ТЕПЛОГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКИЙ Российский патент 2002 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике и, в частности, к устройствам для нагрева воды и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений и для нагрева воды 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. Недостатками прототипа являются кавитационный принцип нагрева воды, уменьшающий сроки эксплуатации устройства, так как кавитация разрушает элементы конструкции; сложность конструкции - наличие двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства.

Задача изобретения - обеспечение эффективного нагрева воды без применения традиционных теплоносителей, упрощение конструкции, обеспечение высокого коэффициента полезного действия, снижение затрат электроэнергии, улучшение эксплуатационных качеств - надежности и долговечности.

На фиг. 1 показан общий вид теплогенератора; на фиг. 2 показан водонагреватель; на фиг. 3 показан диск; на фиг. 4 показан сегмент.

Теплогенератор механический состоит из емкости 1 (фиг. 1), содержащей подводящий патрубок 2 для подачи холодной воды и отделяющий ее от горячей, выходной патрубок 3 для отвода горячей воды, теплообменник 4, в котором размещен водонагреватель 5, опирающийся на подшипниковый узел 6 и приводящийся во вращение через муфту 7 высокооборотным электродвигателем 8.

Водонагреватель 5 (фиг. 2), размещенный в теплообменнике 4, одновременно являющимся гасителем кругового движения воды и представляющим собой перфорированный кожух, состоит из дисков 9, устанавливаемых между ними диафрагм 10, верхней крышки 11 и установленного на ней нагнетающего патрубка 12, снабженного внутренним винтом Архимеда, нижней крышки 13, фланца 14, переходящего в вал 15, стягивающих стержней 16.

Диск 9 (фиг. 3) диаметром "Д" и высотой "в", в центральной части которого имеется цилиндрическая полость диаметром "д", состоит из равных между собой сегментов 17 каплевидной формы, между которыми на всю высоту "в" диска 9 предусмотрены каналы 18 для прохода воды, поверхности которых построены по эвольвенте.

В каждом сегменте 17 (фиг. 4), состоящем из соединенных между собой элементами жесткости 19 внутренней части 20 и наружных частей 21, предусмотрены отверстия 22 (фиг. 3, 4) для стягивающих стержней 16, а также полость 23, где образуется вакуум при сбросе воды через выход 24 на внешнюю сторону диска 9 и через выходы 25 в канал 18.

Выход 24 и выходы 25, а также канал 18 в его выходной части для устранения явления кавитации выполнены под углом 45^o (фиг. 3, 4).

Теплогенератор работает следующим образом. При вращении водонагревателя 5 через муфту 7 высокооборотным электродвигателем 8 холодная вода, принудительно поступая из подводящего патрубка 2 через нагнетающий патрубок 12 в центральную полость составляющих водонагреватель 5 дисков 9, под действием центробежной силы, с большой скоростью и под большим давлением выходит как из центральной полости диска 9 по каналам 18 в теплообменник 4, так и из полости 23 через выходы 24 и 25, при этом в полости 23 образуется вакуум.

В каналах 18, 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 воды к моменту выхода ее из каналов 18 в теплообменник 4 до 100^oС и выше.

Проходя через перфорацию и открытую верхнюю часть теплообменника 4, горячая вода через выходной патрубок 3 поступает в систему горячего водоснабжения или отопления.

Наиболее эффективный нагрев воды осуществляется при соотношении диаметра "Д" диска 9 (фиг. 3) к диаметру "д" внутренней полости диска 9 как 3:1 и высоте "в" диска 9 (фиг.3), составляющей 10-15% от диаметра "Д" диска 9, при трех сегментах 17 в диске 9, при одном выходе 24 (фиг. 4) на внешнюю сторону диска 9 и трех выходах 25 (фиг. 4) в канал 18, и линейной скорости точек, находящихся на внешней стороне диска 9, в пределах 95-110 м/сек.

Мощность теплогенератора можно изменять дополнительной установкой дисков 9 и диафрагм или изменением оборотов электродвигателя 8.

Компановка теплогенератора может быть как горизонтальной, так и вертикальной, с верхним или нижним расположением электродвигателя 8.

Создаваемое водонагревателем избыточное давление воды в емкости 1 позволяет теплогенератору выполнять функции циркуляционного насоса.

Преимуществами предлагаемого теплогенератора является простота конструкции, состоящей из одного агрегата и исключающей необходимость в насосе, создающем сжатие рабочей среды, так как сжатие обеспечивается самой конструкцией водонагревателя; уменьшение возможности разрушения деталей конструкции, т. е. повышается срок эксплуатации устройства, потому что явление кавитации устраняется выполнением выходов воды из сегментов и дисков под углом 45^o; упрощение конструкции, достигаемое за счет отсутствия разгонных и тормозных устройств, т. к. необходимые давление, скорость и температура создаются непосредственно в водонагревателе.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается теплогенератор с числом оборотов электродвигателя до 10000 об/мин. При этом водонагреватель состоит из 5 дисков с диаметром "Д" 210 мм, диаметром "д" цилиндрической полости 70 мм и высотой "в" 30 мм, в каждом из которых предусмотрено три сегмента, имеющих по четыре выхода из полости, где образуется вакуум, с шириной каналов между дисками в перпендикулярном сечении 2 мм. Диаметр отверстий перфорации теплообменника 3 мм. Температура воды на выходе до 100^oС, выходная мощность 3 кВт, потребляемая мощность 1 кВт.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для обогрева жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения. Сущность изобретения заключается в том, что в теплогенераторе, содержащем емкость, подводящий и выходной патрубки, теплообменник и водонагреватель, теплообменник, являющийся одновременно гасителем кругового движения воды, представляет собой перфорированный кожух, а водонагреватель состоит из дисков, устанавливаемых между ними диафрагм, верхней крышки, установленного на верхней крышке нагнетающего патрубка, снабженного внутренним винтом Архимеда, нижней крышки, фланца, переходящего в вал, и стягивающих стержней, причем диски состоят из отдельных каплевидных сегментов, отделенных друг от друга каналами, поверхности которых построены по эвольвенте, а между наружными и внутренними частями сегментов, соединенных между собой элементами жесткости, образована полость, имеющая выходы на наружную сторону диска и в канал между сегментами. Такое выполнение теплогенератора повышает эффективность нагрева воды без применения циркуляционного насоса, увеличивает надежность и долговечность конструкции. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Теплогенератор механический, содержащий емкость, подводящий и выходной патрубки, теплообменник и водонагреватель, отличающийся тем, что теплообменник, являющийся одновременно гасителем кругового движения воды, представляет собой перфорированный кожух, а водонагреватель состоит из дисков, устанавливаемых между ними диафрагм, верхней крышки, установленного на верхней крышке нагнетающего патрубка, снабженного внутренним винтом Архимеда, нижней крышки, фланца, переходящего в вал, и стягивающих стержней, причем диски состоят из отдельных каплевидных сегментов, отделенных друг от друга каналами, поверхности которых построены по эвольвенте, а между наружными и внутренними частями сегментов, соединенных между собой элементами жесткости, образована полость, имеющая выходы на наружную сторону диска и в канал между сегментами. 2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что водонагреватель опирается на подшипниковый узел и приводится во вращение через муфту электродвигателем, причем компановка может быть горизонтальной, вертикальной, с верхним или нижним расположением электродвигателя. 3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что мощность теплогенератора регулируется изменением количества установленных дисков и диафрагм или изменением числа оборотов электродвигателя.