ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2006 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для получения тепла иначе, чем в процессе горения, и может быть использовано для теплоснабжения в различных отраслях.

Известны теплогенераторы, содержащие соединенный с насосом узел направленной подачи потока воды под давлением в струйный аппарат, в котором осуществляется механическое изменение скорости потока (SU 1703924, МПК⁵ F 24 H 3/02, опубл.1992 г., RU 2045715, МПК⁶ F 25 B 29/00, опубл.1995 г., RU 2161289, МПК⁷ F 24 H 3/02, опубл.2001 г.).

Работа этих устройств основана на создании струйного истечения жидкости и ее нагрева при разгоне в струйном аппарате за счет возникающего центробежного эффекта и эффекта возникновения кавитационных пузырьков.

Недостатком таких устройств является низкая эффективность, что объясняется недостаточным подводом тепла к теплоносителю, а также повышенный шум, вызываемый кавитационными процессами при работе устройств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятый в качестве прототипа является теплогенератор (RU 2161289, МПК⁷ F 24 H 3/02, опубл. 2001 г.), содержащий насос, всасывающий патрубок которого соединен с выходом струйного аппарата, а напорный патрубок соединен с узлом создания градиента давления, выход которого соединен посредством камеры расширения с входом струйного аппарата.

Такое устройство обеспечивает повышенную эффективность нагрева жидкости за счет центробежного эффекта, вызывающего не только линейное, но и центростремительное ускорение частиц в струйном аппарате.

Однако при работе такого теплогенератора происходит недостаточный подвод тепла к теплоносителю, что снижает эффективность нагрева, и повышенный шум, вызываемый кавитационными процессами.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности нагрева жидкости за счет обеспечения двойного фазового перехода (жидкость - пар - жидкость), при котором образуется скоростной поток пара (холодный пар с большими линейными ускорениями) и переход кинетической энергии этого потока пара в тепловую энергию конденсированной жидкости.

Поставленная задача решается за счет усовершенствования теплогенератора, содержащего насос, всасывающий патрубок которого соединен с выходом струйного аппарата, а напорный патрубок соединен с узлом создания градиента давления, выход которого соединен посредством камеры расширения с входом струйного аппарата.

Это усовершенствование заключается в том, что узел создания градиента давления выполнен в виде генератора пара, внутренняя поверхность струйного аппарата снабжена элементами торможения пара, центральная часть полости струйного аппарата имеет узел соединения с входом тепловой нагрузки, всасывающий патрубок насоса соединен с периферийной частью полости струйного аппарата.

Кроме того, всасывающий патрубок насоса может быть соединен с узлом соединения выхода тепловой нагрузки.

Кроме того, элементы торможения пара могут быть выполнены в виде выступов и впадин на внутренней поверхности струйного аппарата.

Кроме того, теплогенератор может быть снабжен узлом развязки потоков жидкости, выполненным в виде емкости, полость которой разделена перегородкой на две части, посредством одной из которых центральная часть полости струйного аппарата соединена с узлом соединения входа тепловой нагрузки, а посредством другой части всасывающий патрубок насоса соединен с периферийной частью полости струйного аппарата.

Кроме того, периферийная часть полости струйного аппарата может быть соединена с частью полости узла развязки щелью, входное отверстие которой расположено по касательной к внутренней поверхности струйного аппарата.

Выполнение узла создания градиента давления в виде генератора пара позволяет получить скоростной поток пара, который ускоряется в камере расширения, что обеспечивает бескавитационный режим работы теплогенератора. Величина градиента давления для получения пара определяется экспериментальным путем с учетом ширины и длины щелей, средней рабочей температуры теплогенератора, а также производительности насоса.

Снабжение внутренней поверхности струйного аппарата элементами торможения пара позволяет обеспечить механическое торможение пара, расширенного при выходе из узла создания градиента давления для его конденсации в жидкость. При этом кинетическая энергия скоростного потока пара переходит в тепловую энергию конденсированной жидкости.

Снабжение центральной части полости струйного аппарата узлом соединения с входом тепловой нагрузки позволяет направить потребителю нагретую жидкость из центральной части полости струйного аппарата.

Соединение всасывающего патрубка насоса с периферийной частью полости струйного аппарата обеспечивает подачу на вход насоса жидкости без остатков несконденсированного пара, что улучшает работу насоса (увеличивает давление жидкости, подаваемой насосом, и его производительность, что повышает эффективность работы теплогенератора).

Соединение всасывающего патрубка насоса с узлом соединения с выходом тепловой нагрузки позволяет обеспечить возврат отработанного теплоносителя и, таким образом, при установке теплогенератора в систему с тепловой нагрузкой обеспечить работу по замкнутой схеме.

Выполнение элементов торможения пара в виде выступов и впадин на внутренней поверхности струйного аппарата обеспечивает эффективное торможение пара для конденсации и нагрева жидкости струйным аппаратом с технологичными элементами торможения. При этом обеспечивается поступательно-вращательное (для исключения эффекта кавитации при отборе жидкости из периферийной части струйного аппарата) движение образующейся конденсированной жидкости.

Снабжение теплогенератора узлом развязки потоков жидкости, выполненным в виде емкости, полость которой разделена перегородкой на две части, посредством одной из которых центральная часть полости струйного аппарата соединена с узлом соединения с входом тепловой нагрузки, а посредством другой части всасывающий патрубок насоса соединен с периферийной частью полости струйного аппарата, обеспечивает получение компактной системы разводки потоков жидкости и, таким образом, уменьшает излучаемую поверхность трубопроводов и металлоемкость.

Соединение периферийной части полости струйного аппарата с частью полости узла развязки щелью, входное отверстие которой расположено по касательной к внутренней поверхности струйного аппарата, позволяет исключить попадание в насос остатков несконденсированного пара и срезать поток сконденсированной жидкости по касательной для исключения образования эффекта кавитации.

Предлагаемый теплогенератор поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема теплогенератора, на фиг.2 - узел развязки потоков жидкости, на фиг.3 - струйный аппарат, на фиг.4 - разрез А-А фиг.3.

Теплогенератор содержит насос 1, всасывающий патрубок 2 которого соединен с выходом струйного аппарата 3, а напорный патрубок 4 соединен с узлом 5 создания градиента давления, выход которого соединен посредством камеры расширения 6 с входом струйного аппарата 3. Узел 5 создания градиента давления выполнен в виде генератора пара, представляющего собой перегородку с узкими щелями, суммарная длина которых и градиент давления определяют условия генерации пара. Внутренняя поверхность струйного аппарата 3 снабжена элементами 7 торможения пара, нижняя, центральная часть полости струйного аппарата имеет узел 8 соединения с входом тепловой нагрузки 9, всасывающий патрубок 2 насоса 1 соединен с периферийной частью полости струйного аппарата 3. В приведенном варианте всасывающий патрубок 2 насоса 1 соединен с узлом 10 соединения с выходом тепловой нагрузки 9. Элементы 7 торможения пара выполнены в виде выступов и впадин на внутренней поверхности струйного аппарата 3. В приведенном варианте теплогенератор снабжен узлом 11 развязки потоков жидкости, выполненным в виде емкости, полость которой разделена перегородкой 12 на две части 13 и 14. Посредством части 13 нижний выход 15 центральной части полости струйного аппарата 3 соединен с узлом 8 соединения с входом тепловой нагрузки 9, а посредством части 14 всасывающий патрубок 2, насоса 1 соединен с периферийной частью полости струйного аппарата 3. Периферийная часть полости струйного аппарата 3 соединена с частью 14 полости узла 11 развязки щелью 16, входное отверстие которой расположено по касательной к внутренней поверхности струйного аппарата 3.

Предлагаемый теплогенератор работает следующим образом.

Жидкость насосом 1 под давлением через напорный патрубок 4 подается в узел 5 создания градиента давления, в котором происходит образование скоростного потока пара, ускоряющегося при выходе из узла 5, расширяясь в камере 6. Величина ускорения определяет количество приобретаемой кинетической энергии паром. Поток пара попадает в струйный аппарат 3, в котором происходит его торможение тормозящими элементами 7. При взаимодействии пара с тормозящими элементами 7 осуществляется его конденсация. При этом осуществляется переход кинетической энергии пара в тепловую энергию жидкости. Таким образом, за счет двойного фазового перехода (жидкость - пар - жидкость) осуществляется подвод тепла к жидкости. Полученный горячий поток жидкости из периферийной части полости струйного аппарата 3 (для исключения попадания в насос 1 несконденсированного пара) срезается по касательной щелью 16 (для исключения образования эффекта кавитации) и подается в часть 14 узла 11 развязки. Далее поток жидкости подается на всасывающий патрубок 2 насоса 1. В часть 14 узла 11 развязки и далее на всасывающий патрубок 2 насоса 1 также подается жидкость с выхода тепловой нагрузки 9 через узел 10. Из нижней центральной части полости струйного аппарата 3 поток нагретой жидкости направляется через часть 13 узла 11 развязки на вход тепловой нагрузки 9 через узел 8, обеспечивая работу теплогенератора по замкнутой схеме.

Таким образом, использование предлагаемого теплогенератора позволяет повысить эффективность нагрева жидкости за счет обеспечения двойного фазового перехода (жидкость - пар - жидкость) - получения из жидкости, подаваемой насосом, скоростного потока пара и перехода кинетической энергии скоростного потока пара в тепловую энергию конденсированной жидкости.

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для получения тепла иначе, чем в процессе горения, и может быть использовано для теплоснабжения в различных отраслях. Задачей изобретения является повышение эффективности нагрева жидкости за счет обеспечения двойного фазового перехода (жидкость - пар - жидкость), при котором образуется скоростной поток пара, и перехода кинетической энергии этого потока пара в тепловую энергию конденсированной жидкости. Поставленная задача решается в теплогенераторе, содержащем насос, всасывающий патрубок которого соединен с выходом струйного аппарата, а напорный патрубок соединен с узлом создания градиента давления, выход которого соединен посредством камеры расширения с входом струйного аппарата, снабженного элементами торможения и имеющего узлы соединения с входом тепловой нагрузки, и всасывающим патрубком насоса. Узел создания градиента давления выполнен в виде генератора пара, с входом тепловой нагрузки соединена центральная часть полости струйного аппарата, а с всасывающим патрубком насоса соединена периферийная часть полости струйного аппарата. При этом всасывающий патрубок насоса может быть соединен с узлом соединения с выходом тепловой нагрузки, элементы торможения пара могут быть выполнены в виде продольных выступов и впадин на внутренней поверхности, теплогенератор может быть снабжен узлом развязки потоков жидкости, выполненным в виде емкости, полость которой разделена перегородкой на две части, посредством одной из которых центральная часть полости струйного аппарата соединена с узлом соединения с входом тепловой нагрузки, а посредством другой части всасывающий патрубок насоса соединен с периферийной частью полости струйного аппарата, периферийная часть полости струйного аппарата может быть соединена с частью полости узла развязки щелью, входное отверстие которой расположено по касательной к внутренней поверхности струйного аппарата. 4 з. п.ф-лы, 4 ил.

1. Теплогенератор, содержащий насос, всасывающий патрубок которого соединен с выходом струйного аппарата, а напорный патрубок соединен с узлом создания градиента давления, выход которого соединен посредством камеры расширения с входом струйного аппарата, снабженного элементами торможения и имеющего узлы соединения с входом тепловой нагрузки, и всасывающим патрубком насоса, отличающийся тем, что узел создания градиента давления выполнен в виде генератора пара, с входом тепловой нагрузки соединена центральная часть полости струйного аппарата, а с всасывающим патрубком насоса соединена периферийная часть полости струйного аппарата.2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что всасывающий патрубок насоса соединен с узлом соединения с выходом тепловой нагрузки.3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что элементы торможения пара выполнены в виде продольных выступов и впадин на внутренней поверхности.4. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен узлом развязки потоков жидкости, выполненным в виде емкости, полость которой разделена перегородкой на две части, посредством одной из которых центральная часть полости струйного аппарата соединена с узлом соединения с входом тепловой нагрузки, а посредством другой части всасывающий патрубок насоса соединен с периферийной частью полости струйного аппарата.5. Теплогенератор по п.4, отличающийся тем, что периферийная часть полости струйного аппарата соединена с частью полости узла развязки щелью, входное отверстие которой расположено по касательной к внутренней поверхности струйного аппарата.