ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплогенерирующим установкам кавитационного (гидравлического) типа для нагрева воды или другой жидкости, а также для отопления помещений посредством жидкостных или воздушных теплообменных аппаратов.

Известен способ получения тепловой энергии путем подачи жидкости в кавитационную зону с пульсирующим давлением, что вызывает процесс тепловыделения в жидкость, см. , например, патент РФ 2054604, опубл. 20.02.1996 (аналог).

Известны также теплогенераторы, содержащие центробежный насос, включенный в циркуляционный контур, содержащий проточный гидротеплогенератор и сообщенный с ним теплообменный аппарат, см. , например, тепловые котлы "Юсмар", выпускаемые фирмой "НОТЕКА-С", г. Жуковский (прототип).

В прототипе гидротеплогенератор установлен последовательно в напорный патрубок насоса, и поэтому его рабочие параметры по давлению существенно зависят от гидравлического сопротивления подключенных к выходу гидротеплогенератора трубопроводов, радиаторов отопления и регулирующей арматуры, т.е. от гидравлического сопротивления циркуляционного контура, которое в процессе эксплуатации регулируется в широких пределах, а также и от абсолютного давления в контуре, которые существенно изменяются от используемой системы обогрева.

В этих условиях настройка оптимального режима тепловыделения в гидротеплогенераторе весьма затруднительна. Управление гидротеплогенератором существенно упрощается при его установке непосредственно на входе в насос, поскольку в этом случае существенно проще стабилизировать рабочее давление в гидротеплогенераторе на уровне максимального тепловыделения в заданном диапазоне температур перекачиваемой насосом жидкости (обычно это давление близко в рабочей зоне гидротеплогенератора к давлению насыщенных паров жидкости). Однако при указанных давлениях практически невозможно обеспечить безкавитационную, т.е. надежную, работу насоса.

В этой связи с целью улучшения (упрощения) управления процессом тепловыделения в широком диапазоне температур и давлений в рециркуляционном контуре при одновременном повышении эффективности рабочего процесса тепловыделения и обеспечения защиты насоса от кавитационного разрушения между выходом из гидротеплогенератора и насосом установлена вихревая камера, периферийная область которой сообщена с входом в насос и центральная ее область - с выходом гидротеплогенератора, а выход насоса дополнительно через задатчик расхода тангенциально сообщен с вихревой камерой.

Для эффективности управления процессом генерирования тепла независимо от среднего давления в циркуляционном контуре и температуры жидкости, т.е. независимо от обогреваемой системы и условий ее эксплуатации, задатчик расхода вихревой камеры выполнен регулируемым по меньшей мере по рабочему давлению гидрогенератора и температуре проходящего через него потока жидкости. При этом также на входе гидрогенератора может быть установлен корректор режима работы по расходу.

Для эффективного отвода воздуха из контура циркуляции или системы обогрева в целом вихревая камера снабжена перегородкой с проходными клапанами и отверстием в торцевой стенке, например, сообщенным с расширительным бачком системы отопления или клапаном сброса воздуха.

Для дополнительного тепловыделения по оси вихревой камеры напротив входного центрального отверстия установлен изолированный от корпуса электрод, сообщенный с источником электрического потенциала.

На фиг.1, 2 и 3 даны варианты выполнения описываемой установки.

Теплогенерирующая установка, см. фиг.1, состоит из по меньшей мере одного теплогенерирующего гидравлического контура, содержащего по меньшей мере один теплообменный аппарат 1 и последовательно сообщенные насос 2 и гидротеплогенератор 3, например, кавитационного проточного типа, см. патент РФ 2144627. Между выходом 4 гидротеплогенератора 3 и входом 5 насоса 2 установлена вихревая камера 6, периферийная область которой сообщена с входом 5 в насос 2, например, посредством направленного навстречу потоку в вихревой камере заборника 7.

Центральная область 8 камеры 6 сообщена с выходом 4 гидротеплогенератора 3, причем выход из насоса 2 дополнительно через задатчик расхода 9 тангенциально сообщен с вихревой камерой, например соплом 10. Задатчик 9 и сопло 10 конструктивно могут быть объединены в один узел для уменьшения потерь энергии при преобразовании давления на выходе насоса 2 в скоростной напор струи, поступающей в камеру 6, для закрутки находящейся в ней жидкости, см. фиг.2.

Работает установка следующим образом. При включении насоса 2 выходящий из него поток жидкости поступает в теплообменный аппарат 1 и далее на вход гидротеплогенератора 3 и далее в центральную область 8 вихревой камеры, в которую одновременно через задатчик 9 с соплом 10 отводится часть расхода насоса 2 для закрутки жидкости в объеме вихревой камеры 6. Поскольку оптимальное для тепловыделения давление в рабочем объеме теплогенератора 3 прямо связано с давлением на его выходе 4 и температурой жидкости, поступающей на вход теплогенератора 3, то регулируя задатчик расхода 9 и тем самым изменяя давление на выходе 4, легко задавать оптимальный режим тепловыделения по температуре жидкости на входе в теплогенератор вручную или автоматически, посредством регулятора 11, см. фиг.2, управляемого по сигналам датчика давления 12 и датчика температуры 13. Датчик 12 может быть установлен и во внутренние полости гидротеплогенератора, см. фиг.1.

Теплогенерирующая установка может выполняться с дополнительными параллельными контурами циркуляции жидкости, например, обеспечивающими:
а) шунтирование теплообменного аппарата 1 каналом 14, см. фиг.2, для регулирования теплообмена в помещении по датчику температуры 15 дроссельным регулятором 16;
б) регулирование потока жидкости, походящей через гидротеплогенератор, за счет его шунтирования регулируемым каналом 17 и/или установленным на входе в гидротеплогенератор корректором режима его работы по расходу 18, которые также могут быть включены в общую систему автоматического управления установкой, например, для поддержания заданной средней температуры жидкости в установке или на выходе насоса 5 по датчику температуры 19.

Теплогенерирующая установка для компенсации утечек, стабилизации в ней давления и поддержания его в требуемом диапазоне может быть подключена к источнику жидкости под давлением, например к водопроводной магистрали 20, гидропневмоаккумулятору 21 или расширительному бачку, связанному с атмосферой. Места подключения указанных устройств к контуру циркуляции жидкости в установке могут быть разнообразными, зависящими от условий эксплуатации установки. Подключение этих устройств к вихревой камере, где давление существенно различно по радиусу R, дает дополнительные возможности оптимизации рабочих параметров установки по давлению в рабочей зоне гидротеплогенератора 3, см. фиг.1.

Для удаления воздуха из жидкости могут использоваться различные известные средства. Наличие вихревой камеры позволяет ее использовать для активной сепарации воздуха из камеры. С этой целью по оси вихревой камеры напротив входного ее центрального отверстия 22, см. фиг.3, сообщенного с выходом 4 гидротеплогенератора 3, установлена поперечная оси перегородка 23 с по меньшей мере одним проходным каналом, а в торцевой стенке 24, оппозитной входному центральному отверстию 22 (в варианте исполнения на фиг.3, совмещающему отверстие 8 и выход 4 гидротеплогенератора 3), выполнено сепарационное отверстие 25, сообщенное с расширительным бачком (не показан) или поплавковым воздушным клапаном 26.

При вращении жидкости в камере 6 воздух, выделяющийся из жидкости в зоне минимального давления (по оси) камеры, попадает через проходной канал в перегородке 23 в область камеры, расположенной между стенками 23 и 24, сепарируется к оси камеры и выдавливается в сепарационные отверстия 25 и далее через клапан 26 выходит наружу.

По оси вихревой камеры 6 находится зона пониженного давления, куда поступает из гидротеплогенератора 3 нагретая и содержащая пар жидкость, вовлекаемая в вихревое движение. В связи с этим в этой зоне происходит ионизация паров жидкости, обеспечивающая относительно высокую электрическую проводимость этой зоны. В зависимости от типа гидротеплогенератора 3 эта ионизированная зона может соединяться с аналогичной расположенной по оси зоной в самом теплогенераторе, см. фиг.3, образуя общую электропроводящую цепь, что позволяет получать дополнительную тепловую энергию за счет сообщения ее с источником электрического потенциала через изолированный от корпуса центрально расположенный по оси вихревой камеры 6 электрод 27.

На фиг.3 собственно гидротеплогенератор и вихревая камера 6 объединены в одном моноблоке, что упрощает конструкцию, снижает гидравлические потери в контуре циркуляции и позволяет создать общий, расположенный вдоль оси вихревой камеры 6 и гидротеплогенератора 3 вихревой ионизированный жгут рабочей среды, позволяющий получать дополнительную тепловую энергию за счет пропускания через него электрического тока, например, используя расположенные по оси электроды 27 и 28.

В целом данная установка позволяет минимизировать приводную мощность насоса, необходимую для создания энерговыделяющих кавитационных и других процессов в рабочей зоне гидротеплогенератора, начинающихся и идущих при давлениях, близких к давлению насыщенных паров жидкости, обеспечивая при этом как безкавитационную работу насоса 2, так и простое управление рабочими режимами установки.

Изобретение относится к теплогенерирующим установкам кавитационного типа и может быть использовано для нагрева воды или другой жидкости, а также для отопления помещений. Теплогенерирующая установка состоит из, по меньшей мере, одного рециркуляционного гидравлического контура, содержащего, по меньшей мере, один теплообменный аппарат и последовательно сообщенные насос и гидротеплогенератор, причем между выходом из гидротеплогенератора и насосом установлена вихревая камера, периферийная область которой сообщена с входом в насос, а центральная - с выходом гидротеплогенератора, выход из насоса дополнительно через задатчик расхода тангенциально сообщен с вихревой камерой. При таком выполнении упрощается управление процессом тепловыделения в широком диапазоне температур и давлений в рециркуляционном контуре при одновременном повышении эффективности процесса тепловыделения. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Теплогенерирующая установка, состоящая из по меньшей мере одного рециркуляционного гидравлического контура, содержащего по меньшей мере один теплообменный аппарат и последовательно сообщенные насос и гидротеплогенератор, отличающаяся тем, что между выходом из гидротеплогенератора и насосом установлена вихревая камера, периферийная область которой сообщена с входом в насос, а центральная - с выходом гидротеплогенератора, причем выход из насоса дополнительно через задатчик расхода тангенциально сообщен с вихревой камерой. 2. Теплогенерирующая установка по п. 1, отличающаяся тем, что задатчик расхода вихревой камеры выполнен регулируемым по меньшей мере по рабочему давлению гидротеплогенератора и температуре проходящей через него жидкости. 3. Теплогенерирующая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на входе гидротеплогенератора установлен корректор режима его работы по расходу. 4. Теплогенерирующая установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что по оси вихревой камеры напротив ее входного центрального отверстия, сообщенного с выходом гидротеплогенератора, установлен изолированный от корпуса электрод, сообщенный с источником электрического потенциала. 5. Теплогенерирующая установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что вихревая камера имеет поперечную ее оси перегородку с проходным каналом, а в торцевой стенке камеры, оппозитно ее входному центральному каналу, выполнено сепарационное отверстие отвода воздуха.