Способ контактного нагрева жидкостей и устройство для его осуществления



Способ контактного нагрева жидкостей и устройство для его осуществления
Способ контактного нагрева жидкостей и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2615856:

Ведерников Виталий Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к способу и устройству для контактного нагрева жидкостей. Способ контактного нагрева жидкостей заключается в том, что в камеру сгорания, погруженную в жидкость, раздельно подают горючее и окислитель через форсунки, образуя однородный кольцевой слой горючей смеси, в котором инициируют сжигание топлива в режиме непрерывной спиновой детонации, продукты которого попадают напрямую в жидкость, отдавая ей свое тепло. Устройством для контактного нагрева является детонационная камера сгорания, представляющая собой кольцевой канал между двумя коаксиально расположенными цилиндрическими трубами, заглушенный с одного торца. Через два ряда отверстий, равномерно расположенных в кольцевом зазоре вдоль окружностей, равноудаленных от цилиндрических стенок камеры, раздельно подаются горючее и окислитель. Накопившаяся смесь с помощью электрического разряда поджигается. Горение переходит в процесс непрерывной спиновой детонации. Поток продуктов детонации, выходящий из детонационной камеры, эжектирует через центральную трубу жидкость, дробится в ударных волнах на мелкие пузырьки и отдает жидкости свое тепло. Для усиления дробления пузырьков на выходе детонационной камеры установлена перфорированная пластина - кавитатор. Изобретение направлено на повышение энергетической безопасности и снижение тепловых потерь. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для нагревания жидкостей в различных технологических процессах без применения теплообменников при прямом контакте продуктов сгорания топлива с жидкостью.

Известен способ нагрева теплоносителя (RU 93017298 А, 27.10.1996), включающий подачу топлива и окислителя, их перемешивание и сжигание в камере сгорания, подачу в область горения жидкости (воды), предварительно нагретой в водогрейной рубашке камеры сгорания, отвод полученного из смеси паров жидкости и продуктов сгорания биагентного теплоносителя. Недостаток описанного способа - снижение температуры пламени за счет подачи воды в камеру сгорания, что приводит к неполному сгоранию топлива и образованию сажи, загрязняющей теплоноситель.

Известен способ двухэтапного нагрева теплоносителя продуктами сгорания метана с воздухом в газовой горелке (патент RU 2183791 С1, 20.06.2002). На первом этапе теплоноситель нагревается в водяной рубашке камеры сгорания, затем подается в струйный аппарат, где смешивается с продуктами полного сгорания топлива и нагревается до температуры 120-900 градусов. К недостаткам данного способа следует отнести неполное сгорание топлива в турбулентной газовой горелке и попадание несгоревших остатков топлива в теплоноситель, а также сложность способа.

Известен способ нагрева жидкости (JP 2005147464 А, 09.06.2005), включающий подачу и сжигание газообразного топлива (смеси горючего и окислителя) из одной трубки в жидкость в виде одного пузырька с последующим поджигом электрическим разрядом. Образовавшаяся при сгорании топлива тепловая энергия переходит в жидкость. Недостаток данного способа: подача готового топлива по одной трубке в теплоноситель может привести, при сжигании пузырька, к проскакиванию пламени в трубку и взрыву внутри камеры смешения горючего и окислителя.

Известно устройство для сжигания топлива в режиме непрерывной спиновой детонации, описанное в патенте RU 2459150 С2, 20.08.2012.

Устройство содержит кольцевую камеру сгорания, систему смешения реагентов (горючего с окислителем), размещенную в начале камеры сгорания, систему подачи, включающую кольцевую форсунку с равномерно расположенными по окружности стенки камеры сгорания отверстиями, входное и выходное отверстие для продуктов горения, источник зажигания. Камера сгорания выполнена расширяющейся от входа к выходу, на переднем конце камеры сгорания имеется щель, через которую в режиме эжекции подают один из реагентов горючей смеси (горючее или окислитель), напротив щели расположена кольцевая форсунка, которая является средством турбулизации потока. Устройство работает следующим образом: горючее подается через кольцевую форсунку, окислитель в режиме эжекции поступает через щель на переднем конце камеры. После инициирования горения тепловым импульсом запускается сжигание топлива в спиновых поперечных детонационных волнах, за которыми в волне разрежения, примыкающей к детонационному фронту, через щель эжектируется окислитель. Детонация осуществляется непрерывно до тех пор, пока подается горючее в условиях расположения камеры в безграничном объеме окислителя.

К недостаткам известного устройства относится невозможность его использования в жидкостях или разряженной атмосфере, так как эжекция окислителя должна осуществляться из окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ нагрева жидкого теплоносителя (RU 2465521 С2, 27.10.2012) (прототип): горючее и окислитель подают в теплоноситель раздельно, затем смешивают их в теплоносителе с образованием газового пузырька горючей смеси, которая поджигается электрическим разрядом при достижении пузырьком заданных размеров. Для получения нагревателя большой мощности создают множество пар потоков «топливо - окислитель» за счет разветвления трубопровода и увеличивают количество поджигающих электродов, что следует отнести к недостаткам данного способа наряду со сложностью системы синхронизации поджигания пузырьков. Известный способ отличается низким КПД за счет неполного сжигания топлива в процессе обычного горения (дефлаграции). Устройство, применяемое для осуществления способа, имеет не менее двух подводящих трубопроводов для обеспечения возможности раздельной подачи топлива и окислителя в теплоноситель. Каждый трубопровод имеет множество трубок-ответвлений, которые объединены попарно таким образом, что образуют каналы для раздельной подачи топлива и окислителя в теплоноситель с возможностью образования пузырька горючей смеси. Трубки-ответвления объединены в отдельные блоки, заключенные в диэлектрические корпуса, и подсоединены к соответствующим трубопроводам. При этом трубки-ответвления имеют выход на активную поверхность упомянутого диэлектрического корпуса. Недостатком известного способа и устройства является сложность системы выдувания и поджигания пузырьков с топливом непосредственно в теплоносителе. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение способа нагрева теплоносителя и устройства для его осуществления, повышение энергетической эффективности и безопасности. Решение поставленной задачи достигается путем контактного нагрева жидкостей, включающего сжигание горючей смеси из топлива и окислителя и реализацию нагретого теплоносителя. При этом сжигание горючей смеси проводят в камере сгорания, погруженной в нагреваемую жидкость, с последующим выводом из нее продуктов реакции в нагреваемую жидкость, причем горючее и окислитель вводят в камеру сгорания с образованием однородного кольцевого слоя горючей смеси, в котором инициируют сжигание топлива в режиме непрерывной спиновой детонации.

Предпочтительно горючее и окислитель в камеру сгорания подают раздельно через форсунки.

Также цель достигается при использовании устройства для контактного нагрева жидкости, содержащем кольцевую камеру сгорания, образуемую двумя полыми коаксиально расположенными цилиндрами, заглушенным с одного торца, систему раздельной подачи горючего и окислителя, представляющую собой два ряда форсунок равномерно расположенных по окружности в камере сгорания, входное отверстие в центре устройства для проточного поступления жидкости в процессе сжигания топлива, выходное отверстие для продуктов горения, источник зажигания, кавитатор, представляющий собой пластину с отверстиями, установленный напротив выходного отверстия камеры.

Кавитатор предназначен для дробления продуктов детонации на мелкие пузырьки в жидкости и усиления теплообмена между горячими продуктами детонации и жидкостью.

В отличие от известного способа (прототипа) нагрев жидкости происходит за счет сжигания топлива в поперечных детонационных волнах, а не в процессе обычного горения (дефлаграции). Теоретические расчеты показывают, что процесс детонационного сжигания топлива термодинамически эффективнее обычного горения (Зельдович Я.Б. К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения // Журн. техн. Физики. – 1940. - Т. 10, Вып. 17. - С. 1453-1461), а эксперименты, проведенные в Институте гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СОРАН (Быковский Ф.А., Ждан С.А. Непрерывная спиновая детонация. Новосибирск, Издательство СО РАН 2013 г. 423 с.), показывают, что при детонационном сжигании топливовоздушных смесей меньше образуется окислов азота и других вредных соединений, чем при обычном горении.

Помещенная в жидкость детонационная камера (устройство для сжигания топлива) не нуждается в рубашке охлаждения и, в отличие от известного устройства (RU 2459150 С2, 20.08.2012), может работать при непосредственном погружении в жидкость за счет подачи горючего и окислителя через форсунки, а не эжекции одного из компонентов топлива из окружающего пространства, имеет центральный цилиндр не массивный, а в виде трубы для сквозного протока жидкости через камеру для улучшения охлаждения стенок цилиндра, на выходе из камеры сгорания предложено установить кавитатор для улучшения теплообмена между горячими продуктами и жидкостью, предназначенный для дробления в жидкости продуктов детонации на мелкие пузырьки.

Применение изобретения будет способствовать более рациональному использованию природных энергетических ресурсов путем снижения тепловых потерь при передаче тепла жидкому теплоносителю в процессе сжигания топлива.

На чертеже представлена схема устройства для нагрева жидкости.

Устройство представляет собой конструкцию с кольцевым зазором между внешним (1) и внутренним (2) полыми цилиндрами, расположенными коаксиально. Зазор заглушен с одного торца и имеет два ряда форсунок (3), равномерно расположенных на этом торце вдоль окружностей, равноудаленных от стенок зазора и предназначенных для раздельной подачи окислителя (4) и горючего (5). В кольцевом зазоре установлена электрическая свеча (6). На выходе из камеры установлен кавитатор (7), представляющий собой пластину с отверстиями. Устройство помещено в емкость (8), наполненную жидкостью.

Устройство работает следующим образом.

В зазор между двумя коаксиально расположенными цилиндрами: внешнего - 1, внутреннего - 2, через форсунки 3 раздельно подаются горючее 5 и окислитель 4. Перемешанные компоненты топлива зажигаются с помощью электрической свечи 6. Горение переходит в процесс непрерывной спиновой детонации. Поток продуктов детонации, выходящий из детонационной камеры, эжектирует жидкость через проточную трубу внутреннего цилиндра, дробится о кавитатор 7 на мелкие пузырьки и отдает жидкости свое тепло. Из емкости 8 нагретая жидкость поступает потребителю.

Именно заявляемые конструктивные отличия, признаки устройства для нагрева жидкости позволяют реализовать заявляемый способ, тем самым обеспечивая достижение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в упрощении способа нагрева теплоносителя и устройства для его осуществления, повышении энергетической эффективности и безопасности.

1. Способ контактного нагрева жидкостей, включающий сжигание горючей смеси из топлива и окислителя и реализацию нагретого теплоносителя, отличающийся тем, что сжигание горючей смеси проводят в камере сгорания, погруженной в нагреваемую жидкость, с последующим выводом из нее продуктов реакции в нагреваемую жидкость, причем горючую смесь и окислитель вводят в камеру сгорания с образованием однородного кольцевого слоя горючей смеси, в котором инициируют сжигание топлива в режиме непрерывной спиновой детонации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горючую смесь и окислитель в камеру сгорания подают раздельно.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горючую смесь и окислитель в камеру сгорания подают через форсунки.

4. Устройство для контактного нагрева жидкости, включающее емкость с теплоносителем и устройство для сжигания топлива, отличающееся тем, что устройство для сжигания топлива выполнено в виде кольцевой камеры сгорания, представляющей собой зазор, образуемый двумя полыми коаксиально расположенными цилиндрами и заглушенный с одного торца, систему раздельной подачи горючего и окислителя, представляющую собой два ряда форсунок, равномерно расположенных по окружности в камере сгорания, входное отверстие в центре устройства для проточного поступления жидкости в процессе сжигания топлива, выходное отверстие для продуктов горения, источник зажигания, кавитатор, представляющий собой пластину с отверстиями, установленную напротив выходного отверстия камеры, с возможностью дробления продуктов детонации на мелкие пузырьки в жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водонагревателях и в электронных устройствах, нагревающих воду, для предотвращения или уменьшения образования накипи на нагревательных элементах.

Изобретение предназначено для приготовления пищи в походных условиях. Туристический кипятильник с нагнетателем воздуха содержит корпус (2), кассету (3) с топливом (4) и поворотную дверцу (7).

Изобретение относится к теплоэнергетике и может найти применение в системах теплонагрева и отопления. Способ заключается в подаче холодной жидкости в корпус электродной нагревательной установки и ее нагреву.

Изобретение относится к средствам для получения низкотемпературного теплоносителя и обработки воздуха в электромагнитном поле. Изобретением решается задача повышения коэффициента полезного действия коаксиального нагревателя.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения тепловой и электрической энергии в индивидуальных домах и квартирах. Сущность изобретения в том, что теплоэлектрический генератор для индивидуального энергоснабжения содержит подключенные друг к другу наружный и внутренний коробы, перекрытые с торцов крышками и днищами, образующими первичный и вторичный контуры, во внутреннем коробе расположена топка с газоходом, в котором расположены газовый коллектор и пластинчатый теплообменник, стенки и крышка наружного короба покрыты декоративными коробом и декоративной крышкой с образованием между ними щелей, стенки наружного и внутреннего коробов, крышек, днищ и вертикальных перегородок, соприкасающиеся с нагреваемой водой, выполнены с пазами, в которые вставлены ребра, представляющие собой теплоэлектрические секции, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей, концы которых соединены между собой контактными спаями, расположенных вдоль длины ребер в зонах нагрева и охлаждения, свободные концы с клеммами каждой теплоэлектрической секции присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенным с токовыводами.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в электроводонагревателях. Сущность изобретения в том, что электроводонагреватель включает внутренний бак, в котором заключена камера накопления воды, и соединительную муфту, одним концом присоединенную ко внутреннему баку а другим концом соединенную с узлом подачи и слива воды, служащим для подачи воды в камеру накопления воды и слива воды из камеры накопления воды.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к генераторам тепловой и электрической энергии. Изобретение может быть использовано для нагрева жидкого теплоносителя с системой циркуляции нагреваемой среды.

Изобретение относится к электрическим приборам, в которых нагревается вода. Электрическая водонагревательная система с ограниченным отложением накипи содержит емкость для приема воды, ограничивающую внутреннее накопительное пространство для нагреваемой воды.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водонагревателях для коммунально-бытового водоснабжения. Сущность изобретения в том, что дополнительное нагревательное устройство для нагрева воды в баке (1) водонагревателя с тепловым аккумулятором, рассчитанное на размещение внутри упомянутого бака, которое включается при каждом акте потребления воды и нагревает только воду внутри указанного дополнительного устройства и имеет камеру, впускной патрубок, ведущий в упомянутую камеру, выпускной патрубок, выходящий из упомянутой камеры, электрическое сопротивление, помещающееся внутри упомянутой камеры и регулируемое датчиком расхода в то время, когда необходима вода.

Заявляемое техническое решение относится к области электронагревательных приборов, предназначенных для подогрева и испарения воды в расходном режиме и в составе замкнутых водяных и пароводяных контуров.

Турбомашина содержит, по меньшей мере, в направлении потока газов компрессор, камеру, содержащую средства, обеспечивающие создание горячих газов из воздушной смеси, образуемой из захваченного потока воздуха, и из топлива, и турбину, приводимую во вращение посредством горячих газов и приводящую в действие компрессор.

Способ детонационного сжигания топливных смесей включает раздельную подачу топлива и воздуха в камеру сгорания и инициирование детонационного горения образующейся смеси.

Изобретение относится к камерам сгорания прерывистого действия. Способ работы впускной системы камеры сгорания представляет собой инерционный наддув впускной системы и включает в себя процессы рекуперации энергии выхлопа во впускную систему, кинетического накопления энергии газообразного рабочего тела и преобразования кинетической энергии газообразного рабочего тела в потенциальную энергию давления, при этом организуется дополнительный впускной канал, реализующий акустическую схему фазоинвертора и подключенный к основному впускному каналу параллельно так, что воспринимает давление заторможенного потока со стороны камеры сгорания посредством канала, собственная частота которого выше собственной частоты канала акустической массы фазоинвертора, причем оба основной и дополнительный впускной каналы работают на впускной порт камеры сгорания, общий для основного и дополнительного впускных каналов.

Пульсирующая детонационная установка для создания силы тяги содержит корпус, внутри которого установлен насадок с полузамкнутой детонационной камерой, систему подачи окислителя.

Изобретение относится к проточным устройствам для импульсного зажигания высокоскоростных потоков гомогенных и гетерогенных горючих смесей в различных энергетических установках, прежде всего в импульсно-детонационных технологических устройствах и в импульсно-детонационных двигателях летательных аппаратов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к авиационным реактивным тяговым модулям атмосферного использования. .

Изобретение относится к камерам сгорания прерывистого действия, таким как камеры пульсирующего горения для сжигания газообразных и жидких топлив, а также к камерам сгорания пульсирующих воздушно-реактивных двигателей.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжигания различных видов топлив. .

Детонационный двигатель содержит первый и второй впуски, первое и второе сопла и сепаратор. Первый впуск имеет первый конец, соединенный по текучей среде с первой емкостью, и второй конец, соединенный по текучей среде с детонационным двигателем. Второй впуск имеет первый конец, соединенный по текучей среде со второй емкостью, и второй конец, соединенный по текучей среде с детонационным двигателем, напротив первого впуска. Первый и второй впуски выровнены по общей оси. Первое сопло соединено с первым впуском. Второе сопло соединено со вторым впуском. Сепаратор расположен между вторым концом первого впуска и вторым концом второго впуска и вдоль упомянутой общей оси. Изобретение направлено на стабилизацию детонацию смеси. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 15 ил.
Наверх