УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для нагрева воды и производства пара для производственных и бытовых нужд, выработки холода и получения из воды водорода и кислорода.

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: недостаточно высокий КПД, сложность конструкции - наличие двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства.

Задача изобретения - расширение технических возможностей генерирующих установок за счет не только обеспечения эффективного нагрева воды и производства пара без применения традиционных теплоносителей, но и выработки холода и получения кислорода и водорода; достижение режима самогенерации; обеспечение высокого коэффициента полезного действия; снижение затрат электроэнергии; упрощение конструкции; улучшение эксплуатационных качеств - надежности и долговечности.

На фиг. 1 показан общий вид универсальной генерирующей установки; на фиг. 2 показан водонагреватель; на фиг. 3а и 3б показаны возможные формы корпуса; на фиг. 4а, 4б, 4в показаны возможные расположения каналов в корпусе.

Универсальная генерирующая установка состоит из емкости 1 (фиг. 1), содержащей входной патрубок 2 для подачи холодной воды, выходного патрубка 3 для отвода, по необходимости, горячей воды, пара, кислорода и водорода, водонагревателя 4, опирающегося на подшипниковый узел 5 и приводящегося в высокооборотное вращение.

Водонагреватель 3 (фиг. 2) состоит из корпуса 6 и дисков 7 переменного диаметра, закрепленных гайкой 8 на валу 9.

Корпус 6 может иметь выгнутую (фиг. 2), коническую (фиг. 3а) или вогнутую (фиг. 3б) внутреннюю поверхность, на которой выполнены каналы 10 прямоугольного или квадратного сечения. Каналы 10 могут располагаться радиально (фиг. 4а), с наклоном (фиг. 4б) или криволинейно (фиг. 4в).

Конструкция дисков 7 предусматривает при установке их на вал 9 создание полостей 11, в которых при вращении водонагревателя 3 образуется вакуум при сбросе воды через круговые выходы 12 в каналы 10 корпуса 6.

Вал 9 (фиг. 2) имеет в верхней части полость 13 с диаметром "д", в нижней части которой выполнены отверстия 14, совпадающие числом и расположением с каналами 10 корпуса 6 при установке и закреплении последнего на вал 9.

Универсальная генерирующая установка работает следующим образом. При высокооборотном вращении водонагревателя 3 холодная вода, поступая через входной патрубок 2 в полость 13 вала 9, под действием центробежной силы с большой скоростью и под большим давлением выходит как из полости 13 вала 9 через отверстия 14 по каналам 10 в емкость 1, так и из полостей 11 через выходы 12 в каналы 10, при этом в полостях 11 образуется вакуум.

В моменты прохождения воды по каналам 10 через участки, сопрягаемые с выходами 12, со скоростью 80 - 95 метров в секунду на границах зон высокого давления и вакуума согласно известному явлению, имеющему место при адиабатических процессах, локальная температура в приграничных областях зон достигает 10 000^oС и выше, что приводит к разогреву воды к моменту выхода ее из каналов 10 в емкость 1 до 100^oС. При увеличении скорости прохождения воды по каналам 10 от 95 до 110 метров в секунду вода полностью превращается в пар. В интервале скоростей прохождения пара по каналам 10 от 110 до 165 метров в секунду происходит его разогрев до 400^oС. При прохождении пара по каналам 10 со скоростью более 165 метров в секунду происходит разложение молекул воды на кислород и водород с большим поглощением тепла и понижением температуры водорода и кислорода на выходе из каналов 10 до минус 60^oС и ниже.

При движении воды по каналам 10 со скоростью 135 метров в секунду и более за счет реактивной силы, создаваемой паром, выходящим из каналов 10, расположенных с наклоном (фиг. 4б) или криволинейно (фиг. 4в), создается устойчивый режим самогенерации универсальной генерирующей установки, что обеспечивает ее работу без внешнего источника питания.

Из емкости 1, по необходимости, горячая вода, пар или кислород и водород через выходной патрубок 3 поступают соответственно в системы горячего водоснабжения, отопления, пароснабжения, аккумуляции холода или сбора кислорода и водорода.

Наиболее эффективно универсальная генерирующая установка работает при выгнутой форме внутренней поверхности корпуса 6 при отношении максимального диаметра "Д" диска 7 (фиг. 2) к диаметру "д" полости вала 9 как 3:1, при отношении максимального диаметра "Д" диска 7 (фиг. 2) к высоте "Н" как 3:1, при пяти дисках 7, образующих четыре вакуумных зоны 11 с четырьмя круговыми выходами 12 в криволинейные каналы 10 прямоугольного сечения высотой 1,4 миллиметра и шириной 2 миллиметра.

Компоновка универсальной генерирующей установки может быть как горизонтальной, так и вертикальной, с верхним или нижним расположением привода, с установкой на одной или на двух подшипниковых опорах.

Создаваемое водонагревателем избыточное давление воды в емкости 1 позволяет универсальной генерирующей установке выполнять функции циркуляционного насоса.

Преимуществами предлагаемой универсальной генерирующей установки является простота конструкции, состоящей из одного агрегата и исключающей необходимость в насосе, создающем сжатие рабочей среды, так как сжатие обеспечивается самой конструкцией водонагревателя; отсутствие разгонных и тормозных устройств, т.к. необходимые давление, скорость и температура создаются непосредственно водонагревателем; универсальность генерирующей установки, позволяющая использовать ее для получения горячей воды, пара, холода, кислорода и водорода; высокий коэффициент полезного действия; наличие режима самогенерации.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается универсальная генерирующая установка с числом оборотов до 13000 об/мин. При этом водонагреватель включает в себя: корпус с выгнутой поверхностью нижней стороны и высотой "Н" - 70 мм, с криволинейным расположением каналов в количестве 73 шт., имеющих прямоугольное сечение высотой 1,4 мм и шириной 2,0 мм; 5 дисков с максимальным диаметром нижнего диска "Д" - 210 мм, образующих четыре вакуумные зоны с четырьмя круговыми выходами в каналы; вала с диаметром "д" полости вала - 70 мм. Ожидаемые расчетные параметры изготавливаемой универсальной генерирующей установки:
При 7600 - 8000 оборотах в минуту происходит нагрев воды до 100^oС;
При 8000-10000 оборотах в минуту происходит нагрев воды с парообразованием, 100^oС и выше;
При 10000-13000 оборотах в минуту происходит парообразование с температурой пара до 400^oС;
При 12500 оборотах в минуту устанавливается режим самогенерации.

При 15000 и выше оборотах в минуту происходит разложение воды на кислород и водород с температурой минус 60^oС и ниже.

Производительность универсальной генерирующей установки по потребляемой воде при 8000 оборотах в минуту составляет 1,0 куб. метр в минуту, при 10000 оборотах в минуту - 1,35 куб. метра в минуту, при 13000 оборотах в минуту - 1,75 куб. метра в минуту. Потребляемая мощность 20 кВт.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для нагрева воды, производства пара, холода, кислорода и водорода. Задача изобретения - расширение технологических возможностей генераторов. Задача достигается тем, что внутри емкости для воды установлен водонагреватель, опирающийся на подшипниковый узел и состоящий из вала, на котором установлены диски переменного диаметра и корпус, на выгнутой, конусной или вогнутой внутренней поверхности которого выполнены каналы прямоугольного или квадратного сечения, расположенные радиально, с наклоном или криволинейно, в верхней части вала расположена полость, в нижней части которой выполнены отверстия, совпадающие числом и расположением с каналами, при этом диски образуют полости, имеющие круговые выходы в каналы, при прохождении воды по которым создается устойчивый режим самогенерации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Универсальная генерирующая установка, содержащая емкость для воды, входной и выходной патрубки, водонагреватель, установленный внутри емкости для воды, опирающийся на подшипниковый узел и состоящий из вала, отличающаяся тем, что водонагреватель содержит корпус, на упомянутом валу установлены диски переменного диаметра, а на выгнутой, конусной или вогнутой внутренней поверхности корпуса выполнены каналы прямоугольного или квадратного сечения, расположенные радиально, с наклоном или криволинейно, в верхней части вала расположена полость, в нижней части которой выполнены отверстия, совпадающие числом и расположением с каналами, выполненными на внутренней поверхности корпуса, при этом диски образуют полости, имеющие круговые выходы в каналы, расположенные на внутренней поверхности корпуса. 2. Универсальная генерирующая установка по п. 1, отличающаяся тем, что компоновка ее может быть как горизонтальной, так и вертикальной, с верхним или нижним расположением привода, с установкой на одной или на двух подшипниковых опорах.