ВИХРЕВАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F25B29/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, более конкретно к вихревым теплотрансформаторам, работающим на эффекте Ранка-Хильша, и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов.

Известна вихревая система отопления (1), содержащая цилиндрическую трубку с вихревой камерой, заключенную в резервуаре с циркулирующей жидкостью, и нагнетатель, подключенный к тенгенциальному входу камеры.

Недостатком системы является применение легкокипящего фреона, требующего специальной заправки и специального компрессорного оборудования, применения испарителя.

Предлагаемое устройство имеет целью устранить недостатки известной системы.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель насоса заключен внутри резервуара выше уровня жидкой среды, а последний выполнен с герметичной крышкой, деаэрирован и дополнительно наполнен тяжелым инертным газом, при этом двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой электропитания и снабжен каналом для принудительной самосмазки опор вращения.

Кроме того, в системе в качестве рабочей среды использована эффективная смесь керосина с турбинным маслом, спиртом и даутермом.

Устройство поясняется чертежом.

Устройство содержит вихревую трубу 1 с тангенциальным сопловым вводом 2, осевым выходом 3, плоским развихрителем 4, теплообменную камеру 5, заполненную жидкой нагреваемой средой, например, на основе эмульсионной смеси керосина, смазочного (турбинного) масла, спирта, погруженный в жидкую нагреваемую среду и присоединенный своим выходом к сопловому вводу насос 6 с рабочим органом, соединенным общим валом 7 с ротором электродвигателя 8, съемную герметичную крышку 9. Вал электродвигателя удлинен, снабжен винтовым осевым каналом 10 и радиальными каналами 11 для охлаждения электродвигателя и смазки опор вращения. Устройство снабжено герметизированными патрубками для наполнения 12 и вывода 13 жидкой нагреваемой среды.

На входе насоса и выхода вихревой трубы установлен эжектор 14. Камера и съемная крышка теплоизолированы пористой резиной или пенопластом 15.

Устройство работает следующим образом.

Электродвигатель насоса включается в сеть электропитания, вращает рабочий орган и при избыточном давлении 10-20 кг/см², впрыскивает в сопловой ввод вихревой трубы рабочий агент. Рабочий агент с высокой скоростью, достигающей 400-500 м/с, вращается внутри тарельчатой камеры вихревой трубы, сжимается и нагревается на периферии, образуя газовую трубку в области низкого давления в приосевой зоне, и по сходящейся спирали истекает через развихритель на вход насоса. Рабочий орган насоса всасывает жидкость и снова нагнетает ее через сопловой ввод камеру вихревой трубы. Истекающая струя агента с выхода вихревой трубы подсасывает с помощью эжектора 14 жидкость, заполняемую объем камеры 5, вовлекая ее в циркуляцию. Вал электродвигателя по осевому каналу 10 с винтовой канавкой всасывает жидкость, поднимает ее до верхних радиальных каналов 11 и разбрызгивает на верхние опоры вращения, при этом смазывает их и охлаждает сами опоры, статор и ротор двигателя. Нагретая охлаждением двигателя жидкость самотеком возвращается в камеру 5 через отверстия в рабочем органе и кольцевую щель в крышке насоса. После нагрева жидкости до заданной температуры открывается внешний клапан за патрубком 13 (на чертеже не показан) и выпускается в линию внешнего теплообмена. Теплоприток в систему складывается из тепловой энергии вносимой источником электропитания электродвигателя, и энергии, инжектируемой вихрем рабочего агента через проникающие поля, в частности центробежное и гравитационное. Общий коэффициент отопления системы как теплового насоса больше 1, т.е. вихревая система отопления создает прирост энергетического тепла за счет инжекции энергии внешних по отношению к системе полей, вихревым потоком рабочего агента. Эта инжекция носит нелинейный характер, т. е. определяется второй степенью линейной и угловой скорости потока.

Таким образом, предложенное устройство выполняет поставленную цель. Благодаря повышенной частоте электропитания двигателя удается выполнить все устройство значительно более компактным, заключив двигатель внутри стакана с опорами вращения под герметической крышкой, тем самым исключив испарение рабочей жидкости и обеспечив возможность применения высокоэффективных жидких сред, повышающих скорость нагрева и отопительный коэффициент.

Деаэрация камеры с последующим заполнением инертным газом обеспечивает пожаробезопасность при эксплуатации, одновременно повышая коррозийную устойчивость системы.

Кроме того, применение тяжелых газов существенно повышает тепловую эффективность отопительный коэффициент и скорость нагрева, благодаря их самой низкой теплоемкости Cp, наивысшего показателя адиабаты К.

Использование устройства позволяет улучшить технические характеристики вихревой системы отопления, снизить металлоемкость, повысить отопительный коэффициент.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов. Система содержит резервуар с жидкой рабочей средой, тепловой насос в виде вихревой камеры 1 с присоединенным к ее тангенциальному входу насосом 6, погруженным в рабочую среду, и эжектором 14, установленным на входе насоса 6. Двигатель насоса 6 заключен внутри камеры 5 выше уровня жидкой среды, а сама камера 5 выполнена с герметичной крышкой, деаэрирована и дополнительно наполнена тяжелым инертным газом. Двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой питания. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Вихревая система отопления, содержащая тепловой насос в виде вихревой трубы с тангенциальным сопловым вводом, заключенный внутри теплообменной камеры, заполненной жидкой средой, и присоединенным к ее сопловому вводу насосом с электродвигателем, отличающаяся тем, что электродвигатель насоса заключен внутри теплообменной камеры, а последняя выполнена со съемной герметичной крышкой, деаэрирована и заполнена рабочим агентом вихревой трубы, при этом электродвигатель выполнен бесколлекторным, а его вал снабжен осевым и радиальными каналами для его охлаждения и принудительной смазки опор вращения рабочим агентом. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего агента вихревой трубы использована смесь керосина, смазочного масла и (или) спирта.