ТЕПЛОГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКИЙ Российский патент 2002 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева воды и производства пара, и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений, для нагрева воды и производства пара для производственных и бытовых нужд.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров воды, в частности давления, объема и скорости для получения тепловой энергии.

Например, тепловой насос по а. с. 458691. Но недостатком его является очень высокое рабочее давление до 1000 атм, развиваемое в корпусе, которое требует повышенной прочности корпусных деталей установки, запорной арматуры и т.п., что приводит к значительным материальным затратам и опасно для отопления жилых помещений.

В качестве прототипа выбран "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости", патент 2045715, состоящий из теплогенератора, включающего ускорители движения жидкости - перепускной патрубок и циклон, тормозные устройства, и сетевого насоса с инжекционным патрубком. Недостатком прототипа является кавитационный принцип нагрева воды, уменьшающий в силу известных причин сроки эксплуатации устройства; наличие в конструкции двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства.

Задача изобретения - обеспечение эффективного нагрева воды и производства пара упрощенной конструкцией с высоким коэффициентом полезного действия, без применения традиционных теплоносителей, с низкими затратами электроэнергии и повышенными эксплуатационными качествами - надежностью и долговечностью.

На фиг. 1 показан общий вид теплогенератора; на фиг. 2 показан ротор с лопатками; на фиг. 3 показан горизонтальный разрез по входным отверстиям; на фиг. 4 показано расположение входного отверстия в статоре; на фиг. 5 показан горизонтальный разрез по выходным отверстиям.

Задача достигается тем, что в корпусе 1 фиг. 1, в центральной его части установлены статор 2 и ротор 3, где построение образующей поверхностей статора и ротора определяется аналитической зависимостью У = К/Х². Ротор 3 представляет собой турбину с четырьмя лопатками 4, имеющими зеркально отображенную S-образно изогнутую поверхность фиг. 2, опирающуюся на нижний подшипниковый узел 5 в нижней крышке 6 корпуса 1 фиг. 1 и верхний подшипниковый узел 7 в верхней крышке 8 корпуса 1 фиг. 1 и приводится во вращение через муфту 9 высокооборотным электродвигателем 10 постоянного тока. Для подачи воды в теплогенератор в верхней части корпуса 1 выполнены по касательной к радиусу ротора 3 два диаметрально расположенных отверстия 11 фиг. 3 прямоугольного сечения, угол наклона длинной стороны которых совпадает с углом наклона образующей поверхности статора 2 фиг. 4. Для отвода горячей воды или пара от теплогенератора в нижней части корпуса 1, по касательной к радиусу ротора 3, предусмотрено четыре выходных отверстия 12, расположенных на равном удалении друг от друга по окружности фиг. 5.

Теплогенератор работает следующим образом. Поступающая в корпус 1 через входные отверстия 11 вода приводится в круговое движение ротором 3 от электродвигателя 10. По мере перемещения к нижней части корпуса 1 вода под воздействием лопаток 4, имеющих зеркально отображенную S-образно изогнутую поверхность, приобретает значительную скорость и повышенное давление на выгнутой стороне лопаток 4, максимальное значение которых достигается в зоне выходных отверстий. Одновременно на вогнутой стороне лопаток 4 формируются зоны сильного разрежения - вакуума, максимальное значение которого также достигается в зоне выходных отверстий. На границах зон высокого давления и вакуума, согласно известному явлению, имеющему место при адиабатических процессах, локальная температура в приграничных областях зон достигает 10000^oС, что приводит к разогреву в зоне выходных отверстий 12 рабочей среды - воды и пара соответственно до 100^oС и до 400^oС. Нагретую воду или пар отводят через выходные отверстия 12 в нижней части корпуса 1.

Теплогенератор, мощность которого находится в прямой зависимости от скорости вращения и размеров ротора 3, может работать как в режиме нагрева воды, так и в режиме парообразования, так как давление и температура воды и пара на выходе регулируются изменением скорости вращения ротора 3, а также выполняет функцию сетевого насоса и подключается непосредственно как в тепловую сеть, так и в сеть потребителя горячей воды или пара или к теплообменнику.

Преимуществами предлагаемого теплогенератора является то, что конструкция состоит из одного агрегата, т.к. нет необходимости в насосе, создающем сжатие среды внутри корпуса, сжатие обеспечивается самой конструкцией - конусообразной формой статора и ротора и зеркально отображенной S-образной формой лопаток ротора; уменьшается возможность разрушения деталей конструкции, т. е. повышается срок эксплуатации устройства, потому что явление кавитации на поверхности лопаток отсутствует, т.к. области повышения температуры воды смещены на границы соприкосновения зон повышенного давления и зон разрежения; упрощение конструкции достигается и за счет отсутствия разгонных и тормозных устройств, т.к. создаваемое давление, скорость и температура регулируются числом оборотов ротора.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается теплогенератор с числом оборотов ротора до 10000 об/мин. При этом высота ротора равна 190 мм, диаметр верхней части ротора равен 60 мм, диаметр нижней части ротора - 180 мм, температура воды на выходе - до 100^oС при скорости вращения ротора 6800 об/мин, температура пара на выходе - до 400^oС при скорости вращения ротора 10000 об/мин, рабочее давление - до 6 атм, выходная мощность - 6 кВт, потребляемая мощность - 1,5 кВт.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для обогрева жилых и производственных помещений и для горячего водоснабжения. Сущность изобретения заключается в том, что в теплогенераторе в корпусе в верхней части для подачи воды выполнены по касательной к радиусу ротора два входных, диаметрально расположенных прямоугольных отверстия, угол наклона длинной стороны которых совпадает с углом наклона образующей поверхности статора, в нижней части для отвода воды и пара выполнены по касательной к радиусу ротора четыре выходных, равноудаленных друг от друга отверстия, а в центральной части корпуса установлены статор и ротор, образующие поверхности которых определены аналитической зависимостью У=К/Х², причем ротор, опирающийся на подшипниковые узлы в верхней и нижней частях корпуса, выполнен в виде турбины, имеющей четыре лопатки с зеркально отображенными S-образно изогнутыми поверхностями. Такое выполнение теплогенератора повышает эффективность нагрева воды без применения циркуляционного насоса, увеличивает надежность и долговечность конструкции. 5 ил.

Теплогенератор механический, содержащий корпус, отличающийся тем, что в корпусе в верхней части для подачи воды выполнены по касательной к радиусу ротора два входных, диаметрально расположенных прямоугольных отверстия, угол наклона длинной стороны которых совпадает с углом наклона образующей поверхности статора, в нижней части для отвода воды и пара выполнены по касательной к радиусу ротора четыре выходных, равноудаленных друг от друга отверстия, а в центральной части корпуса установлены статор и ротор, образующие поверхности которых определены аналитической зависимостью У=К/Х², причем ротор, опирающийся на подшипниковые узлы в верхней и нижней части корпуса, выполнен в виде турбины, имеющей четыре лопатки с зеркально отображенными S-изогнутыми поверхностями.