Кавитационно-вихревой нагреватель

Изобретение относится к области получения тепловой энергии и может быть использовано в системах отопления, горячего водоснабжения зданий, сооружений и транспорта. Предложен кавитационно-вихревой нагреватель, включающий цилиндрический корпус, ускоритель движения жидкости, тормозное устройство. Технический результат, заключающийся в наиболее полном использовании мощности источника вращательного движения непосредственно на создание вихревого потока, в исключении потерь мощности на преодоление сопротивлений, в повышении эффективности работы нагревателя достигают за счет того, что с одного торца на валу источника вращательного движения непосредственно в ускорителе движения жидкости размещено центробежно-вихревое рабочее колесо, размер и конструкция которого обеспечивают возможность получения заданных параметров вихревого потока (угловая скорость, расход жидкости, давление), с другого торца размещено тормозное устройство, выполненное в виде радиально закрепленных к корпусу ребер, дно оборудовано центрально врезанным входным патрубком и радиально врезанным выходным патрубком. 1 ил.

 

Изобретение относится к области получения тепловой энергии и может быть использовано в системах отопления, горячего водоснабжения зданий, сооружений и транспорта различного назначения, в частности в технологическом оборудовании для расширения функциональных возможностей усторойств для нагревания жидких сред.

В настоящее время широко известны методы и приемы теплотехники, позволяющие нагревать жидкость в системах отопления и горячего водоснабжения. Известны генераторы тепла и тепловые насосы, вырабатывающие тепло путем изменения физико-механических параметров среды, в частности давления, объема и скорости. В качестве среды могут быть применены газ, паровоздушная смесь или жидкость. Промышленная реализация данных устройств позволяет снизить затраты на получение тепла.

Из пат. RU 2204770, опубл. 2003.05.20 известен теплогенератор, предназначенный для нагрева жидких сред. Данное устройство содержит корпус в виде трубы, ускоритель движения, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с корпусом, а боковая посредством инжекционного патрубка - с электроприводным насосом, тормозные устройства, смонтированные: одно - в основании корпуса, противолежащем циклону, то есть перед шайбой, другое, дополнительное, - в перепускном патрубке, после зоны его соединения с циклоном, сообщающимся с входным концом байпасного трубопровода, причем внутренняя поверхность шайбы выполнена в виде сферической формы, выходной конец байпасного трубопровода соединен с входным патрубком насоса, а внутренняя поверхность корпуса выполнена с изменяющейся кривизной, а именно в виде усеченного конуса. Изобретение позволяет повысить КПД теплогенератора.

Близким к предыдущему является теплогенератор, описанный в пат. RU 2204090, опубл. 2003.05.10 и предназначенный также для нагрева жидких сред. Теплогенератор содержит корпус, имеющий цилиндрическую часть, ускоритель движения, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса, а боковая посредством инжекционного патрубка - с электроприводным насосом, тормозные устройства, смонтированные одно - в основании цилиндрической части корпуса перед шайбой, другое, дополнительное, - в перепуском патрубке после зоны его соединения с циклоном, сообщающимся с входным концом байпасного трубопровода. Внутренняя торцевая поверхность шайбы выполнена в виде сферической формы, а выходной конец байпасного трубопровода соединен с входным патрубком насоса. Изобретение позволяет повысить КПД теплогенератора.

Общими признаками известных технических решений и предлагаемого изобретения является наличие в теплогенераторах цилиндрического корпуса, ускорителя движения, тормозного устройства.

Недостатки описанных технических решений заключаются в:

- металлоемкости,

- громоздкости,

- больших затратах материальных и энергетических средств,

- потере мощности установки на преодоление сопротивлений в инжекционных отверстиях циклона и циркуляционных трубопроводах,

- недостаточно высокой эффективности работы теплового генератора,

- нобходимости использования электроприводного насоса в качестве побудителя движения рабочей среды.

Необходимость затрачивать значительное количество мощности установки на преодоление сопротивлений в инжекционных отверстиях циклона и циркуляционных трубопроводах не позволяет достичь заявляемый технический результат - повышение эффективности нагревателя, а также получение большего количества тепла при меньших затратах мощности; необходимость использования типового насоса усложняет технологическую схему и повышает затраты материальных и энергетических средств.

В патенте RU 2134381 (опубл. 1999.08.10) описано устройство для генерирования тепла экологически чистым способом. Данный теплогенератор выполнен в виде вихревой трубы, состоящей из закручивающего входного устройства, корпуса и патрубка отвода нагретой жидкости. Для повышения эффективности путем интенсификации процессов преобразования энергии, поступающей в теплогенератор жидкости, в тепло корпус вихревой трубы и патрубок отвода нагретой жидкости установлены по разные стороны входного закручивающего устройства. Внутренняя полость корпуса вихревой трубы представляет собой расширяющийся от горловины, соединенной с входным закручивающим устройством, к дну сосуд, например усеченный конус. При этом стенки полости снабжены продольными канавками цилиндрической формы (выполняют роль тормозного устройства). Достоинствами теплогенератора являются высокая эффективность, меньшие габариты и масса, а также простота конструкции и эксплуатации.

Общими признаками известного технического решения и предлагаемого изобретения являются следующие конструктивные особенности, а именно, сравниваемые устройства включают:

- цилиндрический корпус,

- ускоритель движения жидкости,

- тормозное устройство.

Известному техническому решению присущи следующие недостатки:

- необходимость использования типового насоса,

- интенсивный износ материала на внутренней поверхности корпуса в местах образования кавитационных зон,

- значительные затраты мощности на создание вихревого потока, в связи с этим недостаточно высокая эффективность работы установки в целом,

- большие затраты материальных и энергетических средств.

Наиболее близким (прототип) по технической сущности и достигаемому результату является описанный в патенте RU 2197688 (опубл. 27.01.2003) нагреватель, включающий цилиндрический корпус, ускоритель движения жидкости, тормозное устройство и центробежно-вихревое колесо, размещенное на валу источника вращательного движения.

Недостатками известного технического решения является то, низкий КПД насосной установки и в целом не высокая эффективность работы теплового генератора. Эксплуатация данного генератора сопряжена с необходимостью использования типового насоса, работающего в пограничном режиме с малым КПД.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение ассортимента кавитационно-вихревых нагревателей с улучшенными экономическими и эксплуатационными параметрами (характеристиками).

Технический результат изобретения заключается в:

- повышении эффективности нагревателя (интенсификация превращения механической энергии в тепловую, предотвращение потерь мощности источника вращательного движения, получение большего количества тепла при меньших затратах мощности),

- в упрощении технологической схемы (исключение из эксплуатации типового насоса и циркуляционных трубопроводов теплогенератора).

Технический результат достигается за счет того, что в кавитационно-вихревом нагревателе, включающем цилиндрический корпус, ускоритель движения жидкости, тормозное устройство, и центробежно-вихревое колесо, размещенное на валу источника вращательного движения, центробежно-вихревое колесо размещено с одного торца корпуса в ускорителе движения жидкости, а с другого торца, перед дном, размещено тормозное устройство, выполненное в виде радиально закрепленных ребер, при этом дно оборудовано центрально врезанным входным патрубком и радиально врезанным выходным патрубком.

Предлагаемый кавитационно-вихревой нагреватель вырабатывает тепловую энергию в результате вращательно-поступательного движения жидкости с определенной скоростью. Центробежно-вихревое рабочее колесо, приводимое источником вращательного движения (двигатель любого типа), придает жидкости необходимые расход и скорость циркуляции рабочей среды в нагревателе для достижения заданной температуры. Применение предлагаемого кавитационно-вихревого нагревателя, благодаря совокупности заявляемых признаков, обеспечивает достижение заявляемого технического результата. Его эксплуатация позволяет наиболее полно использовать мощность источника вращательного движения непосредственно на создание вихревого потока, исключить потери мощности на преодоление сопротивлений, повысить эффективность работы нагревателя, сократить затраты материальных и энергетических средств.

Кавитационно-вихревой нагреватель изображен на чертеже и содержит цилиндрический корпус 1, с одного торца которого установлен ускоритель движения жидкости 2, в котором на валу источника вращательного движения 3 размещено центробежно-вихревое рабочее колесо 4, с другого торца выполнено в виде радиально закрепленных к корпусу ребер тормозное устройство 5, дно 6 с центрально врезанным входным патрубком 7 и радиально врезанным выходным патрубком 8.

Заявляемый кавитационно-вихревой нагреватель работает следующим образом. Жидкость, проходя по центробежно-вихревому рабочему колесу и приобретая расчетное центробежное ускорение и угловую скорость, попадает в ускоритель, образуя вихревой поток, и с нарастающей к центру скоростью устремляется в цилиндрический корпус. Вдоль цилиндрического корпуса во вращательно-поступательном потоке жидкости центробежные силы создают пониженное давление в центральной части потока и высокое - у стенки корпуса. В результате разницы давлений в потоке создается режим кавитации. Турбулентный поток, достигнув тормозного устройства, резко теряет скорость, при этом в жидкости происходит изменение давления. В результате последнего механическая энергия жидкости превращается в тепловую. Часть нагретой жидкости направляется в выходной патрубок к потребителю, возвратившись охлажденной через входной патрубок жидкость смешивается с образовавшимся противотоком жидкости в центральной части вихревой трубы и направляется в центробежно-вихревое рабочее колесо ускорителя. Цикл повторяется.

Кавитационно-вихревой нагреватель, включающий цилиндрический корпус, ускоритель движения жидкости, тормозное устройство, и центробежно-вихревое колесо, размещенное на валу источника вращательного движения, отличающийся тем, что центробежно-вихревое колесо размещено с одного торца корпуса в ускорителе движения жидкости, а с другого торца, перед дном, размещено тормозное устройство, выполненное в виде радиально закрепленных ребер, при этом дно оборудовано центрально врезанным входным патрубком и радиально врезанным выходным патрубком.