Теплогенератор
Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству тепловой энергии иначе, чем в результате сгорания топлива. Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию, расширение сферы применения для получения энергии виде пара, упрощение и унификация конструкции. Для решения поставленной задачи теплогенератор содержит неподвижный герметичный корпус, заполненный жидким теплоносителем, подводящий и отводящий патрубки, закрепленный на приводном валу ротор с дискообразным рабочим органом, который охватывает стенки корпуса с гарантированным зазором, оппозитные поверхности дискообразного рабочего органа и корпуса снабжены завихрителями, равномерно расположенными по окружности. Внутренняя стенка корпуса и смежная поверхность ротора образуют геометрически замкнутую торовую полость произвольной формы, на поверхности ротора, образующей тор, размещены лопасти, в ступице ротора также выполнены радиальные лопасти и рециркуляционные отверстия, а выходной срез подводящего патрубка размещен в центре сечения тора. Лопасти, размещенные на поверхности ротора, могут быть изогнуты в направлении, обратном вращению. Часть торовой поверхности, образуемой поверхностью ротора, может составлять не более четверти поверхности, образующей замкнутую торовую полость. Ротор может быть снабжен вторым дискообразным рабочим органом, размещенным на противоположном торце ротора, а торовая поверхность будет образована между первым и вторым дискообразными рабочими органами. Второй дискообразный рабочий орган может быть снабжен циркуляционным отверстием, выполненным в ступице ротора. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству тепловой энергии иначе, чем в результате сгорания топлива и прямого преобразования механической энергии в тепловую.
Предлагаемое изобретение основано на получении тепла при кавитационно-вихревом движении жидкого теплоносителя в различных устройствах.
Известен теплогенератор приводной кавитационный, содержащий корпус, в полости которого расположены подвижные рабочие органы (см. патент РФ №2054604, кл. F24J 3/00, 1996 г.).
Недостатками указанного теплогенератора являются сложность его конструкции, недостаточная эффективность и износостойкость, низкий коэффициент полезного действия и большие потери тепла, уносимого жидким теплоносителем.
Наиболее близким является устройство для получения тепла по патенту РФ №2242684, кл. F24J 3/00 на «Способ получения тепла и устройство для его осуществления». Теплогенератор содержит герметичную емкость с жидким теплоносителем, в которой размещены неподвижные рабочие органы и расположенный между ними на приводном валу подвижный дискообразный рабочий орган с завихрителями и торовым завихрителем, а также патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя. Емкость выполнена в виде звуко- и теплоизолирующего кожуха.
Недостатком этой конструкции является низкая эффективность преобразования энергии вращения в тепловую энергию, постоянное разрушающее действие кавитации на рабочие органы теплогенератора, сложность конструкции и, соответсвенно, повышенная трудоемкость его обслуживания.
Задача изобретения - повышение эффективности преобразования энергии вращения в тепловую, расширение сферы применения для получения энергии в виде пара, упрощение и унификация конструкции.
Задача решается тем, что в теплогенераторе, содержащем герметичный корпус, заполненный жидким теплоносителем, подводящий и отводящий патрубки, ротор, закрепленный на приводном валу и снабженный дискообразным рабочим органом, который охватывают внутренние стенки корпуса с гарантированным зазором, с расположенными на торцевых поверхностях диска и оппозитных внутренних стенках корпуса равномерно по окружности завихрителями, передняя внутренняя стенка корпуса и смежная поверхность ротора образуют геометрически замкнутую торовую полость произвольной формы, причем на поверхности ротора, образующей тор, размещены лопасти, в ступице ротора также выполнены радиальные лопасти и рециркуляционные отверстия, а выходной срез подводящего патрубка размещен в центре сечения тора.
Для усиления турбулентности вихревого потока жидкого теплоносителя в торовой полости лопасти, размещенные на поверхности ротора, образующей торовую полость, изогнуты в направлении, обратном вращению.
Для увеличения рабочей поверхности дискообразного рабочего органа с целью повышения эффективности теплогенератора, упрощения конструкции и унификации торовая поверхность, образуемая ротором, составляет не более четверти торовой поверхности, образующей полость.
Для повышения эффективности и расширения сферы применения (для производства пара) ротор снабжен вторым дискообразным рабочим органом, а торовая полость размещена между первым и вторым рабочими органами.
Для повышения эффективности второй дискообразный рабочий орган снабжен циркуляционным отверстием.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен общий вид теплогенератора в разрезе; на фиг.2 - общий вид теплогенератора в разрезе, причем на нижней половине разреза показан вариант парогенератора; на фиг.3 - общий вид теплогенератора, ротор которого снабжен двумя дискообразными рабочими органами, причем на нижней половине разреза показан вариант выполнения теплогенератора - парогенератор.
Теплогенератор состоит из герметичного корпуса 1, закрепленного на приводном валу 2 ротора 3, передняя внутренняя стенка 4 корпуса 1 и смежная стенка 5 ротора 3 выполнены полусферическими и образуют торовую полость 6, заполненную жидким теплоносителем 7, при этом на роторе 3 выполнены лопасти 8. На дискообразном рабочем органе 9 ротора 3 выполнены лопасти 10. Зазор S сообщается с полостью 6 рециркуляционными отверстиями 11. Подводящий патрубок 12 подает жидкий теплоноситель 7 в центр сечения торовой полости 6, а отводящий патрубок 13 размещен на боковой поверхности корпуса 1. Дискообразный рабочий орган 9 и внутренние стенки корпуса 1 снабжены завихрителями 14, равномерно расположенными по окружности.
В качестве жидкого теплоносителя могут быть использованы вода, тосол, антифриз или различные смеси.
На фиг.2 изображен теплогенератор, у которого торовая поверхность ротора 3 составляет четвертую часть торовой поверхности, образующей полость 6, а подводящий патрубок 12 размещен в корпусе 1 напротив лопастей 10.
На нижней половине фиг.2 изображено сечение теплогенератора, работающего в режиме парогенератора, при этом отводящий патрубок 13 размещен на торцевой поверхности задней стенки корпуса 1.
На фиг.3 изображено сечение теплогенератора, ротор 3 которого снабжен двумя дискообразными рабочими органами 9 и 15, а торовая полость 6 размещена между ними, при этом неподвижная полусфера образована боковой обечайкой корпуса 1, на которой установлен отводящий патрубок 13. На дискообразном рабочем органе 15 также выполнены завихрители 14. Циркуляционные отверстия 16 соединяют лопасти 10.
На нижней половине фиг.3 показано сечение теплогенератора, работающего в режиме парогенератора, при этом отводящий патрубок 13 размещен на задней стенке корпуса 1, а циркуляция жидкого теплоносителя осуществляется последовательно, сначала в гарантированном зазоре S первого дискообразного органа 9, затем в торовой полости 6 и, наконец, в зазоре S второго дискообразного органа 15.
Работа теплогенератора осуществляется следующим образом.
Через подводящий патрубок 12 жидкий теплоноситель 7 поступает в центральную зону сечения торовой полости, где подвергается интенсивному макровихревому вращению в торовой полости 6 при воздействии лопастей 8, а затем через рециркуляционные отверстия 11 с помощью лопастей 10 нагнетается в зазор S. Здесь теплоноситель подвергается интенсивному микровихревому вращению и кавитации в завихрителях 14. Горячий теплоноситель 7 направляется к потребителю энергии через отводящий патрубок 13, при этом часть теплоносителя 7 возвращается в торовую полость 6, откуда вновь нагнетается в зазор S через рециркуляционные отверстия 11. Повышение эффективности достигается тем, что разогрев жидкого теплоносителя 7 производится в два этапа: сначала в торовой полости 6, а затем в зазоре S, куда подается наиболее горячая часть теплоносителя.
На верхней половине фиг.2 показано сечение теплогенератора, работающего в обратной последовательности. Через подводящий патрубок 12 жидкий теплоноситель 7 нагнетается в гарантированный зазор S лопастями 10, а затем подвергается макровихревому вращению в торовой полости 6, после чего тепловая энергия направляется потребителю через отводящий патрубок 13. Такая последовательность работы теплогенератора позволяет отбирать больше тепловой энергии при низкой температуре жидкого теплоносителя 7, когда он подключен к сети потребителя, непосредственно, без рекуператора, который ограничивает рабочую температуру условиями эксплуатации.
На нижней половине фиг.2 показано сечение парогенератора, который работает следующим образом: через подающий патрубок 12 жидкий теплоноситель 7 поступает в центральную зону сечения торовой полости 6, где подвергается интенсивному макровихревому вращению при воздействии лопастей 8 ротора 3, а затем через рециркуляционные отверстия 11 поступает в зону лопастей 10, которые нагнетают теплоноситель 7 в зазор S. Здесь теплоноситель 7 подвергается интенсивному микровихревому вращению и кавитации в завихрителях 14 до температуры парообразования.
На верхней половине фиг.3 показано сечение теплогенератора, снабженного двумя дискообразными рабочими органами 9 и 15. Его работа отличается тем, что обе лопасти 10, размещенные на торцах рабочих органов 9 и 15, нагнетают жидкий теплоноситель 7 в зазоры S, где он подвергается микровихревому вращению и кавитации, в завихрителях 14, а затем в торовую полость 6. Оттуда через отводящий патрубок 13 теплоноситель направляется потребителю тепла. Одновременную работу лопастей 10 обеспечивают циркуляционные отверстия 16, выполненные в ступице ротора 3.
На нижней половине фиг.3 показано сечение парогенератора с двумя дискообразными рабочими органами, где последовательность работы осуществляется в три этапа. Сначала лопасти 10, размещенные напротив подводящего патрубка 12, нагнетают теплоноситель 7 через зазор S в торовую полость 6. На втором этапе теплоноситель 7 подвергается макровихревому вращению в торовой полости 6, где его температура повышается от интенсивной кавитации турбулентных струй, создаваемых лопастями 8. На третьем этапе лопасти 10 второго дискообразного рабочего органа 15 нагнетают горячий теплоноситель 7 в зазоры второго дискообразного рабочего органа 15, где формируется пароводяная смесь, которая по отводящему патрубку 13 направляется потребителю.
1. Теплогенератор, содержащий неподвижный герметичный корпус, заполненный жидким теплоносителем, подводящий и отводящий патрубки, закрепленный на приводном валу ротор с дискообразным рабочим органом, который охватывает стенки корпуса с гарантированным зазором, оппозитные поверхности дискообразного рабочего органа и корпуса снабжены завихрителями, равномерно расположенными по окружности, отличающийся тем, что внутренняя стенка корпуса и смежная поверхность ротора образуют геометрически замкнутую торовую полость произвольной формы, причем на поверхности ротора, образующей тор, размещены лопасти, в ступице ротора также выполнены радиальные лопасти и рециркуляционные отверстия, а выходной срез подводящего патрубка размещен в центре сечения тора.
2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что лопасти, размещенные на поверхности ротора, образующей торовую полость, изогнуты в направлении, обратном вращению.
3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что часть торовой полости, образуемой поверхностью ротора, составляет не более четверти поверхности, образующей замкнутую торовую полость.
4. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор снабжен вторым дискообразным рабочим органом, размещенным на противоположном торце ротора, а торовая поверхность образована между первым и вторым дискообразными рабочими органами.
5. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что второй дискообразный рабочий орган снабжен циркуляционным отверстием, выполненным в ступице ротора.
