Вихревая система отопления

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов. Система содержит резервуар с жидкой рабочей средой, тепловой насос в виде вихревой камеры 1 с присоединенным к ее тангенциальному входу насосом 6, погруженным в рабочую среду, и эжектором 14, установленным на входе насоса 6. Двигатель насоса 6 заключен внутри камеры 5 выше уровня жидкой среды, а сама камера 5 выполнена с герметичной крышкой, деаэрирована и дополнительно наполнена тяжелым инертным газом. Двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой питания. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, более конкретно к вихревым теплотрансформаторам, работающим на эффекте Ранка-Хильша, и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов.

Известна вихревая система отопления (1), содержащая цилиндрическую трубку с вихревой камерой, заключенную в резервуаре с циркулирующей жидкостью, и нагнетатель, подключенный к тенгенциальному входу камеры.

Недостатком системы является применение легкокипящего фреона, требующего специальной заправки и специального компрессорного оборудования, применения испарителя.

Предлагаемое устройство имеет целью устранить недостатки известной системы.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель насоса заключен внутри резервуара выше уровня жидкой среды, а последний выполнен с герметичной крышкой, деаэрирован и дополнительно наполнен тяжелым инертным газом, при этом двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой электропитания и снабжен каналом для принудительной самосмазки опор вращения.

Кроме того, в системе в качестве рабочей среды использована эффективная смесь керосина с турбинным маслом, спиртом и даутермом.

Устройство поясняется чертежом.

Устройство содержит вихревую трубу 1 с тангенциальным сопловым вводом 2, осевым выходом 3, плоским развихрителем 4, теплообменную камеру 5, заполненную жидкой нагреваемой средой, например, на основе эмульсионной смеси керосина, смазочного (турбинного) масла, спирта, погруженный в жидкую нагреваемую среду и присоединенный своим выходом к сопловому вводу насос 6 с рабочим органом, соединенным общим валом 7 с ротором электродвигателя 8, съемную герметичную крышку 9. Вал электродвигателя удлинен, снабжен винтовым осевым каналом 10 и радиальными каналами 11 для охлаждения электродвигателя и смазки опор вращения. Устройство снабжено герметизированными патрубками для наполнения 12 и вывода 13 жидкой нагреваемой среды.

На входе насоса и выхода вихревой трубы установлен эжектор 14. Камера и съемная крышка теплоизолированы пористой резиной или пенопластом 15.

Устройство работает следующим образом.

Электродвигатель насоса включается в сеть электропитания, вращает рабочий орган и при избыточном давлении 10-20 кг/см², впрыскивает в сопловой ввод вихревой трубы рабочий агент. Рабочий агент с высокой скоростью, достигающей 400-500 м/с, вращается внутри тарельчатой камеры вихревой трубы, сжимается и нагревается на периферии, образуя газовую трубку в области низкого давления в приосевой зоне, и по сходящейся спирали истекает через развихритель на вход насоса. Рабочий орган насоса всасывает жидкость и снова нагнетает ее через сопловой ввод камеру вихревой трубы. Истекающая струя агента с выхода вихревой трубы подсасывает с помощью эжектора 14 жидкость, заполняемую объем камеры 5, вовлекая ее в циркуляцию. Вал электродвигателя по осевому каналу 10 с винтовой канавкой всасывает жидкость, поднимает ее до верхних радиальных каналов 11 и разбрызгивает на верхние опоры вращения, при этом смазывает их и охлаждает сами опоры, статор и ротор двигателя. Нагретая охлаждением двигателя жидкость самотеком возвращается в камеру 5 через отверстия в рабочем органе и кольцевую щель в крышке насоса. После нагрева жидкости до заданной температуры открывается внешний клапан за патрубком 13 (на чертеже не показан) и выпускается в линию внешнего теплообмена. Теплоприток в систему складывается из тепловой энергии вносимой источником электропитания электродвигателя, и энергии, инжектируемой вихрем рабочего агента через проникающие поля, в частности центробежное и гравитационное. Общий коэффициент отопления системы как теплового насоса больше 1, т.е. вихревая система отопления создает прирост энергетического тепла за счет инжекции энергии внешних по отношению к системе полей, вихревым потоком рабочего агента. Эта инжекция носит нелинейный характер, т. е. определяется второй степенью линейной и угловой скорости потока.

Таким образом, предложенное устройство выполняет поставленную цель. Благодаря повышенной частоте электропитания двигателя удается выполнить все устройство значительно более компактным, заключив двигатель внутри стакана с опорами вращения под герметической крышкой, тем самым исключив испарение рабочей жидкости и обеспечив возможность применения высокоэффективных жидких сред, повышающих скорость нагрева и отопительный коэффициент.

Деаэрация камеры с последующим заполнением инертным газом обеспечивает пожаробезопасность при эксплуатации, одновременно повышая коррозийную устойчивость системы.

Кроме того, применение тяжелых газов существенно повышает тепловую эффективность отопительный коэффициент и скорость нагрева, благодаря их самой низкой теплоемкости Cp, наивысшего показателя адиабаты К.

Использование устройства позволяет улучшить технические характеристики вихревой системы отопления, снизить металлоемкость, повысить отопительный коэффициент.

Формула изобретения

1. Вихревая система отопления, содержащая тепловой насос в виде вихревой трубы с тангенциальным сопловым вводом, заключенный внутри теплообменной камеры, заполненной жидкой средой, и присоединенным к ее сопловому вводу насосом с электродвигателем, отличающаяся тем, что электродвигатель насоса заключен внутри теплообменной камеры, а последняя выполнена со съемной герметичной крышкой, деаэрирована и заполнена рабочим агентом вихревой трубы, при этом электродвигатель выполнен бесколлекторным, а его вал снабжен осевым и радиальными каналами для его охлаждения и принудительной смазки опор вращения рабочим агентом.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего агента вихревой трубы использована смесь керосина, смазочного масла и (или) спирта.

РИСУНКИ

Рисунок 1