных сегментов. Измерение электрического тока и температуры позволяет вычислительному устройству, предусмотренному в составе микрокомпьютерной управляющей системы, определять мощность, которую необходимо подводить к жидкости в пределах электродного сегмента, чтобы повышать температуру жидкости на заданную величину.

Ток, протекающий через жидкость, будет изменяться. С течением времени целесообразны повторные измерения тока, протекающего через жидкость, чтобы можно было выполнять повторные вычисления, что позволяет обеспечивать подходящую электрическую мощность, подаваемую на электродный сегмент.

В соответствии с одним вариантом осуществления, вычислительное устройство, предусмотренное в составе микрокомпьютерной управляющей системы, определяет электрическую мощность, которую следует подводить к жидкости, протекающей между электродами, и тем самым вычисляет среднее напряжение, которое требуется прикладывать для обеспечения, по существу, постоянного изменения температуры.

Нижеприведенное уравнение (2) облегчает как можно более точное мгновенное вычисление потребной электрической мощности. Данный подход исключает неизбежность излишнего водопотребления, необходимого для того, чтобы первоначально пропустить через систему некоторое количество воды для последующего облегчения подачи воды при необходимой температуре. Это обеспечивает возможность экономии воды. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, после определения электрической мощности, которую следует подводить к жидкости, протекающей между электродами, вычислительное устройство может вычислить из нижеприведенного уравнения напряжение, которое следует прикладывать к каждому электродному сегменту (ES), если можно вычислить мощность, необходимую для электродного сегмента, и измерить ток, протекающий в пределах электродных сегментов (n):

Уравнение (2)

Напряжение ESn (Vappn) = Мощность ESn (Preqn)/Ток ESn (Isn) Vappn = Preqn/Isn

В рамках начального цикла нагревания, прикладываемое напряжение можно настроить на относительно низкое значение, чтобы определить исходную удельную проводимость жидкости, протекающей между электродами. Напряжение, прикладываемое к электродам, вызовет протекание тока через жидкость, протекающую между данными электродами, что позволит определить удельную проводимость жидкости, поскольку удельная проводимость прямо пропорциональна току, протекающему через жидкость. Соответственно, после определения электрической мощности, которую следует подводить к жидкости, протекающей между электродами электродных сегментов, можно определить необходимое напряжение, которое следует прикладывать к данным электродам, чтобы повышать температуру жидкости, протекающей между электродами электродных сегментов, на необходимую величину. Мгновенный ток, протекающий через жидкость, целесообразно непрерывно контролировать на предмет его изменения на отрезке нагревательного канала. Любое изменение мгновенного тока, протекающего в любой точке нагревательного канала, указывает на изменение электрической проводимости или удельной проводимости жидкости. Изменение значений удельной проводимости жидкости, протекающей между электродами электродных сегментов, фактически определяет градиент удельной проводимости вдоль нагревательного канала.

Целесообразно непрерывно контролировать различные параметры и непрерывно производить вычисления, чтобы определять электрическую мощность, которую следует подводить к жидкости, и напряжение, которое следует прикладывать к электродам, чтобы повышать температуру жидкости до заданной температуры в данный период.

Краткое описание чертежей

Ниже следует описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет принципиальную блок-схему системы быстрого нагревания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет пояснение некоторых символов, использованных на фиг.1; а

Фиг.3 изображает одну из форм узла электродного сегмента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание примеров осуществления изобретения

На фиг.2 представлен другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором поток воды направляется через три ячейки 51, 52 и 53, которые соединены между собой соединительными патрубками 54 и 55. Впускной патрубок 56 для воды обеспечивает подачу воды в ячейки 51, 52 и 53, а выпускной патрубок 57 для воды выпускает воду из системы.

Блок управления 58, смонтированный на одной боковой стороне системы, управляет работой системы; а в точке 59 блок управления 58 подключен к источнику сетевого питания. В системе по данному варианту осуществления каждая отдельная ячейка 51, 52 и 53 содержит одну группу электродов, между которыми протекает вода, протекающая через систему. Вследствие этого в каждую ячейку поступает вода с температурой на впуске, которая зависит от относительного расположения ячейки.

Система управления в данном варианте осуществления действует аналогично вышеприведенному описанию. Осуществляется непрерывное измерение температур воды на впуске и выпуске каждой ячейки, а напряжения, прикладываемые к электродам каждой ячейки, регулируются так, чтобы подавать необходимую мощность в каждую ячейку для равномерного повышения температуры воды, протекающей от впускного патрубка 56 до выпускного патрубка 57.

Как видно из фиг.3, каждая отдельная ячейка, изображенная на фиг.2, может содержать пару радиально разнесенных коаксиальных электродов 61 и 62, формирующих кольцевой канал 63 течения жидкости. Внешний электрод 61 выполнен из трубы, изготовленной из электропроводящего материала, а впускной патрубок 64 для жидкости обеспечивает поступление жидкости в кольцевой канал 63 между электродами 61 и 62.

Внутренние электроды 62 также могут быть выполнены в виде трубы из электропроводящего материала, коаксиально смонтированной внутри внешнего электрода 61. Коаксиальный монтаж может содержать торцевую вставку 66, закрепленную в одном конце внутреннего электрода 62, проставку 67, надеваемую на концевой участок внутреннего электрода 62 и заходящую под концевой участок внешнего электрода 61, и торцевую крышку 68, прикрепленную к вставке 66 болтом 69. Установку проставки 67 в кольцевой зазор между внутренним и внешним электродами 61 и 62 осуществляют по посадке с натягом или плотной, чтобы тем самым обеспечить уплотнение данного канала и обеспечить отсутствие утечек жидкости при протекании жидкости по каналу течения.

Выполненная таким образом ячейка обеспечивает подачу напряжения между внутренним и внешним электродами 61 и 62 из условия, чтобы ток мог протекать между поверхностями электродов и через жидкость, протекающую по кольцевому каналу 63 течения. Соединения для подачи электрической мощности на внутренний электрод 62 можно выполнять через торцевую вставку 66 и торцевую крышку 68.

Внешний электрод 61 может быть облицован изоляционным материалом, чтобы обеспечить электробезопасные условия эксплуатации водонагревательной системы. Упомянутый изоляционный материал может быть выполнен в виде пластиковой трубы или подобной конструкции, которая сопрягается по плотной посадке с внешней поверхностью внешнего электрода 61.

Специалистам в данной области техники очевидно, что для осуществления настоящего изобретения можно использовать любое число групп электродов. Следовательно, хотя описанные варианты осуществления изобретения содержат три пары электродов, число электродов можно увеличивать или уменьшать в соответствии с индивидуальными требованиями нагревания жидкости. Если число электродов увеличить до, например, шести пар, то электрическое напряжение на каждой отдельной паре можно по отдельности регулировать аналогично тому, как в описанных вариантах осуществления.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее пропускное устройство, определяющее канал течения нагреваемой жидкости, средство измерения температуры жидкости на впуске, предназначенное для измерения температуры жидкости, подлежащей нагреванию, совокупность групп электродных устройств, помещенных в канал течения или формирующих упомянутый канал, между которыми протекает упомянутая жидкость, при этом упомянутые группы электродных устройств содержат, по меньшей мере, первую и вторую группы электродов вдоль канала течения жидкости, а упомянутая первая группа электродов и упомянутая вторая группа электродов каждая содержит, по меньшей мере, одну пару электродов, между которыми пропускают электрический ток через упомянутую жидкость для нагревания жидкости в процессе ее протекания по каналу течения, первое средство измерения температуры на выпуске за второй группой электродов, средство измерения расхода жидкости и средство электрической регулировки для подачи и регулирования электрической мощности на электродах каждой группы, при этом упомянутое средство регулировки содержит средство обработки для установления связи между протекающим током и прикладываемым напряжением в зависимости от измеренных температур на впуске и выпуске и расхода жидкости для определения мощности, которую каждая группа электродов должна подводить к жидкости, чтобы обеспечить необходимую температуру жидкости за второй группой электродов.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутое пропускное устройство содержит кольцевое пространство между пространственно разнесенными, по существу, коаксиальными цилиндрическими элементами.

3. Устройство по п.1, в котором второе средство измерения температуры выполнено с возможностью измерения температуры жидкости между первой и второй группами электродов, а средство регулировки выполнено с возможностью регулирования мощности, подаваемой на первую и вторую группы электродов, в соответствии с измеренными температурами и необходимым приростом температуры жидкости при протекании жидкости между соответствующими группами электродов.

4. Устройство по п.1, в котором упомянутая совокупность групп электродных устройств содержит третью группу электродов, расположенную за упомянутой второй группой электродов, а третье средство измерения температуры на выпуске выполнено с возможностью измерения температуры жидкости за третьей группой электродов.

5. Устройство по п.1, в котором электродное устройство содержит цилиндрические, по существу, коаксиальные электроды, формирующие отдельные секции пропускного устройства вдоль канала(ов) течения жидкости.

6. Устройство по п.1, в котором упомянутое пропускное устройство содержит три секции, при этом каждая пропускная секция содержит впускное отверстие и выпускное отверстие, секции соединены между собой последовательно так, что выпускное отверстие первой секции является смежным с впускным отверстием второй секции, а выпускное отверстие второй секции является смежным с впускным отверстием третьей секции, с группой электродов в каждой секции.

7. Устройство по п.6, в котором выпускные отверстия каждой из первой, второй и третьей секций содержат средство измерения температуры жидкости, а упомянутое средство регулировки выполнено с возможностью регулирования мощности, подаваемой на электроды каждой секции, в соответствии с измеренными температурами на впуске и выпуске каждой секции и заданной необходимой разностью температур.

8. Устройство по п.6, в котором каждая пропускная секция сформирована пространственно разнесенными, по существу, коаксиальными цилиндрическими электродами, определяющими кольцевой канал течения жидкости.

9. Устройство по п.1, в котором упомянутое пропускное устройство содержит больше трех пропускных секций, при этом каждая секция содержит впускное и выпускное отверстия, секции соединены между собой последовательно, а средство регулировки выполнено с возможностью регулировки мощности, подаваемой на пару электродов каждой секции, в соответствии с измеренными температурами на впуске и выпуске каждой секции и заданной необходимой разностью температур.

10. Устройство по п.9, в котором заданная необходимая разность температур определяется как функция напряжения, прикладываемого к соответствующим электродам, и измеренных значений протекающего тока, температур на впуске и выпуске секций, расхода жидкости и температур входящей и вытекающей жидкости.

11. Устройство по п.1, в котором средство регулировки выполнено с возможностью подачи регулируемого напряжения на пары электродов с частотой следования импульсов, которая является субгармоникой промышленной частоты напряжения питания, а регулирование мощности, подаваемой на электроды, осуществляется регулированием числа импульсов в единицу времени.

12. Устройство по п.1, в котором упомянутым пропускным устройством определяется ряд параллельных каналов течения для упомянутой жидкости, при этом каждый канал течения содержит совокупность групп электродных устройств, помещенных в канал течения или формирующих канал течения.

13. Способ нагрева жидкости, содержащий следующие этапы:

пропускают жидкость по каналу течения;

создают, по меньшей мере, две группы электродов, пространственно разнесенных вдоль канала течения;

прикладывают регулируемое электрическое напряжение к электродам каждой группы, при этом пропускают электрические токи через жидкость между электродами каждой группы;

контролируют температуру жидкости на впуске канала течения;

контролируют температуру жидкости на выпуске канала течения;

контролируют токи, протекающие через жидкость между электродами каждой группы электродов, в зависимости от прикладываемого регулируемого электрического напряжения и

регулируют регулируемое электрическое напряжение между электродами каждой группы электродов по удельной проводимости жидкости, установленной по контролируемым температурам жидкости и протекающим токам для данного расхода жидкости в каждой секции канала течения, из условия, что количество электроэнергии, подводимой к жидкости, соответствует заданному приросту температуры жидкости.

14. Способ нагрева жидкости по п.13, содержащий этап, на котором контролируют температуру жидкости между группами электродов.

15. Способ нагрева жидкости по п.13, содержащий этап, на котором электрическую мощность, подводимую к жидкости, регулируют микрокомпьютерной управляющей системой.

16. Способ нагрева жидкости по п.13, содержащий этап, на котором учитывают и реагируют на изменения электрической проводимости жидкости в процессе нагревания жидкости внутри системы вместе с измеренным расходом жидкости, температуры жидкости на впуске и необходимой скорости повышения температуры.

17. Способ нагрева жидкости по п.13, содержащий этап, на котором вводят поправки на изменение электрической проводимости жидкости, обусловленное изменениями температур и изменениями концентраций растворенных химикатов и солей, а также нагреванием жидкости посредством изменения среднего электрического напряжения, при этом учитывают изменения удельной проводимости при повышении температуры жидкости на необходимую величину.

18. Способ нагрева жидкости по любому из пп.13-17, содержащий этапы, на которых создают, по меньшей мере, три группы электродов в потоке жидкости и прикладывают электрическое напряжение к электродам каждой пары в соответствии с контролируемыми температурами жидкости в точках перед и за парами электродов.

19. Способ нагрева жидкости по п.18, содержащий этапы, на которых контролируют температуру жидкости в канале течения по обе стороны каждой пары электродов и регулируют по отдельности электрическую мощность, подаваемую на пары электродов каждой группы электродов, при этом обеспечивают необходимый постоянный прирост температуры жидкости в пределах данного сегмента потока жидкости, прилежащего к соответствующим парам электродов.

20. Система для нагрева жидкости, содержащая, по меньшей мере, один канал течения нагреваемой жидкости, впускное отверстие для жидкости, средство измерения температуры входящей жидкости, по меньшей мере, две пары электродов, помещенных в канал течения или формирующих канал течения, при этом пары электродов пространственно разнесены вдоль канала течения, средство измерения температуры жидкости на выпуске каждой пары электродов, средство измерения расхода жидкости, средство электрической регулировки для подачи и регулирования электрической мощности на электродах каждой пары, при этом упомянутое средство регулировки содержит средство обработки для установления отношения между протекающим током, прикладываемым напряжением, температурой входящей жидкости, температурой жидкости на соответствующих выпусках и расходом жидкости для определения мощности, которую необходимо подводить к жидкости каждой парой электродов, чтобы обеспечить необходимую температуру выходящей в определенное время жидкости.

21. Система для нагрева жидкости по п.20, в которой упомянутый канал течения содержит кольцевое пространство между пространственно разнесенными, по существу, коаксиальными цилиндрическими элементами.

22. Система для нагрева жидкости по п.20, в которой упомянутые цилиндрические элементы составляют упомянутые электроды.

23. Система для нагрева жидкости по п.20, содержащая ряд параллельных каналов течения для упомянутой жидкости, при этом каждый канал течения содержит совокупность групп электродных устройств, помещенных в канал течения или формирующих канал течения.

24. Система для нагрева жидкости по п.20, в которой упомянутый канал течения содержит три секции, при этом каждая секция содержит впускное отверстие и выпускное отверстие, секции соединены между собой последовательно так, что выпускное отверстие первой секции является смежным с впускным отверстием второй секции, а выпускное отверстие второй секции является смежным с впускным отверстием третьей секции, с электродами в каждой секции.

25. Система для нагрева жидкости по п.20, в которой устройства измерения температуры жидкости размещены вблизи каждой группы электродов, а упомянутым средством регулировки регулируется мощность, подаваемая на электроды каждой секции, в соответствии с измеренными температурами на впуске и выпуске каждой секции и заданной необходимой разностью температур в каждой секции.

26. Система для нагрева жидкости по п.20, в которой средством регулировки подается напряжение на пары электродов с частотой следования импульсов, которая является субгармоникой промышленной частоты напряжения питания, а регулирование мощности, подаваемой на каждую пару электродов, осуществляется путем изменения числа импульсов

Имя изобретателя: ИЗРАЕЛЬСОН Седрик (AU); ВАН АКЕН Роберт К (AU)
Имя патентообладателя: МАЙКРОХИТ ПТИ ЛТД (AU)
Почтовый адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", Егоровой Г.Б.
Дата начала отсчета действия патента: 2002.08.12

Современным и наиболее экономичным прибором для нагрева воды является индукционный водонагреватель. В отличие от аналогов он полностью экологичен, не сушит и не выжигает воздух, отвечает современным требованиям безопасности. Может применяться как в качестве проточного водонагревателя, так и исполнять роль котла для отопления помещения. Устройство обычно покупают в магазине, предлагаем альтернативу – самостоятельное изготовление. В последнем случае прибор, может, и не будет иметь такого привлекательного внешнего вида, но обойдется намного дешевле.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

• намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
• полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
• во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
• имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
• ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

• первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
• второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
• третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система .

Индукционный водонагреватель своими руками: схема

Прибор представляет собой трансформатор, имеющий две обмотки: первичную и вторичную. Первый контур преобразует электрическую энергию в вихревые токи, тем самым создает индукционное поле направленного действия, что и обеспечивает индукционный нагрев . На вторичном контуре преобразованная энергия передается теплоносителю (в нашем случае – это вода).

Важно учитывать тип материала, из которого изготовлена обмотка. Так, в бытовых моделях чаще всего используется медный провод. Такой материал хорошо подойдет для нагрева воды в котлах.

Кроме трансформатора в устройстве присутствует генератор и насос (необязательно).

Схема простого индукционного водонагревателя. Как видно, прибор имеет довольно простую конструкцию и малое количество элементов.

Узлы и детали теплогенератора

Устройство включает в себя:

• генератор переменного тока, который увеличивает частоту тока;
• индуктор, трансформирующий электроэнергию в магнитную энергию, представляет собой катушку из медной проволоки;
• нагревательный элемент, чаще всего его роль играет металлическая труба.

Благодаря такой конструкции передача энергии осуществляется практически без потерь. КПД достигает 98%.

Принцип работы

Индукционный водонагреватель состоит из генератора, катушки и сердечника, последний нагревается за счет электромагнитной энергии

Прибор преобразует электрическую энергию в электромагнитную. Последняя, в свою очередь, воздействует на сердечник (трубу), который нагревается и передает воде тепловую энергию. Преобразовывает все эти энергии индуктор, состоящий из катушки и сердечника. Генератор используется для повышения частоты тока, так как со стандартной частотой в 50 Гц сложно добиться высокого нагрева.

В заводских моделях частота тока достигает 1 кГц.

Проточный индукционный водонагреватель своими руками

Прежде чем приступать к монтажу, вам необходимо запастись необходимыми деталями. Так, лучшим вариантом будет сварочный высокочастотный инвертор, плавно изменяющийся диапазон силы тока . Такое устройство обойдется дешевле всего. Более дорогим вариантом станет трехфазный трансформатор, являющийся источником питания переменного тока для индуктора водонагревателя. В таком случае стоит использовать катушку на 50-90 витков, а в качестве материала взять медную проволоку с диаметром 3 или более миллиметров.

В качестве сердечника можно использовать как металлическую, так и полимерную трубу вместе с проволокой (используется как нагревательный элемент). В последнем случае толщина стен не должна быть менее 3 мм, чтобы спокойно выдерживать высокие температуры.

Для сборки водонагревателя вам понадобятся: кусачки, отвертки, паяльник и сварочный аппарат, если используется металлическая труба.

Монтаж индукционного нагревателя воды

Обмотайте трубу медной проволокой, сделав около 90 витков.

Вариантов сборки устройства существует множество. Предлагаем попробовать собрать прибор по следующей схеме:

1. Подготовьте рабочее место, материалы и инструменты.
2. Зафиксируйте небольшой отрезок полимерной трубы (не забывайте, что минимальная толщина стенки должна составлять 3 мм).
3. Обрежьте торцы сердечника, чтобы осталось 10 см в запасе провода для отводов.
4. На нижнем отводе смонтируйте уголок. В дальнейшем сюда следует подключить обратку от отопления (если нагреватель используется в качестве котла).
5. Плотно уложите рубленый провод вокруг трубы. Необходимо сделать не менее 90 витков.
6. Установите на верхнем патрубке тройник, через который будет выходить горячая вода.
7. Смонтируйте защитный контур устройства. Его можно изготовить как из полимера, так и из металла.
8. Подключите к клеммам водонагревателя медную проволоку, затем заполните сердечник водой.
9. Проверьте работоспособность индуктора.

Рекомендации. На всех выводах лучше устанавливать шаровые краны для удобства и простоты демонтажа водонагревателя в случае поломки. А вот заполнять металлическими кусочками трубу необязательно, так как должного эффекта это не дает. Не забудьте оставить окошко в корпусе для доступа к панели управления сварочного аппарата.

Индукционные нагреватели воды для отопления

Схема отопления, где в роли нагревателя теплоносителя служит индукционный котел.

Подобное устройство хорошо зарекомендовало себя не только в качестве проточного водонагревателя, но и котла для отопления. Правда, в таком случае сварочный аппарат в роли генератора уже не подойдет, придется использовать трансформатор, имеющий две обмотки . Последний трансформирует вихревые токи, возникающие на первичной обмотке в электромагнитное поле, которое создается на вторичном контуре.

В системе отопления теплоносителем может быть не только вода, но и масло или антифриз. То есть любая жидкость, способная проводить электрический ток.

Котел из индукционного водонагревателя нужно оснастить двумя патрубками для горячей и холодной воды. С нижнего будет поступать холодная вода, его нужно монтировать на вводном участке линии, а сверху необходимо расположить патрубок, который будет подавать горячую воду в систему отопления. В итоге циркуляция воды осуществляется естественным путем под действием конвекции без насоса.

Что нужно знать о безопасности

Не забывайте, что мы имеем дело с источником повышенной опасности – электрическим нагревательным прибором, поэтому при его сборке и использовании необходимо соблюдать некоторые правила:

Обязательно используйте отдельную электрическую линию для подключения индукционного котла, а также оснастите его группой безопасности.

1. Если в котле циркуляция воды осуществляется естественным путем, то обязательно оснащайте его датчиком температуры, чтобы при перегреве устройство отключалось автоматически.
2. Не подключайте самодельный водонагреватель в розетку, лучше проведите для этого отдельную линию с увеличенным сечением кабеля.
3. Все открытые участки проводов нужно заизолировать, чтобы обезопасить людей от удара током или ожога.
4. Ни в коем случае не включайте индуктор, если труба не заполнена водой . В противном случае труба расплавится, а прибор замкнет или он может и вовсе загореться.
5. Устройство нужно монтировать на высоте 80 см от пола, но так, чтобы до потолка оставалось около 30 см. Также не стоит его устанавливать в жилой зоне, так как электромагнитное поле плохо сказывается на здоровье людей.
6. Не забудьте сделать заземления индуктора.
7. Обязательно подключайте прибор через автомат, чтобы в случае аварии последний отключил питание от водонагревателя.
8. В систему трубопровода нужно вмонтировать предохранительный клапан, который будет снижать давление в системе автоматически.

Заключение

Индукционный водонагреватель имеет высокий КПД, может выступать в роли котла для системы отопления, также допускается самостоятельная сборка и установка, а его использование никак не регламентируется законом РФ. Но все же прежде чем его использовать, стоит взвесить все за и против. Несмотря на высокую эффективность, прибор потребляет большое количество энергии, считается небезопасным (особенно самодельный) и плохо воздействует на здоровье человека. Поэтому рекомендуем монтировать индуктор в частном доме или на даче.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева жидкости в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве. Задачей изобретения является получение более энергоэффективного способа и экономичной установки для нагрева воды. Технический результат достигается в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора, и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор поток воды разрывают воздушной полостью в зоне ее фазового перехода, в которой обеспечивают соударение капель воды при ее выходе в конусах распыления. На входе корпуса теплогенератора образована воздушная полость, а улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева воды в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве, строительстве, в частности в системах отопления зданий и сооружений, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов.

Известны различные способы гидродинамического нагрева воды и созданные на их основе конструкции различных устройств и теплогенераторов, использующих для получения тепловой энергии изменения физико-механических параметров среды, например, давления и объема в движущемся потоке воды.

Например, известен способ гидродинамического нагрева жидкости по патенту РФ № 2156412, по которому нагрев достигается повышением аномальной генерации тепла за счет ударного гидродинамического торможения на встречных струях кавитирующей жидкости, вытекающей с большой скоростью из встречно-направленных соосных сопел.

Известен способ получения тепла по патенту РФ № 2165054, принятый за прототип, в котором тепло, нагревающее воду, получают путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке и подаче воды в поток при температуре 63-90°С.

Однако указанные известные способы недостаточно энергоэффективны.

Известен теплогенератор "Рязань" по авт. св. № 17039240, используемый для нагрева жидкости путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую. Из нагнетателя через напорный патрубок жидкость поступает в трубопровод. Затем часть ее направляется в струйный аппарат и через сопло и всасывающий патрубок возвращается в нагреватель. Другая часть жидкости направляется в теплообменник, где отдает часть тепла потребителю, затем отсасывается струйным аппаратом и с повышенным давлением, предотвращающим кавитацию, подается к нагнетателю. Нагревание происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкости. Недостатками данной конструкции являются низкий КПД установки и повышенный уровень шума.

Наиболее близкое техническое решение к заявленной установке и принятое за прототип, это изобретение по патенту РФ № 2132517 «Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости». Согласно этому изобретению устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, насос, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, имеющим блок ускорителей движения жидкости в виде улиток, а к насосу присоединен напорный трубопровод. Судя из описания этого изобретения, в нем реализуются следующие источники тепла для нагрева воды:

Гашение волн воды от лопаток рабочего колеса насоса;

Гидродинамические турбулентные течения в параллельных вихревых трубах;

Акустическая кавитация;

Ударное воздействие вихревого потока воды на тормозное устройство.

Однако данное техническое решение слишком сложно по конструкции и в то же время недостаточно эффективно.

Задачей заявленного технического решения является получение более энергоэффективного способа гидродинамического нагрева воды и экономичной установки для нагрева воды, использующей предложенный способ.

Решение поставленной задачи обеспечивается получением такого технического результата как уменьшение теплоемкости воды при ее фазовом переходе в воздушной полости корпуса теплогенератора, т.е. при переходе из фазы с теплоемкостью 4200 Дж/кг°С в фазу с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С. Кроме этого, дополнительными источниками тепла в заявленном способе и установке будут:

Центробежный насос;

Гидродинамические турбулентные течения в вихревых трубах;

Частичное использование эффекта Ранке в вихревых трубах в фазе с теплоемкостью 2100 Дж/кг°С;

Соударение капель при выходе воды в конусах распыления при выходе воды из вихревых труб напорной и сливной магистралей.

Таким образом, суммарная энергия (теплоемкость) заявленной установки будет составлять:

Q акк =Q н +Q в.т. +Q изб. +Q р +Q с,

где Q н - тепловая энергия центробежного насоса;

Q в.т. - тепловая энергия диссипации в вихревых трубах;

Q изб. - избыточная тепловая энергия, связанная с переходом воды из фазы с C 1 =4200 Дж/кг°С в фазу C 2 =2100 Дж/кг°С;

Q p - тепловая энергия эффекта Ранке в фазе C 2 ;

Q c - тепловая энергия от соударения капель в корпусах распыления воды.

Указанная суммарная энергия (теплоемкость) достигается в способе гидродинамического нагрева воды, при котором в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре (магистрали), формируют (скоростной) вихревой поток воды за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю. При этом на входе в теплогенератор в потоке воды обеспечивают образование воздушной полости.

В частном случае заявленного способа в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее выходе через два конуса распыления.

Заявленный технический результат достигается в техническом решении установки для нагрева воды, выполненной в виде замкнутого контура (магистрали), содержащем теплогенератор, в дне (нижнем торце) корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса. Кроме того, на входе в корпус теплогенератора в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

В частном случае заявленного решения установки на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, соединенные через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

В другом частном случае заявленной установки ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи:

R бат /R нас 1/100,

В третьем частном случае заявленной установки соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах: С бат /С тп 4.

В четвертом частном случае корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости корпуса к трубопроводу всасывания.

В пятом частном случае - диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

В шестом частном случае - корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

Для пояснения сущности предлагаемого технического решения установки для нагрева воды прилагается ее принципиальная схема, изображенная на одном листе (фигура).

Установка для нагрева воды, показанная на фигуре, выполнена в виде замкнутого контура, в котором имеются теплогенератор, корпус 1 которого состоит из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними, в корпусе образованы воздушная 2 и водяная 3 полости. На верхней крышке корпуса установлен вакуумный насос 4 и клапан 5 сброса избыточного давления, а также подведены две вихревые трубы 6, идущие от логарифмических улиток 8. На первой вихревой трубе 6 установлен термоманометр 7. Поток воды в улитки поступает от напорного 9 и сливного 10 трубопровода, идущей от тепловых батарей 11, на входе которых установлен запорно-регулирующий вентиль 12. Второй запорно-регулирующий вентиль 13 установлен на напорном трубопроводе 9 после выхода из центробежного насоса 14, в который вода поступает по трубопроводу всасывания 16, идущего от корпуса теплогенератора 1. Воздушная полость 2 теплогенератора соединена с трубопроводом всасывания 16 дополнительным трубопроводом 15. Теплогенератор оборудован уровнемером 17.

Перед началом работы вся замкнутая магистраль, включая корпус теплогенератора, заполняется водой. Затем производится слив воды из корпуса 1 до определенной отметки на уровнемере 17 для образования воздушной полости 2, вихревых трубах 6 и логарифмических улитках 8, закрывается запорно-регулирующий вентиль 12, а вентиль 13 открыт до ограничителя. Эта степень открытия вентиля соответствует заданной точке расходно-напорной характеристики центробежного насоса 14.

После включения насоса 14 начинается циркуляция и нагрев потока воды по замкнутому контуру: вода из корпуса 1 теплогенератора по трубопроводу всасывания 16 поступает к насосу 14 и по напорному трубопроводу 9 через логарифмические улитки 8 и вихревые трубы 6 распыляется в воздушной полости 2 теплогенератора. При достижении в первой вихревой трубе 6 температуры кипения после некоторой выдержки открывается до ограничителя вентиль 12, ведущий к тепловым батареям 11, и начинается функционирование установки для нагрева воды в штатном режиме. При этом степень открытия вентиля 12 будет соответствовать заданному расходу через тепловые батареи. Энергоэффективность работы установки можно определить по формуле:

Q акк /N н,

где - энергоэффективность,

Q акк - полученная тепловая энергия,

N H - энергия, потребляемая насосом.

Опытные образцы установки для нагрева воды успешно прошли испытания совместно с тепловыми батареями водяного отопления.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ гидродинамического нагрева воды в теплогенераторе, установленном в замкнутом контуре, при котором в контуре формируют вихревой поток воды, за счет преобразования создаваемого насосом напора и ускоряют полученный поток в ускорителе движения воды, с последующим отводом получаемого в теплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю, отличающийся тем, что на входе в теплогенератор разрывают поток воды воздушной полостью.

2. Способ гидродинамического нагрева воды по п.1, отличающийся тем, что в воздушной полости обеспечивают соударение капель воды при ее входе в корпус через два конуса распыления.

3. Установка для нагрева воды, выполненная в виде замкнутого контура, содержащем теплогенератор, в нижнем торце корпуса которого имеется выходное отверстие, соединенное с трубопроводом всасывания, а также напорный трубопровод, соединенный с ускорителем движения воды, выполненным в виде улитки, соединенной с вихревой трубой и подсоединенной к верхнему торцу корпуса, отличающаяся тем, что на входе в корпус в потоке воды образована воздушная полость, улитка имеет форму логарифмической спирали, причем истечение жидкости из улитки в вихревую трубу осуществляется через полюс логарифмической спирали, а между всасывающим и напорным трубопроводами установлен центробежный насос и запорный вентиль.

4. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что на напорном трубопроводе установлен снабженный запорным вентилем с ограничителем отвод на тепловые батареи, которые соединены через сливной трубопровод и второй ускоритель движения воды с верхним торцом корпуса теплогенератора на расстоянии от первой вихревой трубы не более диаметра трубы.

5. Установка для нагрева жидкости по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель запорного вентиля, идущий к тепловым батареям, устанавливает следующее соотношение между расходом воды через насос и через тепловые батареи: R бат /R нас 1/100,

где R бат - расход воды через тепловые батареи,

R нас - расход воды через насос.

6. Установка для нагрева воды по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что соотношение объема воды в тепловых батареях и в корпусе теплогенератора должно быть в следующих пределах:

С бат /С тп 4.

7. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора снабжен вакуумным насосом и установлен дополнительный трубопровод, идущий от воздушной полости в корпусе к трубопроводу всасывания.

8. Установка для нагрева воды по п.7, отличающаяся тем, что диаметр дополнительного трубопровода равен диаметру трубопровода всасывания.

9. Установка для нагрева воды по п.3, отличающаяся тем, что корпус теплогенератора выполнен из внешнего и внутреннего полых цилиндров с теплоизоляцией между ними.

Как нагреть воду в бассейне - такой вопрос возникает у многих владельцев, создавших искусственный водоем на своем участке. При устройстве этот вопрос обычно упускают из вида, и возникает он только после первых попыток эксплуатации. Для комфортного купания температура воды должна быть не менее 22°C, для детей младшего возраста еще выше - 28-30°C. Солнечный свет прогревает воду довольно медленно, особенно весной, а в некоторых регионах и в начале лета. Вода, нагревшись за день, ночью отдает свою температуру окружающей среде. Потраченные на нагрев калории улетают в атмосферу. Поэтому наряду с устройством обогрева бассейна желательно позаботиться о теплоизоляции конструкции .

1 Различные способы нагрева воды

При устройстве системы обогрева воды количество необходимого тепла будет зависеть от объема бассейна. Тепло в наше время бесплатным не бывает. Любая попытка нагреть воду в бассейне на даче потребует определенных материальных затрат на топливо или электроэнергию.

Все известные и применяемые способы можно разделить на две группы:

• временные устройства;
• стационарные конструкции.

К временным устройствам можно отнести различные конструкции и способы, изготовленные из имеющихся в наличии материалов для одноразового или периодического нагрева бассейна. По окончании сезона купания они обычно демонтируются.

В качестве примера можно привести подогрев бассейна с использованием обычной металлической тачки. В нее загружаются дрова, разжигаются, тачка опускается в бассейн. Если глубина бассейна больше высоты тачки, можно придать ей необходимую плавучесть при помощи поплавков из пластиковых бутылок. Таким способом можно нагреть бассейн небольшого размера.

К стационарным конструкциям можно отнести:

• тепловой насос;
• водяные теплообменники;
• солнечные батареи;
• накопительные или проточные электрообогреватели.

Такие устройства устанавливаются в системе циркуляции воды и используются по прямому назначению в течение всего периода эксплуатации.

Тепловой насос своими руками изготовить довольно сложно. Промышленное изделие стоит очень дорого. Качественную установку и наладочные работы могут выполнить только специалисты. По этим причинам тепловой насос используется довольно редко, в основном для зон отдыха коттеджей VIP-класса.

2 Установка теплообменников

Теплообменник представляет собой герметичную емкость с системой тонкостенных трубок из меди или нержавейки. Внутри трубок циркулирует горячая вода из системы отопления, снаружи холодная вода из циркуляционной системы бассейна. Нагрев воды в бассейне происходит за счет теплопередачи. Некоторые модели теплообменников оснащаются системой автоматики, регулирующей температуру нагрева. Система состоит из дополнительного насоса, регулирующего клапана и термостата. Термостат по установленной температуре открывает и закрывает клапан. Владельцу в процессе эксплуатации нужно установить ручку регулирования температуры на желаемое значение.

Мощность различных моделей теплообменников находится в пределах от 10 до 200 кВт. Выбирать модель с необходимой мощностью нужно по объему воды для бассейна.

При запуске системы в эксплуатацию желательно не использовать максимальные параметры. Нагрев должен проходить постепенно, в течение определенного времени. Резкий перепад температур может отразиться как на работоспособности теплообменника, так и бассейне. Особенно, если отделка внутренней поверхности выполнена плиткой. После установления в бассейне необходимой температуры теплообменник перейдет в режим поддержания необходимых параметров, расход тепла резко снизится. Оптимально подключение устройства в системе циркуляции воды между насосом и системой очистки воды, чтобы реагенты и фильтрующий материал не попадали в емкости.

Основной проблемой при установке теплообменников является периодичность эксплуатации отопительной системы. С началом сезона купания отопительный сезон обычно заканчивается. Устранить этот недостаток можно при устройстве раздельной системы циркуляции подогревающей воды. В холодное время года теплообменник нужно отключать от системы отопления, а в теплое - отключать отопление, и запускать теплообменник. Для более рационального использования тепла при строительстве бассейна желательно устроить подогрев дна по типу "теплый пол".

Также можно использовать комбинированную конструкцию со встроенными в теплообменник ТЭНами. Для первичного разогрева бассейна можно задействовать все системы, для поддержания температуры использовать электрические нагреватели. При отсутствии теплообменников с комбинированным подогревом можно установить отдельный электрический водонагреватель для бассейна проточного типа до или после теплообменника.

В продаже имеются устройства различного исполнения, с горизонтальной или вертикальной установкой, корпусом из титана, нержавейки. Установку всех устройств этого типа для подогрева бассейна своими руками можно выполнить без особых проблем.

3 Солнечные батареи для бассейна

Подогрев воды в бассейне в районах с большим количеством солнечных дней можно выполнять при помощи солнечных коллекторов. Эти системы известны довольно давно, но практическое применение получили в последние годы в связи с повсеместным подорожанием энергоресурсов. Особенно актуально использование таких систем для дачи с ограниченными возможностями потребления электроэнергии и отопительной системой небольшой мощности. (рис.1)

Солнечный коллектор функционирует довольно просто. Устройство представляет собой систему трубок, соединительных коллекторов и экранов. Вся конструкция выкрашена в черный матовый цвет. Металл под солнечными лучами прогревается и передает тепло воде, циркулирующей по трубкам. Опыт эксплуатации показал, что вода может нагреваться до температуры 140°C. Такой обогреватель может обеспечить не только подогрев для бассейна, но и горячее водоснабжение в доме. Для оптимальной производительности промышленные изделия оснащены системой автоматики. При нагреве до определенной температуры включается циркуляционный насос, перекачивающий воду в накопительную емкость. При установке накопительного бака выше солнечного коллектора система может работать самостоятельно, за счет различной плотности горячей и холодной воды. Чтобы устроить бассейн с подогревом от солнечного коллектора, нужно создавать дополнительную систему циркуляции воды из накопительной емкости.

Производительность промышленных модулей позволяет нагревать системы с водой до 30 м 3 . Этого объема вполне достаточно, чтобы обеспечить подогрев в бассейне своими руками небольшого размера и обеспечить дачу горячим водоснабжением. При большем объеме бассейна нужно увеличивать количество блоков.

Различные системы автоматики позволяют перенаправлять воду по разным трубопроводам. Такая схема оптимизирует систему горячего водоснабжения и подогрев для бассейна.

Недостатком использования солнечных коллекторов является снижение производительности в пасмурные и дождливые дни.

4 Проточные электронагреватели

Самым простым способом подогревать воду в бассейне кажется использование проточных электрических водонагревателей. (рис.2) Вроде бы все довольно легко - установить нагреватель в систему циркуляции, запустить насос, включить в розетку, нажать при наличии на кнопку. Тем более, что подогреватели предназначены для работы с непрерывным потоком воды, имеют небольшие размеры, удобные соединительные штуцера. Корпус выполнен из материалов высокой прочности и надежности, ТЭНы имеют оболочку из нержавеющей стали. В качестве примера можно привести обогреватели марки "Intex".

Несмотря на все вышесказанное, у проточных обогревателей есть очевидные преимущества:

• более высокая скорость нагрева;
• регулятор температуры;
• контроль по давлению воды (функция защиты);
• удобство установки.

Поэтому перед установкой проточного подогревателя желательно тщательно взвесить все факторы и подумать об альтернативном способе подогрева бассейн.

Кроме описанных способов есть разные возможности устроить подогрев в бассейне самостоятельно.

При создании собственного устройства и способа нужно помнить о безопасности выполнения работ, собственной безопасности и ваших близких.

Даже использование устройств промышленного изготовления в нештатных ситуациях может привести к поражению электрическим током и несчастным случаям различной степени тяжести.