КАВИТАЦИОННО-ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2004 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в устройствах для нагрева жидкости, применяемых преимущественно для различных систем отопления зданий и сооружений.

Из уровня техники известны конструкции теплогенераторов большой мощности, применяемых, например, при централизованной форме снабжения теплоемких промышленных технологий и гражданских зданий и сооружений.

В настоящее время в качестве теплогенераторов все шире применяются тепловые насосы. При работе в этих устройствах осуществляется обратный цикл, т.е. происходит поглощение теплоты из окружающей среды с последующей передачей ее телу с более высокой температурой.

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

Известен теплогенератор и устройство для нагрева жидкости, защищенный патентом РФ №2045715 (опубликован 10.10.1995), включающий корпус с цилиндрической частью, ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В основании цилиндрической части, противолежащей циклону, смонтировано тормозной устройство.

Известны роторный насос-теплогенератор, защищенный патентом РФ №2159901 (опубликован 27.11.2000) и насос-теплогенератор, защищенный патентом РФ №2160417 (опубликован 10.12. 2000), имеющие полый корпус с всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости и нагнетательным патрубком для отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса ротор в виде центробежного колеса с отверстиями по периферии и статор с отверстиями, установленный коаксиально ротору.

За прототип заявляемого изобретения выбрано устройство для нагревания жидкости с помощью механических воздействий (заявка на выдачу патента РФ №99106668/06, F 24 J 3/00, опубликована 01.10.2001), включающее корпус, имеющий впускное отверстие, служащее для поступления жидкости в корпус и выпускное отверстие, служащее для выпуска жидкости из корпуса; колесо, установленное с возможностью вращения и приспособленное для вращения, состоящее из диска, имеющего периферическую кольцевую стенку в виде полого цилиндра, прикрепленную к наружной окружности диска, в поверхности цилиндра имеется множество выпускных отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга по окружности, и статор, включающий концентрическую поверхность в форме полого цилиндра со множеством выпускных отверстий, расположенных на равном расстоянии друг от друга по окружности цилиндра, прикрепленного к корпусу и расположенному концентрически относительно цилиндра колеса, образуя кольцеобразную камеру, выпускные отверстия статора сообщаются с выпускным отверстием корпуса.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи: получение тепловой энергии из жидкости (вода, растворы, смеси и т.д.) при реализации способа высокоскоростной динамической переориентации молекулярных структур жидкости и достижения условий перехода кинетической энергии этих структур в тепловую энергию, а также использование энергии сопутствующего фактора - кавитации.

Это достигается за счет того, что в кавитационно-вихревом теплогенераторе, содержащем корпус, оснащенный впускным и выпускным патрубками, статор и ротор выполнены в виде чередующихся соосных дисков, перфорированных сквозными отверстиями, при этом теплогенератор имеет по крайней мере два ротора, смонтированных на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы и вращающиеся в противополжных направлениях, а статор выполнен либо в виде одного перфорированного диска, расположенного между роторами, либо в виде двух кольцевых дисков, расположенных в пространстве между стенками корпуса и роторами.

На фиг.1 показан продольный разрез кавитационно-вихревого теплогенератора с двумя статорами и двумя роторами.

На фиг.2 показана схема подключения кавитационно-вихревого теплогенератора.

На фиг.3 показана схема вихрей в междисковом пространстве.

На фиг.4 показана схема взаимодействия сил внутри вихря.

На фиг.5 показана схема взаимодействия между вихревыми образованиями в шнурах.

На фиг.6 показан продольный разрез кавитационно-вихревого теплогенератора с одним статором и двумя роторами.

Кавитационно-вихревой теплогенератор содержит корпус, состоящий из двух полукорпусов 1, статор 2, выполненный в виде либо одного диска (фиг.6), либо двух кольцевых дисков 3 (фиг.1), по крайней мере два ротора 4, выполненные в виде параллельных дисков, смонтированных на двух независимых валах 5 и размещенных с зазором либо между стенками полукорпусов 1 и статора 2 (фиг.6), либо между дисками 3 статора 2 (фиг.1). В дисках статора и роторов выполнены сквозные отверстия 6. Валы 5 в полукорпусах установлены в подшипниковых узлах 7 и имеют уплотнительные узлы 8. Подача нагреваемой жидкости в корпус и вывод нагретой жидкости из корпуса осуществляется через подводящие 9 и отводящие 10 патрубоки, соединенные и подключенные в тепломагистраль трубопроводами 11. Вращение валов 5 осуществляется через независимые приводы 12, подключенные к двигателям 13, причем валы 5 вращаются навстречу друг другу, передавая встречное вращение роторам 4. Подводящие патрубки 9 теплогенератора через трубопровод подключены к нагнетательному насосу 14. Отводящие патрубки 10 теплогенератора через трубопровод подключены к расширительному баку 15, включенному в тепломагистраль.

Возможна установка на каждый независимый вал 5 двух и более роторов 4. При этом число кольцевых дисков 3 статора 2 будет определяться в зависимости от выбранного варианта чередования дисков статора и ротора: “статор-ротор-статор-ротор-статор- и т.д.” или “ротор-статор-ротор-статор-ротор- и т.д.”

Кавитационно-вихревой теплогенератор работает следующим образом.

Насос 14 под избыточным давлением нагнетает нагреваемую жидкость через подводящие патрубки 9 в корпус теплогенератора. Проходя через отверстия 6 диска 3 статора 2, поток жидкости делится на множество струек. В полости между кольцом 3 статора 2 и диском ротора 4 происходит начальная стадия образования вихревых потоков жидкости. Перфорация ротора выполняет роль детектора образовавшихся вихревых молекулярных структур жидкости в пространство между роторами, где происходит формирование вихревого поля. Здесь все вихревые молекулярные потоки жидкости получают строгую ориентацию. При взаимодействии двух соседних вихревых молекулярных потоков возникает "возмущение" в виде выделения энергии (свойство жидких кристаллов). В данном случае - тепловой энергии.

На фиг.3 показано как происходит образование "вихревых шнуров" в междисковом пространстве. Каждый вихрь обладает скоростью вокруг своей оси, которая возрастает от 0 до Мах при прохождении вихря от центра к периферии ротора. В результате внутри вихря образуется область разрежения, в которой происходит возникновение кавитационных пузырьков. Так как вихревое поле занимает все междисковое пространство, то и кавитационное поле занимает ту же область, находясь внутри вихрей. На периферии каждого вихря молекулярные образования жидкости строго ориентируются под воздействием центробежных сил, что приводит к дополнительному выделению тепловой энергии при взаимодействии между вихрями и возникающими при этом "возмущениями". В результате воздействия этих двух факторов - вихревого и кавитационного происходит выделение тепловой энергии, находившейся в жидкости в латентном состоянии в виде межмолекулярных связей. Теплогенератор в данном процессе играет роль инициатора процесса.

Кавитационно-вихревой теплогенератор относится к теплоэнергетике и может быть использован в устройствах для нагрева жидкости, применяемых преимущественно для различных систем отопления зданий и сооружений. Задачей изобретения является получение тепловой энергии из жидкости (вода, растворы, смеси и т.д.) при реализации способа высокоскоростной динамической переориентации молекулярных структур жидкости и достижения условий перехода кинетической энергии этих структур в тепловую энергию, а также использование энергии сопутствующего фактора - кавитации. Поставленная задача решается тем, что в кавитационно-вихревом теплогенераторе, содержем статор и ротор, последний выполнен в виде дисков, размещенных с зазором между дисками статора и смонтированных на двух независимых валах. В дисках статора и ротора выполнены сквозные отверстия. Валы установлены в подшипниковых узлах и имеют уплотнительные узлы. Вращение валов осуществляется через независимые приводы, подключенные к электродвигателям, причем валы вращаются навстречу друг другу. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Кавитационно-вихревой теплогенератор, содержащий корпус, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса перфорированные статор и ротор, нагнетательный насос, привод ротора, отличающийся тем, что статор и ротор выполнены в виде дисков, перфорированных сквозными отверстиями, при этом статор выполнен в виде одного или нескольких кольцевых дисков, а ротор выполнен в виде двух дисков, установленных с зазором относительно друг друга, при этом диски ротора смонтированы на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращаются навстречу друг другу.2. Кавитационно-вихревой теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что на каждом независимом валу установлено более одного ротора.