1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29867
(51) F24J 3/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0401.1
(22) 31.03.2014
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(76) Шиликбаев Серик Кадырович
(56) RU 2152565 С1, 10.07.2000
(54) СПОСОБ НАГРЕВА ПРОТОЧНОЙ
ЖИДКОСТИ
(57) Способ предназначен для использования в
системах отопления зданий и водоснабжения, в
которых осуществляется электрический нагрев
проточной жидкости. В способе в качестве
нагревательного элемента используют обычную
плоскую конфорку, которую размещают вне
трубопровода внутри кожуха с теплоизоляционным
материалом. Стенку части трубопровода в месте
установки конфорки выполняют из материала с
теплопроводностью 200-500 Вт/(м·К), например, из
алюминия, а пространство между стенкой части
трубопровода и поверхностью конфорки,
образуемое из-за их различных геометрических
форм, заполняют пустотелым промежуточным
элементом с опорными трубками из материала с
теплопроводностью не менее 200 Вт/(м·К) и
плотностью не более 3 г/см3
. Щели и неровности на
стыках между стенкой части трубопровода и
промежуточным элементом, а также между ним и
поверхностью нагревательного элемента, заполняют
термостойким материалом с теплопроводностью не
менее 200 Вт/(м·К), например, из обработанного
графита. При использовании способа, между
плоским нагревательным элементом и круглой
стенкой трубопровода создают сплошную среду с
высокой теплопроводностью, что позволяет
осуществлять эффективный нагрев, исключая
накипеобразование.
(19)KZ(13)A4(11)29867

2. 29867
2
Способ нагрева проточной жидкости относится к
области теплотехники, реализуется с помощью
известных электрических нагревательных элементов
плоской формы, которые размещают вне проточной
жидкости в нижней части трубопроводной системы.
Способ может быть использован для бесконтактного
нагрева движущейся жидкости в трубопроводах
систем отопления зданий и водоснабжения, в
которых осуществляется нагрев проточной
жидкости за счет преобразования электрической
энергии в тепловую.
Известен способ нагрева проточной жидкости,
включающий нагрев проточной жидкости с
помощью нагревательного элемента за счет
преобразования электрической энергии в тепловую,
реализуемый путем непосредственного
контактирования движущейся жидкости с
нагревательным элементом, размещенным внутри
корпуса (А.с. СССР №1651049, F24H 1/20, 1991г.).
При использовании способа нагреваемую жидкость
подают в коллектор электронагревателя, формируют
радиально направленный поток из коллектора к
нагревательному элементу, равномерно омывая его
поверхность, и далее нагретую жидкость подают
потребителю.
Недостатком способа является его низкая
эффективность за счет значительного количества
накипи, осаждаемой на нагревательном элементе.
Наиболее близким по технической сущности
заявляемому является способ нагрева проточной
жидкости, включающий нагрев проточной жидкости
с помощью нагревательного элемента за счет
преобразования электрической энергии в тепловую,
реализуемый путем непосредственного
контактирования движущейся жидкости с
нагревательным элементом, размещенным внутри
корпуса, при котором нагреваемую жидкость
подают в коллектор электрического нагревателя и
через его перфорацию поток направляют в корпус
радиально нагревательному элементу, омывая его
поверхность, и нагретую жидкость выводят из
нагревателя (Патент Российской Федерации
RU2152565, F24H 1/20, 1998г.). При этом согласно
изобретению, скорость направленного на
нагревательный элемент потока задают большей
среднерасходной скорости в общем объеме
устройства, образуя зону повышенной циркуляции в
пространстве, ограниченном коллектором и
нагревательным элементом, обеспечивающую
пузырьковое кипение жидкости в проточках
нагревательного элемента и вынос пузырьков за его
пределы.
Недостатком известного способа также является
его низкая эффективность за счет образуемой
накипи, хотя процесс накипеобразования
осуществляется более замедленно, чем в
рассмотренном аналоге. Это обусловлено
сокращением массообмена в общем объеме
жидкости по сравнению с ранее рассмотренным
аналогом, однако накипеобразование все-таки
происходит из-за непосредственного
контактирования жидкости с нагревательным
элементом.
Данная проблема решена в заявляемом способе
нагрева проточной жидкости, включающем нагрев
проточной жидкости с помощью нагревательного
элемента за счет преобразования электрической
энергии в тепловую, в котором нагрев проточной
жидкости в трубопроводе осуществляют путем
передачи тепла к стенке трубопровода с
поперечным сечением круглой формы, от
нагревательного элемента с плоской поверхностью,
например, конфорки с поверхностью в форме круга
или прямоугольного четырехугольника, при этом
нагревательный элемент размещают вне проточной
жидкости в нижней части трубопроводной системы
внутри кожуха между стенкой части трубопровода и
теплоизоляционным материалом, причем стенку
части трубопровода в области размещения
нагревательного элемента выполняют из материала
с теплопроводностью в пределах 200-500 Вт/(м·К),
например, из меди или алюминия, при этом
пространство между плоской поверхностью
нагревательного элемента и стенкой части
трубопровода с поперечным сечением круглой
формы, образуемое из-за их различных
геометрических форм, заполняют промежуточным
элементом из материала с теплопроводностью не
менее 200 Вт/(м·К) и плотностью не более 3 г/см3
,
например, из алюминия, причем промежуточный
элемент выполняют пустотелым с отверстиями в
боковых сторонах и опорными теплопроводящими
трубками внутри в направлении от нагревательного
элемента к стенке части трубопровода, при этом
щели и неровности на стыках между стенкой части
трубопровода и промежуточным элементом, а также
между промежуточным элементом и поверхностью
нагревательного элемента, заполняют термостойким
упругим и/или эластичным материалом с
теплопроводностью не менее 200 Вт/(м·К),
например, из обработанного графита, плоскость
слоев атомов в котором совмещают с направлением
передачи тепла, причем сжимают и уплотняют его
путем стягивания нагревательного элемента к
стенке трубопровода.
С учетом того, что в народном хозяйстве для
транспортировки жидкости используются трубы
различных диаметров с гладкой внутренней
поверхностью для исключения накопления осадков
внутри них, в заявляемом способе решена проблема
бесконтактного нагрева проточной жидкости с
помощью промышленно выпускаемых плоских
конфорок, которые размещают снаружи
трубопроводов и обеспечивают эффективную
теплопередачу от плоской поверхности конфорки к
жидкости в трубопроводе.
Как известно, электрические конфорки широко
применяются в электрических плитах и другом
оборудовании для приготовления пищи. Однако,
непосредственное использование этих конфорок для
бесконтактного нагрева проточной жидкости в
трубопроводной системе не представляется
возможным по ряду причин, одной из основных
среди которых является то обстоятельство, что
между поверхностью конфорки и стенкой части
трубопровода в месте установки конфорки

3. 29867
3
образуется пространство, которое не позволяет
осуществлять снаружи эффективный нагрев
проточной жидкости. Данная проблема решена в
заявляемом способе совокупностью действий в
вышеуказанной последовательности.
Схема устройства, реализующего заявляемый
способ, изображена на фиг.1. В заявляемом способе
для нагрева проточной жидкости 1 в качестве
нагревательного элемента может использоваться
обычная плоская электрическая конфорка 2,
которую размещают с наружной стороны нижней
части трубопроводной системы внутри кожуха 3 с
теплоизоляционным материалом 4. При этом стенку
5 части трубопроводной системы в месте установки
конфорки 2 выполняют из материала с
теплопроводностью в пределах 200-500 Вт/(м·К),
например, из меди или алюминия. Анализ
известных материалов с высокой
теплопроводностью показал, что металлы с
теплопроводностью свыше 500 Вт/(м·К) имеют
высокие стоимостные показатели и плотность, что
ограничивает область их применения, в данном
случае для изготовления стенки части трубопровода
в месте установки конфорки. Пространство между
плоской поверхностью нагревательного элемента 2
и круглой стенкой 5 части трубопровода,
образуемое из-за их различных геометрических
форм, заполняют промежуточным элементом 6 из
материала с теплопроводностью не менее
200 Вт/(м·К). Для ограничения массы
промежуточного элемента 6, его изготавливают из
материала плотностью не более 3 г/см3
, например,
из алюминия, а также выполняют пустотелым с
отверстиями в боковых сторонах и опорными
теплопроводящими трубками 7 внутри в
направлении от нагревательного элемента к стенке
части трубопровода. Щели и неровности на стыках
между стенкой 5 части трубопровода и
промежуточным элементом 6, а также между
промежуточным элементом 6 и поверхностью
нагревательного элемента 2, заполняют
термостойким упругим и/или эластичным
материалом с теплопроводностью не менее 200
Вт/(м·К), например из обработанного графита,
плоскость слоев атомов в котором совмещают с
направлением передачи тепла, причем сжимают и
уплотняют его путем стягивания нагревательного
элемента к стенке трубопровода. Как известно,
обладая высокой прочностью на сжатие,
обработанный (терморасширенный) графит имеет
анизотропную теплопроводность, его
теплопроводность в направлении плоскости слоев
атомов более чем в 50 раз превышает его
теплопроводность в перпендикулярном направлении
и более чем в 2 раза - теплопроводность меди. В
частных случаях использования заявляемого
способа нагревательный элемент специально
изготавливают из гибкого электронагревателя либо
выполняют состоящим из узких и длинных
нагревательных элементов, например, трубчатых
электронагревателей патронного типа, которые
прикладывают к стенке части трубопровода вдоль
его длины, обеспечивая максимальное
соприкосновение их поверхностей, с
использованием промежуточного элемента из
электроизоляционного термостойкого упругого
и/или эластичного материала с высокой
теплопроводностью, например, теплопроводящего
клея.
Способ может быть использован для
бесконтактного нагрева проточной жидкости в
трубопроводах с водой систем горячего
водоснабжения, отопления зданий и другого
назначения, включая проточные водонагреватели и
стиральные машины с автоматическим подогревом
воды.
Таким образом, при использовании способа,
между нагревательным элементом с плоской
поверхностью и стенкой части трубопровода с
круглым сечением, создают сплошную среду со
средней теплопроводностью не менее 200 Вт/(м·К),
что позволяет осуществлять эффективный нагрев
проточной жидкости в трубопроводе, исключая
накипеобразование на поверхности нагревательного
элемента. При этом в качестве нагревательного
элемента может использоваться обычная плоская
конфорка, выпускаемая для электрических плит.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ нагрева проточной жидкости,
включающий нагрев проточной жидкости с
помощью нагревательного элемента за счет
преобразования электрической энергии в тепловую,
отличающийся тем, что нагрев проточной
жидкости в трубопроводе осуществляют путем
передачи тепла к стенке трубопровода с
поперечным сечением круглой формы от
нагревательного элемента с плоской поверхностью,
например, конфорки с поверхностью в форме круга
или прямоугольного четырехугольника, при этом
нагревательный элемент размещают вне проточной
жидкости в нижней части трубопроводной системы
внутри кожуха между стенкой части трубопровода и
теплоизоляционным материалом, причем стенку
части трубопровода в области размещения
нагревательного элемента выполняют из материала
с теплопроводностью в пределах 200-500 Вт/(м·К),
например, из меди или алюминия, при этом
пространство между плоской поверхностью
нагревательного элемента и стенкой части
трубопровода с поперечным сечением круглой
формы, образуемое из-за их различных
геометрических форм, заполняют промежуточным
элементом из материала с теплопроводностью не
менее 200 Вт/(м·К) и плотностью не более 3 г/см3
,
например, из алюминия, причем промежуточный
элемент выполняют пустотелым с отверстиями в
боковых сторонах и опорными теплопроводящими
трубками внутри в направлении от нагревательного
элемента к стенке части трубопровода, при этом
щели и неровности на стыках между стенкой части
трубопровода и промежуточным элементом, а также
между промежуточным элементом и поверхностью
нагревательного элемента, заполняют термостойким
упругим и/или эластичным материалом с

4. 29867
4
теплопроводностью не менее 200 Вт/(м·К),
например, из обработанного графита, плоскость
слоев атомов в котором совмещают с направлением
передачи тепла, причем сжимают и уплотняют его
путем стягивания нагревательного элемента к
стенке трубопровода.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
нагревательный элемент выполняют состоящим из
узких и длинных нагревательных элементов,
например, трубчатых электронагревателей
патронного типа, которые прикладывают к стенке
части трубопровода вдоль его длины, обеспечивая
максимальное соприкосновение их поверхностей, с
использованием промежуточного элемента из
электроизоляционного термостойкого упругого
и/или эластичного материала с высокой
теплопроводностью, например, теплопроводящего
клея.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что
нагревательный элемент выполняют из гибкого
электронагревателя.
Верстка Р. Талькенов
Корректор К. Сакалова