Источник тепловой энергии

Авторы патента:


Источник тепловой энергии

 


Владельцы патента RU 2534663:

Яримов Марат Отеллович (RU)

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах отопления жилых помещений, а также в нагревателях для различных технологических процессов. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника тепловой энергии применяют циркуляционный насос с мокрым ротором, у которого при циркуляции теплоносителя частично до 95 % перекрывают входной и/или выходной отсекающий вентиль. Такой способ получения тепла позволит повысить КПД установки за счет сокращения потерь тепла при работе насоса. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению в области энергетики при преобразовании электрической энергии в тепловую энергию и может быть использовано для отопления жилых и приспособленных помещений, а также в нагревателях для различных технологических процессов.

Из уровня техники неизвестны аналогичные устройства, применяемые в качестве самостоятельных или только источников тепловой энергии. Однако известны электродные котлы, теплоэлектрические нагреватели и другие классические источники тепловой энергии, которые имеют низкие КПД, по сравнению с предложенным. Они могут служить для сравнения по эффективности с предлагаемым устройством.

Задачей изобретения является увеличение КПД источников тепловой энергии и снижение электрической энергии в системах отопления и нагревания.

Технический результат достигается тем, что осуществляют применение электрического насоса с мокрым ротором с функцией от времени по выражению

Q (t) = Q (t)обм . + Q (t)т . + C ,  [1]

где Q(t) - общая тепловая энергия источника в зависимости от времени;

Q(t)обм. - тепловая энергия от нагрева обмоток электродвигателя в зависимости от времени;

Q(t)т.т. - тепловая энергия от трения в теплоносителе в зависимости от времени;

С - тепловая энергия, независящая от нагрузки, в качестве источника тепловой энергии.

Широко известно назначение циркуляционных насосов с мокрым ротором для обеспечения доставки тепла потребителям в системах отопления. При этом в качестве источников тепла используются отдельные электродные или ТЭНовые нагреватели или котлы, а также газовые или на твердом топливе, которые часто находятся на больших расстояниях от потребителя.

В предлагаемом устройстве отпадает необходимость использования других источников тепла. Здесь происходят одновременная генерация и подача тепла потребителю непосредственно на месте его нахождения без шума, потерь и затрат на транспортировку, а также в безопасном виде. В предлагаемом источнике тепловой энергии происходит полный переход механической энергии вращающихся частей электрического насоса с мокрым ротором непосредственно в теплоноситель. Одновременно все тепловые потери электродвигателя полностью и непосредственно переходят в теплоноситель и также используются потребителем. В итоге они суммируются по математическому выражению [1] и находятся в функциональной зависимости от времени.

Основу предлагаемого источника тепла составляют широко известные постоянные и переменные потери классических электродвигателей с сухим ротором (Q(t)обм.+С), (1), а также насосные потери Q(t)т.т. (2). Постоянные потери не зависят от нагрузки электродвигателя и включают потери в стали и пр. Переменные потери зависят от нагрузки электродвигателя и включают электрические потери на нагрев его обмоток.

Уникальность предлагаемого устройства заключается в том, что переменные потери электродвигателя с мокрым ротором и насоса многократно увеличиваются ввиду до пятидесятикратного увеличения вязкости теплоносителя, по сравнению с воздушной средой, а также при регулированном ограничении подачи теплоносителя в систему отопления отсекающими вентилями с функцией от времени по выражению [1].

По описаниям заводов-изготовителей в инструкциях по эксплуатации и других источников информации в Интернете (3) КПД циркуляционных электрических насосов с мокрым ротором не превышает 40-50% в насосном режиме работы для создания напора. Это означает, что тепловые потери составляют в первом приближении 60-50%. Одновременно по информации (1) КПД асинхронных электродвигателей с сухим ротором для мощностей в несколько десятков Вт составляет 60-50%. Это показывает, что все значительные потери переходят в тепловую энергию.

Если учесть насосные потери на тепло от 15% при полностью открытых отсекающих вентилях на графическом материале заявки, до 90% при минимально открытом отсекающем нижнем вентиле, то имеется уникальная возможность применения электрических насосов с мокрым ротором в качестве принципиально нового источника тепла. Широко известно (2), что точка, в которой пересекаются характеристики насоса и системы циркуляции называют рабочей точкой, которая показывает равновесие между полезной мощностью насоса и мощностью, необходимой для преодоления сопротивления системы отопления в насосном режиме электрического насоса с мокрым ротором. В предлагаемом устройстве, когда применяем циркуляционный насос с мокрым ротором в качестве источника тепловой энергии, происходит регулируемое на 90-95% перекрытие, к примеру, нижним отсекающим вентилем, подачи теплоносителя в систему с радиатором, на прилагаемой тепловой схеме графического материала.

Таким образом, применение циркуляционного насоса с мокрым ротором в режиме генератора или источника тепла при регулировании степени перекрытия отсекающего вентиля позволяет повысить КПД принципиально нового источника тепла до 99% при одновременном аккумулировании тепла в объеме самого теплоносителя, а также исключить применение другого отдельного источника тепловой энергии. Какие-либо потери тепла и дополнительные затраты электроэнергии на отдельные принудительные циркуляции теплоносителя исключены.

Предотвращение излишнего перегрева обмоток статора электродвигателя обеспечивается ручным или автоматическим перекрытием отсекающего вентиля в зависимости от температуры окружающей среды и необходимого режима для потребителя тепла. Одновременно перегрев обмоток электродвигателя исключается ввиду отсутствия другого источника тепловой энергии в предлагаемой системе отопления. По источнику информации (3) предельная допустимая температура обмоток электродвигателя насоса с мокрым ротором достигает 142˚С. Заявителем данного изобретения, достигнуто значение температуры теплоносителя в радиаторе отопления 70-85˚С, при работе в длительном круглосуточном режиме для закрытого помещения, с помощью насоса мощностью 50-75-100 ватт по режимам скоростей.

В предлагаемом источнике тепла имеется ноу-хау для обеспечения до двухкратной экономии электрической энергии при получении одного и того же количества тепла, по сравнению с классическими непосредственными способами преобразования электрической энергии в тепловую энергию.

По сравнению с электродвигателем с сухим ротором в электродвигателе с мокрым ротором существуют дополнительные потери тепла в стенках разделительного стакана, вызванные вихревыми токами от вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя. Они также суммируются к постоянной составляющей и не зависящей от нагрузки части выражения [1].

Краткое описание чертежа

На Фиг.1 изображена обычная тепловая схема соединения циркуляционного насоса с мокрым ротором. Здесь цифрой 1 обозначен циркуляционный насос с мокрым ротором, который является высокоэффективным источником тепловой энергии. Система труб 2 соединена с радиатором 3 рассеивания тепла, к примеру, в отапливаемом помещении. Стрелкой показано направление движения теплоносителя. Показаны обычные отсекающие вентили 4 и фильтр 5 очистки теплоносителя от механических примесей. Цифрой 6 обозначен расширительный бачок для теплоносителя. Питание электрического насоса с мокрым ротором производят от электрической энергии 7. Ввиду отсутствия необходимости использования других источников тепла они не показаны.

Осуществление изобретения

Предлагаемый источник тепловой энергии работает следующим образом. Система отопления с теплоносителем в начале, к примеру, запускается в режиме насоса, для этого все вентили находятся в открытом положении, и подается электрическое питание к электронасосу. При подключении электрического питания насос начинает принудительную циркуляцию теплоносителя в насосном режиме по указанному направлению. Происходит генерация тепла с минимальным КПД, не превышающим 50%, согласно инструкции по эксплуатации электрических насосов с мокрым ротором. По истечении определенного времен t температура теплоносителя поднимется. Для увеличения производительности источника тепла перекрываем отсекающий нижний выходной вентиль, к примеру, до 80% прохода теплоносителя. По истечении времени t1 температура теплоносителя резко поднимется до значения t1°C. Таким образом, за счет различной степени перекрытия вентиля можно достичь требуемой температуры теплоносителя в зависимости от температуры окружающей среды по функциональной зависимости [1]. Перегрев обмоток статора не допускаем пока в ручном режиме. Для более интенсивной генерации тепла предлагаемым источником тепла устройство будет совершенствоваться через последующие изобретения.

Предлагаемое устройство является новым, промышленно применимо и имеет изобретательский уровень.

Источники информации

1. Под редакцией И.П.Копылова, «Проектирование электрических машин», М., Юрайт, 2011.

2. Сканави А.И. «Отопление», М., Стройиздат, 1988, стр.169.

3. Русскоязычная страница в Интернете «Насосы с мокрым ротором» или «Циркуляционные насосы с мокрым ротором».

Применение электрического циркуляционного насоса с мокрым ротором через генерацию тепла, а также одновременную принудительную циркуляцию теплоносителя, посредством частичного, до 90 -95% перекрытия отсекающих вентилей, с функцией от времени по выражению
Q (t) = Q (t)обм . + Q (t)т . + C ,
где Q(t) - общая тепловая энергия источника в зависимости от времени;
Q(t)обм. - тепловая энергия от нагрева обмоток электродвигателя в зависимости от времени;
Q(t)т.т. - тепловая энергия от трения в теплоносителе в зависимости от времени;
С - тепловая энергия, не зависящая от нагрузки, в качестве источника тепловой энергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам нагрева воды и других жидкостей без сжигания топлива. В предлагаемом способе и устройстве нагрев жидкостей осуществляется путем подачи ее в вихревую трубу и формирования резонансного кавитационного режима ее течения.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах отопления, подогрева воды для бытовых и производственных нужд. Решением технической задачи является повышение скорости нагрева жидкости.

Изобретение относится к управляемым аэростатическим летательным аппаратам. Аэростатический летательный аппарат содержит подъемный баллонет, несущий баллонет и энергетическую установку, включающую нагреватель.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий. Теплогенератор фрикционный включает вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, приводной вал, патрубки входа холодной и выхода горячей воды, внизу подвижный диск с лопастями и неподвижный диск.

Изобретение предназначено для применения в области отопительной техники, а именно для нагрева воды, использующейся в отоплении и горячем водоснабжении. Ветровой теплогенератор содержит цилиндрический корпус с крышкой и днищем и цилиндрическую горизонтальную перегородку, в которых установлены опорный подшипник и опорно-упорный подшипник, с закрепленным в них вертикальным валом, имеющий сверху муфту для приема мощности от ветродвигателя, а снизу к нему прикреплен вращающийся лопаточный элемент.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий. Ветровой фрикционный теплогенератор включает цилиндрический корпус с крышкой и днищем, приводной вал и патрубки входа холодной воды и выхода горячей воды справа вверху корпуса.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для нагрева воды в жилищно-коммунальной отрасли и сельском хозяйстве. Сущность изобретения в том, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем рабочий сетевой насос, подающий и обратные трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, содержащим, по крайней мере, один снабженный цилиндрической частью в виде вихревой трубы корпус, в основании которого размещено тормозное устройство, а другая его сторона соединена с торцевой стороной ускорителя движения жидкости, выполненного в виде улитки, соединенной с насосом и оснащенной расположенной соосно осевой линии вихревой трубы ускорительной втулкой, связанной каналом с напорным патрубком насоса, ускорительная втулка теплогенератора выполнена в виде набора концентрично вложенных с радиальными зазорами зафиксированных втулок.

Изобретение относится к способу управления комбинированным устройством и комбинированному устройству, в котором может быть применен данный способ. Способ управления устройством 1, которое содержит, по меньшей мере, компрессорную установку 2 и/или устройство для сушки с одной стороны и систему 3 регенерации тепла с другой стороны.

(57) Изобретение относится к области электротехники и эксплуатации систем с асинхронным электродвигателем и частотным регулятором, в частности к регулированию скорости вращения и предотвращению критических режимов работы.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе теплопередачи в трубчатых аппаратах (теплогенераторах, теплообменниках, отопительных приборах).

Изобретение относится к способам воздействия на материалы и продукты с целью их активации, преимущественно к способам обезвоживания углеводородов, очистки теплоносителя, стерилизации пищевых жидкостей, подготовки нефтепродуктов к пиролизу и крекингу, переработки сложномолекулярных продуктов. Способ гидродинамической активации материалов заключается в нагревании исходного общего потока материалов, разделении его на параллельные потоки, после чего в каждом из потоков инициируют кавитацию, активируя потоки имплозией, вызываемой кавитационным воздействием и ударной волной, инициируемой гидроударом, а затем инжектируют в гидродинамический реактор, в котором проводят встречное по одной оси столкновение потоков с возникновением гидроудара, после которого потоки вновь соединяют в общий поток. Изобретение обеспечивает повышение производительности, надежности и улучшение экономических показателей. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для обеспечения горячего водоснабжения и отопления зданий и сооружений, размещенных в местностях, где отсутствует централизованное теплоснабжение и электроснабжение. Тепловая ветроустановка содержит роторный ветродвигатель с вертикальным валом, передающий вращательное движение через редуктор круглой пластине, к которой снизу прикреплены вертикальные цилиндрические перегородки, погруженные в теплоизолированный бак с водой. К дну бака прикреплены также цилиндрические перегородки, между которых движутся перегородки, закрепленные на круглой пластине. Поступающая в бак вода, протекая между подвижными (вращающимися) и неподвижными перегородками нагревается за счет трения. Так как зазор между подвижными и неподвижными перегородками выбран минимально возможным для прохода воды, то нагрев воды происходит достаточно эффективно, чему способствует также выполненный на поверхностях цилиндрических перегородок накат в форме сетки, увеличивающей трение. Смонтированные на наружной стороне внешней (относительно центральной оси) подвижной (вращающейся) цилиндрической перегородке лопасти способствуют прокачке воды в выходной патрубок бака и далее - к потребителю. 2 ил.

Изобретение относится к способу прямого разложения жидкости на водород и кислород по технологии термомеханического разрушения химических связей жидкости кинетической энергией разнонаправленного вращения и к механическому водородогазогенератору. Механический водородогазогенератор для прямого получения водорода и кислорода из жидкости содержит неподвижный корпус, который со стороны подачи жидкости содержит консольный вал со стаканом, а со стороны получения продукта крышка содержит второй консольный вал. Стакан и вал поочередно содержат роторные диски, образующие стенки камер с возможностью вращения в разные стороны и разогрева жидкости. Корпус по окружности содержит шлицевые и винтовые каналы, а также все диски снабжены конусообразными струеобразователями, направленными по ходу жидкости. Устройство в основе содержит герметичный стакан, в котором поочередно выполнены составные конфигурные тавродиски с кольцевыми полками с возможностью вращения от 50 до 600 м/с. Группа изобретений направлена на повышение производительности, понижение стоимости исходных продуктов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных объектов. Задачей изобретения является улучшение условий эксплуатации и повышение коэффициента преобразования механической энергии в тепловую. Поставленная задача решается в ветровом аккумуляторе тепла, содержащем металлический цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода жидкости, внутри по его высоте прикреплены горизонтальные лопатки, чередующиеся с лопатками, прикрепленными снаружи к коаксиальной емкости. Емкость заполнена теплоаккумулирующим веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур. Она установлена на подвижном кольце, контактирующем с неподвижным диском, установленным на днище корпуса. К валу, расположенному в центре корпуса, снизу прикреплена основная фреза, а в средней части прикреплена дополнительная фреза с наклонными лопастями с кривизной, обратной кривизне лопастей основной фрезы. К основной фрезе прикреплен снизу подвижный диск с осевым отверстием, контактирующий с неподвижным диском, имеющим радиальные отверстия. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева жидкости в гидросистемах различного назначения, а также в качестве смесителей различных жидкостей. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности нагрева жидкости и расширение технологических свойств. Для решения поставленной задачи в устройстве для нагрева жидкостей, содержащем цилиндрический корпус с циклоном и ускорителем потока в его нижней части, тормозное устройство в верхней части, за которым установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, который с помощью перепускного патрубка соединен с торцем циклона, в верхней части корпуса соосно и с радиальным зазором к выходному отверстию устанавливается труба, сообщающая полость цилиндрического корпуса с атмосферой. Установка трубы, сообщающей рабочее пространство с атмосферой, повышает эффективность нагрева за счет отбора из рабочей жидкости выделяющегося воздуха и создания таким образом более благоприятных условий для прохождения звуковой волны и более активного развития акустической кавитации. 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Ветровой теплогенератор содержит роторный ветродвигатель с вертикальным валом, передающий вращательное движение через редуктор с конической зубчатой передачей баку с водой, к внутренней поверхности которого прикреплены горизонтально расположенные кольцеобразные пластины, вращающиеся между других кольцеобразных пластин, закрепленных на валу ветродвигателя, причем последние вращаются с той же скоростью, но в противоположном направлении. Зазор между вращающимися в противоположных направлениях пластинами выбран минимально возможным для прохода воды, а на всех пластинах нанесен накат в форме сетки. Интенсивное нагревание воды осуществляется за счет трения. Нагретая в баке вода поступает в неподвижный корпус, в котором размещен вращающийся бак и вращающийся в этом баке вал ветродвигателя, а из корпуса нагретая вода поступает к потребителю. Технический результат заключается в эффективном нагреве воды за счет энергии ветра. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться для обогрева помещений. Нагреватель текучей среды содержит цилиндрический корпус, установленный вертикально, включающий камеру сгорания, в стенке которой размещена емкость, заполненная жидким теплоносителем. Корпус снабжен отверстием для выхода продуктов сгорания топлива, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, патрубками подвода и отвода теплоносителя. Над камерой сгорания размещена камера подогрева воздуха, снабженная устройством для подвода воздуха. Внизу камеры подогрева размещен вход вертикальной телескопической трубы, выход которой расположен в камере сгорания; в нижней части телескопической трубы закреплен распределитель воздуха, содержащий муфту для подсоединения к телескопической трубе. К муфте с зазором для выхода части потока воздуха подсоединена горизонтальная пластина, на которой выполнено устройство для формирования движения упомянутой части потока воздуха по спирали в направлении к стенке камеры сгорания. В пластине под муфтой выполнено отверстие, а под отверстием к упомянутой пластине прикреплена полая конусная головка с отверстиями для выхода воздуха. Изобретение обеспечивает повышение эффективности нагрева теплоносителя за счет оптимизации потоков воздуха исходящих из распределителя в нагревателе. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в теплогенераторах кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения, а также в качестве смесителей различных жидкостей. В гидродинамическом кавитаторе, содержащем корпус, выполненный в виде трубы, камеру с двумя патрубками с соплами, соединенную со входом в корпус, сопла установлены с возможностью контакта со стенками камеры и направлены в сторону входа в корпус, а их оси расположены в одной плоскости под углом друг к другу. В таком кавитаторе исключены все непроизводительные течения, а потоки, участвующие в создании акустической волны, стабильны и управляемы. В результате при минимальных затратах имеется возможность получить качественную звуковую волну с требуемыми показателями, которая в корпусе и камере создает периодические кавитационные каверны нужных размеров и которые при схлопывании будут производить или больше тепловой энергии, или обеспечат более качественное протекание технологических процессов. 10 з.п. ф-лы, 15 ил.
Наверх