Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей

 

Изобретение относится к теплотехникеи может быть использовано в системах отопления зданий, транспортных средств, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, подогрева вязких жидкостей типа нефти, непосредственно в трубопроводах для улучшения ее реологических свойств, сушки сельхозпродуктов. Сущность изобретения: теплогенератор, имеющий корпус 2 с цилиндрической частью, оснащен циклоном 1, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса 2, в основании которой противолежащей циклону 1 смонтировано тормозное устройство 3. За тормозным устройством 3 в цилиндрической части корпуса 2 установлено дно 6, с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком 8, соединенным с циклоном с помощью перепускного патрубка 9, причем соединение выполнено на торце циклона 1, противолежащем цилиндрической части корпуса 2 и соосно последнему. Тормозное устройство выполнено по меньшей мере из двух радиально расположенных ребер закрепленных на центральной втулке. В перепускном патрубке 9 ниже зоны его соединения с циклоном 1 установлено дополнительное тормозное устройство 10. Отношение диаметра цилиндрической части корпуса 2 и выходного отверстия инжекционного патрубка 13 равно или больше 2. В устройстве для нагрева жидкости, содержащем теплогенератор, подающие и обратные трубопроводы, ускоритель движения жидкости связан с насосом посредством инжекционного патрубка 12, соединенного с боковой стороной ускорителя движения жидкости, 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений, транспортных средств, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов. Кроме того, устройство можно использовать для подогрева непосредственно в трубопроводе вязких жидкостей типа нефти с целью снижения вязкости жидкости и улучшения ее реологических свойств.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров среды, в частности давления и объема, для получения тепловой энергии.

В известных устройствах в качестве среды может быть использована например, паровоздушная смесь или жидкость. В этих устройствах путем изменения давления и скорости среды генерируется тепловая энергия, позволяющая снизить затраты электроэнергии для получения тепла.

В качестве наиболее близкого технического решения прототипа указан тепловой насос, выполняющий функцию теплогенератора, рабочей средой которого является жидкость вода, содержащий корпус в виде герметичного сферического сосуда, наполненного рабочей средой с расположенным в нем теплообменником, сетевой насос, обеспечивающий сжатие среды внутри корпуса, подающую и обратные тепломагистрали, оснащенные запорными вентилями, и потребитель тепла.

Основной недостаток описанного теплового насоса очень высокое рабочее давление, развиваемое в корпусе, которое достигает 1000 атм. Такие рабочие параметры установки предъявляют повышенные требования к прочности корпусных деталей, запорных вентилей и трубопроводов, что приводит к увеличению себестоимости установки.

Кроме того, использование установки для отопления жилых помещений опасно ввиду высокого рабочего давления.

Техническая задача изобретения обеспечение нагрева жидкости, отвечающего требованиям техники безопасности, без использования традиционных теплоносителей со значительной экономией электроэнергии.

Поставленная задача выполняется благодаря тому, что в теплогенераторе, имеющем корпус с цилиндрической частью, установлен ускоритель движения жидкости выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В основании цилиндрической части, противолежащей циклону, смонтировано тормозное устройство. За тормозным устройством в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, соединенным с циклоном с помощью перепускного патрубка, причем соединение выполнено на торце циклона, противолежащем цилиндрической части корпуса и соосно последнему. Тормозное устройство выполнено по меньшей мере из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке.

В перепускном патрубке ниже зоны его соединения с циклоном установлено дополнительное тормозное устройство.

Отношение диаметра цилиндрической части корпуса и выходного отверстия инжекционного патрубка равно или больше 2.

В устройстве для нагрева жидкости, содержащем теплогенератор, рабочий сетевой насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками. Теплогенератор имеет ускоритель движения жидкости, связанный с насосом посредством инжекционного патрубка, соединенного с боковой стороной ускорителя движения жидкости. Выходное отверстие инжекционного патрубка выполнено по форме параллелограмма.

Благодаря тому, что корпус теплогенератора в нижней части оснащен циклоном, рабочая жидкость под давлением, тангенциально поступая в него, проходит по спирали. Движение жидкости приобретает характер вихревого, скорость ее возрастает, и она попадает в цилиндрическую часть корпуса, диаметр которой в несколько раз превышает диаметр инжекционного отверстия, а затем в тормозное устройство. Такое конструктивное выполнение корпуса позволяет снизить скорость и давление среды, при этом в соответствии с известными законами термодинамики изменяется механическая энергия жидкости, направленная на возрастание ее температуры.

Повышению эффективности нагрева жидкости способствует дополнительное тормозное устройство, установленное в перепускном патрубке. Перепад давления на выходе из тормозного устройства в верхней части корпуса за счет соотношения выпускного отверстия корпуса и перепускного патрубка обеспечивает превалирование горячего потока жидкости над холодным. Повышению надежности работы устройства служит перепускной патрубок, обеспечивающий перепускание жидкости из корпуса теплогенератора в выходной патрубок в случае закупорки выпускного отверстия, а также скачков давления жидкости в системе.

На фиг.1 показан общий вид теплогенератора; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 принципиальная схема устройства; на фиг.4 разрез патрубка.

Теплогенератор содержит ускоритель движения жидкости циклон 1, торцовая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса 2. В основании цилиндрической части корпуса 2, противолежащей циклону, установлено тормозное устройство 3, предусматривающее несколько ребер 4, закрепленных на центральной втулке 5. В цилиндрической части корпуса 2 за тормозным устройством 3 установлено дно 6 с выходным отверстием 7, соединяющимся с выходным патрубком 8. Последний соединен посредством перепускного патрубка 9 с циклоном 1 на торце, противолежащем цилиндрической части корпуса 2 и соосно ей. Отношение диаметра перепускного патрубка к выходному отверстию 7 дна 6 находится в пределах от 1-2. В перепускном патрубке несколько ниже зоны соединения с циклоном 1 установлено дополнительное тормозное устройство 10.

Устройство для нагрева жидкостей содержит электрический сетевой насос 11 (фиг. 3), соединенный с циклоном 1 посредством инжекционного патрубка 12. Входное отверстие инжекционного патрубка 13 выполнено некруглым. Оно может быть, например, по форме параллелограмма прямоугольника. Выходной патрубок 8 теплогенератора соединяется с подающей магистралью 14, которая оснащена запорным вентилем 15 и соединена с теплообменниками 16. Трубопровод 17 соединен с насосом 11 и через запорный вентиль 18 с подающим трубопроводом 14. Обратный поток жидкости из радиаторов 16 идет через обратную магистраль 19. Отрезок магистрали 14 и запорный вентиль 18 с теплогенератором 2 служат для нагрева жидкости и регулировки температуры, косвенно нагревают систему с трубопроводами 17, 19 и радиаторами 16. Обратный поток жидкости из радиаторов 16 через магистраль 19 и запорный вентиль 15 подается в магистраль 14. Излишки жидкости уходят через магистраль 17 в насос.

Устройство может работать в автоматическом режиме, для чего оснащается датчиком температуры с блоком обратной связи, управляющим работой насоса и предусматривающим получение тепла по потребности (не показан).

Работают теплогенератор и устройство следующим образом.

При включении в работу насоса 11 жидкость через инжекционный патрубок 12 под давлением 4-6 атм попадает в циклонную часть корпуса ускоритель движения жидкости 1, имеющий по контуру вид спирали. Здесь происходит приращение механической энергии жидкости, и она попадает в цилиндрическую часть корпуса 2. Входное отверстие 13 инжекционного патрубка 12, выполненное по форме параллелограмма, увеличивает силу трения потока по стенкам циклона и способствует осевому закручиванию потока. Диаметр цилиндрической части корпуса 2 значительно больше диаметра входного отверстия 13 инжекционного патрубка 12. В этой части корпуса происходит резкое изменение давления жидкости, которое в соответствии с общеизвестными законами термодинамики приводит к изменению температуры среды. Уже частично нагретая жидкость еще с запасом кинетической энергии попадает в тормозное устройство 3, где падает ее скорость и изменяется давление, что соответственно приводит к дальнейшему повышению температуры жидкости. На выходе из тормозного устройства 3 корпуса теплогенератора жидкость проходит через выходное отверстие 7 донной части 6 корпуса. Ввиду того, что диаметр выходного отверстия дна в несколько раз меньше диаметра корпуса 2 и меньше диаметра перепускного патрубка 9, вновь изменяется кинетическая энергия жидкости, что способствует повышению эффективности нагрева. В случае закупорки выходного отверстия 7 или скачков гидравлического давления в системе, жидкость направляется в перепускной патрубок 9 и попадает в подающую магистраль 14 и теплообменники 16 через выходной патрубок 8. Дополнительное тормозное устройство 10, установленное в перепускном патрубке 9, способствует повышению эффективности нагрева жидкости.

В соответствии с сущностью изобретения был изготовлен опытный работающий образец устройства. В установке был использован центробежный насос марки КМ 80-50-200, объем воды в системе 200 л, объем воды в одном радиаторе 3 л, диаметр корпуса теплогенератора 140 мм. Температура воды по малому кругу на выходе из теплогенератора составляет порядка 150^оС при давлении 5,1 атм. Установка была использована для отопления 30-ти комнат среднего размера 18-20 м². Фактический расход электроэнергии составил 2,15 кВт/ч при автоматическом режиме работы, равном 25% Расход электроэнергии составляет 80 В/ч на одну комнату. Темп нагрева жидкости в теплогенераторе составляет 1-2,5^оС в 1 мин.

Основным преимуществом предлагаемого теплогенератора является то, что его можно использовать в существующих котельных для водяного отопления взамен теплогенераторов, работающих на природных теплоносителях (твердом, жидком или газообразном топливе). Это позволяет экономить топливо, снизить транспортные расходы, улучшить экологию окружающей среды.

Формула изобретения

1. Теплогенератор, содержащий корпус, имеющий цилиндрическую часть, отличающийся тем, что он оснащен ускорителем движения жидкости, выполненным в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса.

2. Теплонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что в основании цилиндрической его части, противолежащей циклону, смонтировано тормозное устройство.

3. Теплогенератор по п. 2, отличающийся тем, что за тормозным устройством в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, сообщабщимся с выходным патрубком.

4. Теплогенератор по п. 3, отличающийся тем, что выходной патрубок соединен с циклоном с помощью перепускного патрубка, причем соединение выполнено на торце циклона, противолежащем цилиндрической части корпуса, и соосно с последним.

5. Теплогенератор по любому из пп. 2 4, отличающийся тем, что тормозное устройство выполнено по меньшей мере из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке.

6. Теплогенератор по п. 4 или 5, отличающийся тем, что в перепускном патрубке после зоны его соединения с циклоном установлено дополнительное тормозное устройство.

7. Теплогенератор по любому из пп. 1 6, отличающийся тем, что отношение диаметра цилиндрической части корпуса и выходного отверстия инжекционного патрубка равно или больше 2.

8. Устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор, рабочий сетевой насос с электроприподом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий и обратный трубопроводы с запарными вентилями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками, отличающееся тем, что теплогенератор, имеющий ускоритель движения жидкости, связан с насосом посредством инжекционного патрубка, соединенного с боковой стороной ускорителя движения жидкости.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что выходное отверстие инжекционного патрубка выполнено по форме параллелограмма.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.12.2005        БИ: 34/2005