КАВИТАЦИОННО-ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2006 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах нагрева жидкости, применяемых для отопления жилых зданий и сооружений промышленного назначения.

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.

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.

Известен кавитационно-вихревой теплогенератор, защищенный свидетельством РФ на полезную модель №29127 (опубликован 27.04.2003), имеющий корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенный внутри корпуса ротор, выполненный в виде двух соосных перфорированных сквозными отверстиями дисков, установленных с зазором относительно друг друга на независимых валах, имеющих самостоятельные приводы и вращающиеся навстречу друг другу. За прототип заявляемого изобретения выбран кавитационно-вихревой теплогенератор (заявка на выдачу патента РФ №2002119773/06, 7 F 24 J 3/00), содержащий корпус, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенный внутри корпуса статор, выполненный в виде одного или нескольких кольцевых дисков, перфорированных сквозными отверстиями, ротор, выполненный в виде двух перфорированных сквозными отверстиями дисков, установленных с зазором относительно друг друга на независимых валах, имеющих самостоятельные приводы и вращающиеся навстречу друг другу.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности нагрева за счет интенсификации процесса нагрева.

Указанный технический результат достигается тем, что нагрев жидкости происходит последовательно в нескольких зонах прохождения жидкости через конструктивные элементы кавитационно-вихревого теплогенератора: в двух насосах-завихрителях, в двух полостях между решетками стартеров и кольцевыми решетками роторов, в полости между решетками роторов.

На чертеже показана схема кавитационно-вихревого теплогенератора.

Кавитационно-вихревой теплогенератор состоит из корпуса 1 с подводящими 2 и отводящими 3 патрубками, в котором установлены статор, состоящий из двух кольцевых перфорированных сквозными отверстиями дисков 4 и два соосных ротора 5, установленные между дисками статора с зазором относительно друг друга и дисков статора, смонтированные на независимых валах 6, имеющих самостоятельные независимые приводы и вращающиеся в противоположные стороны. Каждый из роторов 5 выполнен в виде ступенчатого диска с утолщенной центральной частью 7 и утонченной периферийной частью 8. При этом кольцевые диски статора установлены в корпусе коаксиально относительно выступов центральных частей 7 роторов. На внешней плоскости центральной части 7 диска ротора смонтированы радиально направленные лопасти 9, закрытые кольцевой пластиной 10, образуя вихревой насос. При этом наружный диаметр кольцевой пластины 10 равен диаметру утолщенной центральной части ротора, а внутренний диаметр выполнен больше диаметра приводного вала, образуя входной проем 11 насоса-завихрителя. Входные патрубки 2 расположены на боковых поверхностях корпуса 1 напротив входных проемов 11 насосов-завихрителей, а выходные патрубки 3 расположены на периферийной поверхности корпуса 1 напротив утонченных периферийных частей 8 дисков роторов.

Кавитационно-вихревой теплогенератор работает следующим образом.

Жидкость за счет разрежения, создаваемого в насосах-завихрителях из подающих патрубков 2 через входные проемы 11, попадает в межлопастное пространство (зона А), где происходит первичное энергетическое возбуждение молекулярных структур жидкости за счет возникновения локальных областей завихрения, зон кавитации и высокоскоростной переориентации молекулярных структур и как следствие первый этап нагрева.

Затем жидкость попадает в полость перед решетками (перфорацией) кольцевых дисков 4 статора (зона Б), где возникает торможение жидкости и избыточное давление. Здесь молекулярные структуры жидкости стремятся вернуться в исходное состояние, что также приводит к выделению энергии.

Далее жидкость устремляется в каналы 12 решеток кольцевых дисков статора, через которые проходит в пульсирующем режиме с частотой открытия каналов, происходящего при совпадении отверстий перфорации кольцевых дисков статора с отверстиями перфорации диска ротора, и попадает в полости между подвижными дисками роторов и неподвижными кольцевыми дисками статора (зона В), где возникает первичное вихревое поле.

В этих полостях происходит следующий этап перестроения молекулярных структур жидкости. Образующиеся в этих полостях вихри жидкости имеют скорость вращения вокруг своей оси около 35000 оборотов в секунду. Возникающая здесь кавитация также способствует выделению энергии, которая расходуется на нагрев жидкости.

Пройдя через открытые каналы неподвижных решеток кольцевых дисков статора и подвижных решеток роторов в полость между вращающимися в противоположных направлениях в параллельных плоскостях решетками роторов (зона Г), жидкость приобретает строго ориентированное вращательное движение. Здесь образуется множество "вихревых шнуров-торнадо", в которых молекулярные структуры жидкости кроме строгой ориентации подвержены воздействию "возмущающих" факторов. Это пульсирующее изменение давления, соответствующее частоте открытия каналов решеток кольцевых дисков статора, а также взаимодействие граничных слоев "торнадо", где происходит столкновение ориентированных молекулярных структур. Все это приводит к выделению большого количества энергии, направленной в генераторе на нагрев жидкости.

Образовавшиеся здесь "вихри-торнадо" согласно проведенные расчетом имеют высокую скорость вращения - более 70000 оборотов в секунду. В результате действующих здесь центробежных сил, по оси таких "шнуров-торнадо" возникает разрежение, приводящее к образованию кавитационных каверн-пузырьков, т.е. кавитации, которые возникают с частотой, соответствующей частоте закрытия каналов решеток кольцевых дисков статора, т.е. понижению давления. Схлопывание кавитационных пузырьков по данным исследований Релея сопровождается скачками давления в граничных слоях до 10000 атм и температуры до 5000°С. Происходящие при этом физико-химические изменения как молекулярных структур, так и энергетических параметров молекулярных взаимодействий в жидкости приводят к выделению большого количества энергии.

"Шнуры-торнадо" занимают весь объем между решетками роторов. В результате образуется "кавитационное вихревое поле", которое под воздействием центробежных сил устремляется к внешней границе решеток роторов и далее в выходной патрубок генератора. За счет высокой скорости проходящих в генераторе процессов и высокой скорости движения жидкости "кавитационное вихревое поле" не оказывает воздействия на элементы конструкции генератора.

В результате воздействия на жидкость кавитации высокоскоростных вихревых потоков высокочастотной пульсации давления происходит нарушение равновесного (латентного) состояния энергетического взаимодействия молекул жидкости, что приводит к выделению большого количества энергии.

Кавитационно-вихревой теплогенератор относится к теплоэнергетике и может быть использован в системах нагрева жидкости, применяемых для отопления жилых зданий и сооружений промышленного назначения. Кавитационно-вихревой теплогенератор состоит из корпуса с подводящими и отводящими патрубками, в котором установлены статор, состоящий из двух кольцевых перфорированных сквозными отверстиями дисков и два ротора, установленные между дисками статора с зазором относительно друг друга и дисков статора, смонтированные на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращающиеся в противоположные стороны. Каждый из роторов выполнен в виде ступенчатого диска с утолщенной центральной частью и утонченной периферийной частью. На внешней плоскости центральной части диска ротора смонтированы радиально направленные лопасти, закрытые кольцевой пластиной, образуя вихревой насос. Наружный диаметр кольцевой пластины равен диаметру утолщенной центральной части ротора, а внутренний диаметр выполнен больше диаметра приводного вала, образуя входной проем насоса-завихрителя. Кольцевые диски статора установлены в корпусе коаксиально относительно выступов центральных частей дисков роторов. Входные патрубки расположены на боковых поверхностях корпуса напротив входных проемов насосов-завихрителей, а выходные патрубки расположены на периферийной поверхности корпуса напротив утонченных периферийных частей дисков роторов. Такое выполнение позволяет повысить эффективность нагрева жидкости за счет интенсификации процесса нагрева. 1 ил.

Кавитационно-вихревой теплогенератор, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, расположенные внутри корпуса статор, выполненный в виде двух перфорированных сквозными отверстиями кольцевых дисков, роторы, выполненные в виде двух соосных дисков, установленных с зазором относительно друг друга между дисками статора, смонтированные на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращающиеся навстречу друг другу, отличающийся тем, что каждый из роторов выполнен в виде ступенчатого диска с утолщенной центральной частью и утонченной периферийной частью, на внешней плоскости центральной части диска ротора смонтированы радиально направленные лопасти, закрытые кольцевой пластиной, образуя вихревой насос, кольцевые диски статора установлены в корпусе коаксиально относительно выступов центральных частей дисков роторов, входные патрубки расположены на боковых поверхностях корпуса в районе входных проемов насосов-завихрителей, а выходные патрубки расположены на периферийной поверхности корпуса напротив утонченных периферийных частей роторов.