ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП ИСПАРЕНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК F04F3/00 

Изобретение относится к термальным насосам, а более конкретно к параллельным многоступенчатым термальным насосам, использующим испарение и конденсацию воды.

Термальный насос по предлагаемому изобретению не принадлежит к тому типу насосов, которые качают горячую воду с помощью парового двигателя средней ступени, или к циркуляционным насосам, или к насосам, всасывающим холодную воду, подаваемую другим насосом, а принадлежит к параллельным многоступенчатым термальным насосам горячей воды, в которых процесс перекачки включает стадии теплообразования от сгорания топлива, испарение воды под действием этого тепла и последующей конденсации испаренной воды.

Предлагаемое изобретение обеспечивает более эффективное нагревание и повышенную производительность. Предлагаемое изобретение представляет собой устройство перекачки больших объемов горячей воды, а более конкретно - менее половины или четверти объема обычного бойлера горячей воды.

Для вышеупомянутого обычного бойлера горячей воды (или устройства генерирования горячей воды) обязательно требуется циркуляционный насос, который обеспечивает циркуляцию горячей воды, и водяной насос, который обеспечивает подачу холодной воды, при этом бойлер не обеспечивает эффективного сгорания топлива, когда топлива подается много, в результате чего не решается проблема сажеобразования при горении, а также не обеспечивается уменьшение образования ядовитых газов (например, термальных окислов азота) до концентраций ниже 50 млн^-1.

Более полную оценку предлагаемому изобретению можно дать и многие его преимущества можно лучше понять, если читать детальное описание изобретения вместе с рассмотрением прилагаемых чертежей. На прилагаемых чертежах одинаковые обозначения относятся к тем же самым или подобным элементам.

На фиг. 1 один из предпочтительных вариантов предлагаемого изобретения показан в продольном разрезе.

На фиг.2 представленное на фиг.1 устройство показано в разрезе по линии А-А.

На фиг.3 представленное на фиг.1 устройство показано в разрезе по линии Б-Б.

На фиг.4 представленное на фиг.1 устройство показано в разрезе по линии В-В.

На фиг.5 представленное на фиг.1 устройство показано в разрезе по линии Г-Г.

На фиг.6 показана функциональная схема одного из предпочтительных вариантов предлагаемого изобретения.

Целью предлагаемого изобретения является решение вышеуказанных проблем путем создания параллельного многоступенчатого термального насоса, использующего принципы испарения и конденсации воды, который обеспечивал бы циркуляцию горячей воды и подсасывание холодной воды без помощи других циркуляционных или водяных насосов, работа которого не вызывала бы сажеобразования в последовательных секциях камеры сгорания при горении топлива и при этом обеспечивалось бы значительное понижение степени образования ядовитых газов.

Вышеуказанная цель может быть достигнута созданием предлагаемого настоящим изобретением параллельного многоступенчатого термального насоса, использующего принципы испарения и конденсации воды, включающего следующие элементы: камеру сгорания, соединенную более чем двумя ступенями с цилиндрической парогенераторной камерой, имеющей соединительную выпускную трубку, высокотемпературную дымовую трубку, водяной канал, выполненный с возможностью обеспечения изменения направления движения воды, и обратный клапан выпускаемой воды, при этом насос конструктивно включает выполненную внутри него камеру сгорания, расположенные по обе стороны от этой камеры сгорания камеру повторного нагревания воды передней поверхности и камеру повторного нагревания воды задней поверхности, отверстие для установки горелки, канал третьего воздуха, сквозное отверстие, пластину реверсивного горения, относящуюся к передней поверхности, и пластину реверсивного горения, относящуюся к задней поверхности, выполненные с возможностью выпуска газообразных продуктов сгорания в наинизшей точке камеры сгорания после пятикратного контакта топлива с воздухом, насосное средство, имеющее насосную камеру, соединительную всасывающую трубку, соединительную паровую трубку, внешнюю паровыпускную трубку и внутреннюю паровыпускную трубку, расположенные в верхней части каждой из вышеуказанных парогенераторных камер, которыми окружена камера сгорания, конденсационную камеру, имеющую обратный клапан всасываемой воды, соединительную водяную трубку, звукоподавляющую крестообразную амортизирующую пластину, первую противошумную сетку, вторую противошумную сетку, перфорированную разделительную пластину, обратный воздуховыпускной клапан и препятствующий теплопередаче между насосной камерой и конденсационной камерой теплоизолирующий материал, экономайзер, имеющий низкотемпературную дымовую трубку и разделительную пластину реверса потока, выполненную по периферии вышеуказанного насосного средства, и соединенный с соединительными водяными трубками, и соединительное средство, выполненное с возможностью обеспечения соединения с каналом всасывания воды соединительным каналом выпускаемой воды, выпускной трубкой и с возможностью обеспечения сообщения воздуха с последовательными секциями внешней циркуляции через всасывающее отверстие, выпускное отверстие и дымоход.

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи рассматривается один из предпочтительных вариантов предлагаемого изобретения. Кроме того, дальнейшее описание позволит полностью понять суть предлагаемого изобретения. Следует заметить, что в настоящем описании во избежание внесения подробностей, которые могли бы затемнить предмет предлагаемого изобретения, опущены детали, касающиеся описания известных функций и известных элементов конструкции.

Как показано на фиг.1, вышеуказанная структура используется в качестве параллельного устройства, имеющего больше двух ступеней в продольном направлении, и вблизи многоступенчатого насосного устройства должен находиться экономайзер 1, соединенный с низкотемпературной дымовой трубкой 2 восходящего отработанного газа и имеющий разделительную пластину реверса потока 3. Как показано на фиг.2, верхняя часть цилиндрической парогенераторной камеры 4 соединена с соединительной выпускной трубкой 5 и дымовой трубкой 6 и конструктивно содержит в себе камеру сгорания 7. Согласно предлагаемому изобретению реализована конструкция насосного устройства, состоящего из насосной камеры 8 в его нижней части и конденсационной камеры 9 в его верхней части. Как показано на фиг.6, в соответствии с предлагаемым изобретением при наполнении внутреннего и внешнего теплообменников (радиаторов) водой по стрелке, показанной сплошной линией, воздух в устройстве только поднимается и выпускается наружу через обратный воздуховыпусной клапан 10 и циркуляционные последовательные секции наполняются водой. Как указывалось выше, после наполнения устройства и циркуляционных последовательных секций водой высокая температура, возникающая в результате сгорания в камере сгорания 7 такого топлива, как газ или нефть, действует сначала на периферию камеры сгорания 7 и высокотемпературную дымовую трубку 6, так что вода в парогенераторной камере 4 может переходить в состояние пара. Получающийся пар, как говорилось ранее, собирается в верхней части насосной камеры 8, проникая туда через соединительную паровую трубку 11, в то время как вода, находящаяся в насосной камере 8, подается в нижнюю часть парогенераторной камеры 4 через соединительную выпускную трубку 5, так что направление течения воды может быть изменено в канале с изменяющимся направлением течения воды 12 с образованием в парогенераторной камере 4 осадка. Поэтому вышеуказанный пар проходит через обратный клапан выпускаемой воды 13 и соединительный канал выпускаемой воды 14, повторно нагревается от камер повторного нагрева выпускаемой воды 15-1 и 15-2, выпускается из устройства через выпускную трубку 16 и выпускное отверстие 17, излучает тепловую энергию в радиаторе и устремляется самотеком в водяной бак. Затем, когда количество пара, собравшегося в нижней части внутренней паровыпускной трубки 18, увеличится и поверхность раздела воды и воздуха достигнет нижней части внутренней паровыпускной трубки 18, пар, находящийся под давлением воды, соответствующим высоте водяного столба, действующего на нижнюю часть внутренней паровыпускной трубки 18, мгновенно выпускается в нижнюю часть конденсационной камеры 9 через внешнюю паровыпускную трубку 19 и внутреннюю паровыпускную трубку 18.

В этот момент, когда пар выпускается, с паром выходит небольшое количество воды и возникает резкий звук, вызываемый как быстрым истечением пара, так и вибрациями и шумами, возникающими в случае, если имеет место быстрая конденсация при контакте пара с холодной водой. С целью устранения резкого звука используются, как говорилось выше, крестообразная амортизирующая пластина 20, первая противошумная сетка 21 и вторая противошумная сетка 22, которые имеют коническую форму и установлены с возможностью гашения вибраций и шума, возникающих при непосредственном контакте пара с водой. Наибольшая часть пара, освобожденного от шума и вибраций, как описано выше, конденсируется в виде воды в нижней части конденсационной камеры 9, а пар, который не сконденсировался здесь, завершает свою конденсацию при прохождении через перфорированную разделительную пластину 23, снабженную маленькими отверстиями и установленную в центре конденсационной камеры 9. А когда количество конденсирующегося пара превышает количество испаряющейся воды, внутри устройства понижается давление, в результате чего вода из водяного бака всасывается через всасывающее отверстие 24, экономайзер 1, канал всасывания воды 25, обратный клапан всасывания воды 26, верхнюю часть конденсационной камеры 9, соединительную водяную трубку 27, нижнюю часть конденсационной камеры 9, соединительную всасывающую трубку 28 и насосную камеру 8. Таким образом, при продолжающемся повторении процессов парообразования под действием теплоты от сгорания топлива, собирания образующегося пара в верхней части насосной камеры 8, мгновенного выпуска пара в нижнюю часть конденсационной камеры 9 и конденсации пара, то есть превращения его снова в воду, устройство по предлагаемому изобретению обеспечивает перекачку воды без помощи постороннего циркуляционного устройства. Между насосной камерой 8 и конденсационной камерой 9 расположен препятствующий теплопередаче теплоизолирующий материал 29.

Воздух, образующийся внутри устройства в процессе работы насоса по предлагаемому изобретению, выпускается через обратный воздуховыпускной клапан 10 в атмосферу по завершении процесса выпуска, и благодаря возникновению пониженного давления начинается процесс всасывания, благодаря чему предотвращается всасывание от обратного воздуховыпускного клапана 10. Вода, нагреваемая посредством камеры сгорания 7, последовательно проходит, принудительно опускаясь, от водовсасывающего канала 25 до соединительного канала выпускаемой воды 14 через обратный клапан всасывания воды 26, конденсационную камеру 9, соединительную водяную трубку 27, соединительную всасывающую трубку 28, насосную камеру 8, соединительную выпускную трубку 5, парогенераторную камеру 4, канал с изменяющимся течением воды 12 и обратный клапан выпуска воды 13, а оставшийся после конденсации пар выпускается в атмосферу, проходя по ступеням конденсации воды по мере движения вверх по следующему пути: соединительная паровая трубка 11, верхняя часть крестообразной амортизирующей пластины 20, первая противошумная сетка 21, вторая противошумная сетка 22, нижняя часть конденсационной камеры 9, перфорированная разделительная пластина 23 и обратный воздуховыпускной клапан 10. Кроме того, вышеописанное устройство для всасывания и выпуска воды установлено в параллель при наличии многоступенчатости, благодаря чему уменьшаются вибрации циркуляционных последовательных секций и увеличивается плавность работы.

Реверсивное горение в устройстве по предлагаемому изобретению отличается от обычного реверсивного горения тем, что под действием кинетической энергии жидкости возникает пониженное давление и передняя и задняя части камеры сгорания "переполюсовываются" (как бы меняются местами ввиду чередования направления потока) с обеспечением пятикратного контакта топлива и воздуха, благодаря чему создаются условия для полного сгорания.

Горелка устройства по предлагаемому изобретению обеспечивает смешение топлива с воздухом с возникновением реактивной силы при пропускании первого воздуха, исходящего от воздухонагнетателя, через регулирующий клапан, при реверсивном горении второго воздуха в передней части камеры сгорания 7 и при реверсивном горении третьего воздуха в задней части камеры сгорания 7, как и в случае обычной горелки. Как показано на фиг.1, первый воздух и второй воздух, поступая в отверстие для установки горелки 30, завихряются, в камере сгорания 7 происходит горение топлива, между относящейся к передней поверхности пластиной реверсивного горения 31 и относящейся к передней поверхности камерой повторного нагревания выпускаемой воды 15-1 возникает пониженное давление при пропускании первого воздуха и второго воздуха через центр относящейся к передней поверхности пластины реверсивного горения 31 с высокой скоростью, благодаря чему происходит всасывание газообразных продуктов неполного сгорания, находившихся в контакте с внутренней частью парогенераторной камеры 4, обеспечивается контакт второго воздуха с продуктами горения с участием второго воздуха. После этого третий воздух нагревается в соединительной трубке третьего воздуха 32 и канал третьего воздуха 33 проходит через сквозное отверстие 34 и центр относящейся к задней поверхности пластины реверсивного горения 35 на высокой скорости, так что образуется пониженное давление между относящейся к задней поверхности пластиной реверсивного горения 35 и относящейся к задней поверхности камерой повторного нагревания выпускаемой воды 15-2, благодаря чему обеспечивается всасывание газообразных продуктов неполного сгорания, собирающихся в верхней части камеры сгорания 7, и контакт с третьим воздухом с обеспечением условий для полного сгорания. Сажа, образующаяся при сгорании горючего газа, сгорает, как упоминалось ранее, таким образом, в верхней части камеры сгорания 7 собирается относительно легкий несгоревший газ, который сгорает при его реверсировании с помощью пластины реверсивного горения. Кроме того, после полного сгорания горючего газа наибольшая часть образующегося от сгорания тепла передается парогенераторной камере 4 при прохождении газообразных продуктов сгорания через высокотемпературную дымовую трубку 6, соединенную с самой нижней частью камеры сгорания 7, при этом оставшееся тепло от верхней части парогенераторной камеры 4 поднимается вдоль канала восхождения отработанного газа 36, затем опускается в нижней части разделительной пластины 37, сделанной из изолирующего материала, затем снова поднимается по низкотемпературной дымовой трубке 2 экономайзера 1. После этого, когда оставшийся газ проходит в следующем порядке: насосная камера 8, экономайзер 1 и конденсационная камера 9, опять опускаясь вниз через пространство между конденсационной камерой 9 и экономайзером 1, воздух выпускается через дымовую трубу 38 в атмосферу. Таким образом, поток газообразных продуктов сгорания имеет направление, противоположное направлению воды, благодаря чему значительно повышается эффективность нагревания. Конструкция также покрыта утеплителем 39.

Как может быть понято из вышеизложенного, предлагаемое изобретение имеет то преимущество, что благодаря сочетанию теплосберегающей конструкции и способа сжигания обеспечивается более полное сгорание с меньшими потерями тепла, при этом в соответствии со способом сжигания по предлагаемому изобретению используется обычная и общеизвестная горелка и не вносится никаких изменений или усовершенствований в часть устройства, связанную со сжиганием топлива, и обеспечивается непрерывный выход горячей воды без помощи другого циркуляционного насоса или водяного насоса, благодаря чему конструкция устройства для обеспечения горячей воды или бойлера горячей воды по сравнению с известным уровнем техники меняется революционным образом, и за счет удешевления затрат обеспечивается производство дешевой горячей воды.

Выше было описано то, что рассматривается как предпочтительные варианты предлагаемого изобретения, однако специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что возможны различные изменения и модификации, одни элементы могут заменяться другими без увеличения истинного объема предлагаемого изобретения. Кроме того, не выходя за пределы изобретения, можно сделать много изменений с целью приспособления к предлагаемому изобретению. Поэтому ясно, что предлагаемое изобретение не ограничивается конкретными вариантами, в соответствии с которыми предлагаемое изобретение осуществляется наилучшим образом, и предлагаемое изобретение включает все варианты, попадающие в объем притязаний, который определяется нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к термальным насосам. Пар, образованный в парогенераторной камере под действием тепла от камеры сгорания, проходит через соединительную паровую трубку с тем, чтобы производить в насосной камере работу по выпусканию воды, содержащейся в насосной камере, за ее пределы в виде горячей воды через парогенераторную камеру, обратный клапан выпускаемой воды, соединительный канал выпускаемой воды, камеры повторного нагревания выпускаемой воды, через выпускную трубку и выходное выпускное отверстие. В то же время пар, находящийся в насосной камере, подается в конденсационную камеру, где приводится в контакт с холодной водой. В результате этого пар подвергается быстрой конденсации, так что в конденсационной камере образуется пониженное давление. Тем самым обеспечивается всасывание воды в конденсационную камеру через входное всасывающее отверстие, канал всасывания воды и обратный клапан всасывания воды. Всасываемая вода далее подается в насосную камеру через соединительную всасывающую трубку. Изобретение обеспечивает более эффективное нагревание и повышенную производительность. 6 ил.

1. Параллельный многоступенчатый термальный насос, использующий принципы испарения и конденсации воды, содержащий камеру сгорания, соединенную более чем двумя ступенями с цилиндрической парогенераторной камерой, имеющей соединительную выпускную трубку, высокотемпературную дымовую трубку, водяной канал, выполненный с возможностью обеспечения изменения направления движения воды, и обратный клапан выпускаемой воды, при этом насос конструктивно включает выполненную внутри него камеру сгорания, расположенные по обе стороны от этой камеры сгорания камеру повторного нагревания воды передней поверхности и камеру повторного нагревания воды задней поверхности, отверстие для установки горелки, канал третьего воздуха, сквозное отверстие, пластину реверсивного горения, относящуюся к передней поверхности, и пластину реверсивного горения, относящуюся к задней поверхности, выполненные с возможностью выпуска газообразных продуктов сгорания в наинизшей точке камеры сгорания после пятикратного контакта топлива с воздухом, насосное средство, имеющее насосную камеру, соединительную всасывающую трубку, соединительную паровую трубку, внешнюю паровыпускную трубку и внутреннюю паровыпускную трубку, расположенные в верхней части каждой из вышеуказанных парогенераторных камер, которыми образована камера сгорания, конденсационную камеру, имеющую обратный клапан всасываемой воды, соединительную водяную трубку, звукоподавляющую крестообразную амортизирующую пластину, первую противошумную сетку, вторую противошумную сетку, перфорированную разделительную пластину, обратный воздуховыпускной клапан и препятствующий теплопередаче теплоизолирующий материал, расположенный между насосной камерой и конденсационной камерой, экономайзер, имеющий низкотемпературную дымовую трубку и разделительную пластину реверса потока, выполненную по периферии вышеуказанного насосного средства, и соединенный с соединительными водяными трубками, и соединительное средство, выполненное с возможностью обеспечения соединения с каналом всасывания воды соединительным каналом выпускаемой воды, выпускной трубкой и с возможностью обеспечения сообщения воздуха с последовательными секциями внешней циркуляции через всасывающее отверстие, выпускное отверстие и дымоход.