УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК F24H1/10 

Изобретение относится к теплотехнике.

Известны устройства, предназначенные для нагрева воды, в которых в качестве теплопроводящей установки применяются водогрейные котлы, состоящие из барабана и обогреваемых труб или секций вместе с топкой, в которой сжигается топливо. В верхней части котла установлен патрубок, через который нагретая вода выводится из котла, а в нижней части котла установлен патрубок для подачи в котел холодной воды.

Недостатками котлов являются их большие размеры и металлоемкость, сложная система продуктов горения, что требует больших расходов стройматериалов при их сооружении, опасные параметры работы (повышенное давление и температура). Котлы являются источниками загрязнения окружающей среды, так как продукты горения, выбрасываемые в атмосферу, содержат СО₂, SO₂, что ведет к образованию кислых дождей, кроме того, содержащаяся в выбросах сажа также загрязняет атмосферу.

Целью изобретения является повышение экологичности, надежности, безопасности, уменьшение материалоемкости устройства для нагрева воды.

Эта цель достигается применением известного прямоточного гидрореактивного судового двигателя впервые в качестве устройства для нагрева воды.

На чертеже изображен продольный разрез прямоточного гидрореактивного судового двигателя.

Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель содержит водозаборник 1, который через направляющий аппарат 2, оканчивающийся соплом 3 и содержащий осевую турбину 4, переходит в коммутационную камеру 5 с гидроинвертором 6. В подпружиненной поворотной заслонке 7 с тремя устойчивыми положениями, сообщаются две рабочие капсулы 8 и выходной диффузор 9. Рабочие камеры 8 начинаются камерами 10 сгорания, в каждую из которых входят всасывающий клапан 11 и свеча 12 электрозажигателя. Вращение турбины 4 через привод 13, содержащий две конические передачи и вал, передается распределительному валику 14, синхронизирующему открывание клапанов 11 подачи высокого напряжения на свечи 12 с заполнением водой рабочих камер. Передним концом валик 14 приводит в действие прерыватель-распределитель 15, соединенный с бобиной и аккумулятором электрозажигания, на задний конец валика 14 посажена шестерня цилиндрической подачи вращения от электростартера 16 к осевой турбине 4 при запуске двигателя. В рабочие камеры 8 помещены сепараторы 17 динамического действия в виде профилированной диафрагмы для отделения сжимающей воды от топливной смеси, образуемой в карбюраторе 18.

Для нагрева воды нижнюю часть устройства опускают в емкость с водой или присоединяют к водной системе. В этом случае диффузор 9 присоединяют к подающей трубе, а водозаборник 1 - к трубе обратной подачи воды. Затем запускают устройство для нагрева воды в работу. Конструкция камеры 10 сгорания устройства обеспечивает прямое воздействие тепловой волны на воду в рабочей камере 8, в которой она выполняет функции поршня. Это приводит к нагреву воды. Нагрев воды усиливается и тем, что продукты сгорания высасываются водой и в коммутационной камере 5 и диффузоре 9 смешиваются и непосредственно в атмосферу не выбрасываются. Стенки рабочих камер 8 омываются водой, что исключает необходимость в системе охлаждения.

Расчет теплотехнических характеристик установки для нагрева воды (прямоточного гидрореактивного судового двигателя).

1. Исходные данные для расчета следующие. Теплота сгорания бензина; Q - Q_сг= 41900 кДж/кг = 9976 ккал/кг; теплоемкость воды С при нагреве от 20 до 90^оС - С = 1 ккал/град˙ л; коэффициент полезного действия η - принимаем η = 0,9 как и у котловых установок; величина перепада температуры волны Δt - принимаем Δt = 8,75^оС; 17,5^оС; 35^оС; 70^оС; расходы бензина принимаем расходы бензина q_б - q_б = 4,5 л/ч = 3,333 кг/ч = 0,926 г/с. q_б 10 л/ч = 7,407 кг/ч = 2,057 г/с; соотношение теплотехнических величин:
1 кВт = 851 ккал/ч = 0,236 ккал/с
10 кВт = 851 ккал/ч = 2,36 ккал/с.

Определяем объем нагреваемой воды в литрах.

Определяем полезный секундный тепловой поток двигателя.

q_теп= Q_c.г·q_б·η = 9,976 · 0,926 г/с · 0,9 = 8,314 ккал/с
q_теп = 9,976 ккал/г 2,057 г/с х 0,9 = =18,468 ккал/с.

Определяем секундный объем (W) нагреваемой воды.

При Δ t = 8,75^оС и при q_б = 4,5 л/ч
W = 8,314 ккал/с 1 ккал/град˙ л х 8,75 град = 0,944 л/с
При Δ t = 8,75 и при q_б = 10 л/ч
W = 18,468 ккал/с 1 ккал/град ˙л х 8,75 град = 2,102 л/с.

При Δ t = 17,5^оС; 35^oC; 70^оС, т.е. градиент температуры каждый раз увеличивается в два раза соответственно расчетные значения также уменьшаются в два раза и получаем: при Δ t = 17,5^оС (q_б = 4,5 л/ч) W = 0,472 л/мс
(q_б = 10 л/ч) W = 1,056 л/с при Δ t = 35^оС (q_б = 4,5 л/ч) W = 0,236 л/с
(q_б = 10 л/ч) W = 0,528 л/с при Δ t = 10^оС (q_б = 4,5 л/ч) W = 0,118 л/с
(q_б = 10 л/ч) W = 0,264 л/с
Время нагрева воды принимаем - 10 мин; 20 мин; 30 мин 1 ч; 2 ч; 10 ч; 24 ч и полученные значения сводим в таблицу.

Из данных таблицы следует, что в зависимости от расхода бензина и температурного градиента воды предлагаемое устройство для нагрева воды обеспечивает нагретой водой для технических нужд (тушение пожаров нагретой водой, мойка деталей, для заправки систем ДВС, систем отопления, для производственных нужд и другие).

Применение известного прямоточного гидрореактивного судового двигателя в качестве устройства для нагрева воды стало возможным благодаря обнаруженной авторами высокого коэффициента использования энергии сгорания топлива в этих двигателях для нагрева воды.

Предложение использовать известный прямоточный гидрореактивный судовой двигатель как устройство для нагрева воды имеет преимущества, так как это устройство имеет малые размеры, работает при меньшем давлении и температуре, а следовательно, менее опасен, не выбрасывает продукты горения в атмосферу, упрощает его монтаж и эксплуатацию, не требует строительства больших зданий котельной с огромными трубами.

Перечисленные преимущества устройства способствуют повышению его эффективности и экологичности при нагреве воды.

Использование прямоточного гидрореактивного судового двигателя в качестве устройства для нагрева воды позволит удешевить расходы на разработку и совершенствование устройств и сооружений для нагрева воды, что даст экономию в народном хозяйстве.

Использование: теплотехника, нагрев воды. Сущность изобретения: при нагреве воды нижнюю часть устройства опускают в емкость с водой или присоединяют к водной системе. Конструкция камеры сгорания обеспечивает прямое воздействие тепловой волны на воду в рабочей камере, в результате чего вода нагревается. Нагрев воды усиливается тем, что продукты сгорания всасываются перемещающимся потоком воды и смешиваются с последним в коммутационной камере 5. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ.

Применение прямоточного гидрореактивного судового двигателя в качестве устройства для нагрева воды.