Економічний нагрів води, Толіман Компані

зразки нагрівачів

Прямокутні нагрівачі

Круглі та інші нагрівачі

зразки застосування нагрівачів "толіман"

Кухонне обладнання

Теплове обладнання

Сушильне обладнання

Електричне нагрівання води

З кожним роком у промисловій та побутовій сферах все більшого застосування отримують електроводонагрівачі. Взагалі, нагрівання рідин /зокрема води/ має велике значення у житті людства. Важко переоцінити роль нагріву рідини у хімічній та харчовій промисловості, а в комунальному господарстві основним теплоносієм є гаряча вода.

Використання електроенергії для опалення та гарячого водопостачання дає цілу низку значних переваг: екологічна чистота, наближення джерел нагріву до споживача, зменшення централізації, зниження капіталовитрат та втрат тепла на теплотрасах, мобільність, низька інерційність тощо, проте вартість одиниці кількості виявляється дещо завищеною . Для використання переваг електронагрівання рідини (води) необхідно створювати нові економічні способи нагріву, апаратуру та ефективні нагрівальні елементи, що дозволяють різко знизити втрати тепла та максимально корисно використати перетворену теплову енергію. Так, наприклад, високу ефективність дає застосування зануреного нагрівача, коли нагрівальний елемент встановлено безпосередньо обсяг рідини. Апарати (бойлери, дисцилятори, чайники і т.д.), засновані на такому принципі, мають дуже високий коефіцієнт корисної дії, т.к. майжевідсутні втрати тепла.

За дуже короткий термін побутові чайники із зануреним нагріванням зайняли лідируючу позицію на споживчому ринку.

На жаль, занурене нагрівання застосовується тільки для чистої води з низькою жорсткістю, і тільки в апаратах, де вода кипить (чайники, випарні апарати, дисцилятори, парогенератори і т.д.). Поверхня нагрівача неминуче заростає накипом, який є значним термічним опором і ефективність зануреного нагріву падає.

В основному, як занурений нагрівач служать трубчастий електронагрівач (ТЕН). Який для набору необхідної потужності і поверхні (особливо в малих обсягах) формується у вигляді тарілчастої спіралі з хвилястою поверхнею, що є «Відмінною» конфігурацією для осадження солей постійної та тимчасової жорсткості, а чищення нагрівача від накипу досить скрутна процедура.

Товстоплівковий плоский нагрівач (ТПНЕ) – новий вид електричного теплового елемента, застосування якого дозволяє зменшити значення проблем, що виникають при нагріванні рідини, а також розширити сферу застосування електронагріву та можливість створення нових видів економічних теплових приладів.

ТПНЕ - це, в основному, плоска металева (легована) пластина (підкладка) будь-якої геометричної форми (прямокутник, квадрат, багатокутник, овал, коло) з товщиною 2,5-3 мм; на одну з площин нанесений резистивний шар (малюнок) опору, токозахищений від підкладки.

Основні відмінності товстоплівкових плоских нагрівачів від традиційних трубчастих (ТЕНів) полягає в наступному:

Розвинена поверхня нагріву – вся поверхня пластин бере участь у теплопередачі (у ТЕНів лише зовнішня поверхня трубки).
Дужемаленька різниця температур між шаром, що гріє, і поверхнею (у ТЕНів – різниця дуже велика – через необхідність подолання термічного опору електроізоляційного шару).
У трубчастих нагрівачів нарощування потужності і поверхні здійснюється в основному за рахунок збільшення довжини трубки (варіювати діаметром трубки невигідно (п.2)), правда, для збільшення поверхні застосовується ребра, але це збільшує вартість і обмежено в розвитку падінням напруги температурного поля в міру видалення ребра від трубки. У плоских товстоплівкових нагрівачів набагато ширші можливості зміни потужності та поверхні нагрівача: питома теплова напруга може змінюватися в межах 1:5 за рахунок складу резистивного шару, а поверхня не тільки за рахунок довжини, але й ширини пластин.
Плоска, розвинена за площею та мала за товщиною (3 мм), форма ТПНЕ дозволяє конструктивно встановлювати нагрівач безпосередньо на стінку теплосприймаючого приладу з великим щільним контактом поверхні, що значно (на порядок) підвищує коефіцієнт теплопровідності та спалює температуру нагрівача при передачі еквівалентної кількості тепла. разом зниження витрати електроенергії.

Якщо за умовами виготовлення ТПНЕ для підкладки застосовується легований метал, то за умовами експлуатації трубчасті нагрівачі повинні бути виконані також, що дозволяє плоским нагрівачам легко конкурувати і за вартістю.

На малюнках схематично зображені деякі конструктивні можливості нагрівання рідини за допомогою плоских товстоплівкових нагрівачів.

При зануреному нагріванні води (рис.1,2)

установка нагрівачів вертикально або на «ребро» не сприяє осіданню пластівців тимчасової солейжорсткості, а проста плоска поверхня полегшує очищення накипу, більше того, саме конструкція нагрівача дозволяє застосування помилкових (сателітних) поверхонь (у вигляді тонких щільно притиснутих, знімних пластин) для захисту поверхні від накипу.

При нагріванні води у великих обсягах важливе значення має перемішування води (зазвичай це «млява» природна циркуляція) - установка батареї плоских нагрівачів (рис.2) утворює вертикальні щілинні канали високої теплової напруги, що сприяє збудженню гідродинамічного ефекту і, як наслідок, збільшенню швидкості протоки, підвищення якості омивання, збільшення коефіцієнта теплопередачі, інтенсифікації циркуляції води та зниження швидкості утворення накипу. Під час створення проточних водонагрівачів (рис.3)

установка самих нагрівачів створює перегородки (слалом), що сприяє збільшенню шляху потоку води та підвищенню якості омивання поверхні нагрівача. Проточні водонагрівачі можуть бути вертикальними або горизонтальними з одним або двостороннім нагріванням (рис.3,4). Нарощування продуктивності (потужності) мало обмежено. Такі нагрівачі можуть працювати самостійно або в блоці з накопичувальними бойлерами для досягнення температури води до заданої величини за періодичного водозабору, що сприяє додатковій економії електроенергії, т.к. відпадає необхідність підтримки високої температури води у накопичувальному бойлері.

Як було сказано вище, застосування високоефективного зануреного нагріву обмежується чистою водою, що не може задовольнити зростаючі запити хімічної, харчової промисловості, комунального господарства, та й застосування в побуті, і тут знову ж таки на допомогу приходить плоский товстоплівковий нагрівач.

Високоефективним, енергозберігаючим приладом може бути ємність з донним нагрівачем (рис.5)

тобто. дном приладу служить круглий плоский нагрівач (кухлі, лабораторні прилади, харчові каструлі тощо). У таких приладах можна не тільки гріти і кип'ятити воду, але й варити, випаровувати рідку і пастоутворюючу масу зі зміною агрегатного стану.

У побуті широко використовується одно і багатокомфоркові електроплити з установкою на них приладів, що потребують нагрівання. Такий метод не можна назвати енергозберігаючим через високу інерційність, відсутність безпосереднього контакту теплообмінних поверхонь, а отже наявність проміжного термічного опору.

Набагато ефективніше встановлення на плоскому днищі приладу (бак, каструля, сковорідка) товстоплівкового нагрівача із забезпеченням щільного контакту поверхонь (рис.6). Такий прилад з автономним нагріванням стає мобільним, незалежним, переносним; дасть економію за часом варіння та знизить витрату електроенергії на 30%.

Для нагрівання агресивних рідин можна застосовувати горизонтальні (рис.7) або вертикальні (рис.8)

циліндричні апарати із жаровими трубами прямокутного перерізу на внутрішніх стінках яких змонтовані плоскі прямокутні нагрівачі ТПНЕ. Таким же методом нагрівається та підтримується рівномірна температура електроліту в гальванічних ваннах (рис.9).

Метод установки горизонтальних жарових труб може бути застосований у бойлерах великої ємності, а також у випарних та дисциляційних апаратах, де особливо жорсткі умови щодо відкладення накипу.

Вертикальні рідинні (вода, олія) апарати з жаровими трубами (рис.10) можуть бути комбінованими опалювальними агрегатамиподвійного впливу, т.к. при вертикальному положенні жарової труби виникає тяга та збуджується циркуляція теплового повітря.

Такі апарати, нагріваючи одночасно рідину та повітря, з «м'яким» (порівняно з електрокалорифером) температурним режимом можуть служити для опалення житлових приміщень, кіосків, дач, ванних кімнат та саун.

Висновки:

Товстоплівкова технологія дозволяє створювати великий різновид за потужністю та геометричною формою плоских товстоплівкових нагрівальних елементів і відноситься до енергозберігаючих технологій.
Застосування товстоплівкових нагрівачів при нагріванні води та інших рідин дозволяє створювати широку гаму конструктивно нових, високоефективних та економічних електротеплових приладів та апаратів заданого значення.
Використання ТПНЕ підвищує конкурентні можливості використання електроенергії в теплових процесах.