ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ Российский патент 2006 года по МПК F24J3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может найти применение в системах отопления зданий и сооружений, горячего водоснабжения и других отраслях народного хозяйства.

Известен теплогенератор, содержащий входное закручивающее жидкость устройство, соединенное с одним из торцов корпуса вихревой трубы, внутри которой у противоположного торца установлены тормозное устройство и патрубок отвода нагретой жидкости, полость которого перепускным каналом соединена с торцом входного закручивающего устройства (Патент RU 2045715 С1, 10.10.1995).

Из известных теплогенераторов наиболее близким к заявляемому является теплогенератор гидравлический, описанный в патенте RU 2134381 С1, 10.08.1999. Он содержит входное закручивающее устройство, соединенное с корпусом вихревой трубы, патрубок отвода нагретой жидкости, при этом корпус вихревой трубы и патрубок отвода нагретой жидкости установлены по разные стороны входного закручивающего устройства, корпус вихревой трубы выполнен в виде расширяющегося от входа ко дну сосуда, внутренняя поверхность которого снабжена, по меньшей мере, двумя продольными канавками цилиндрической формы, равномерно распределенными по периметру поперечного сечения корпуса вихревой трубы. Полость корпуса вихревой трубы выполнена в виде конуса, угол конусности которого составляет от 1 до 15°. Площадь отверстия, соединяющего входное закручивающее устройство с полостью корпуса вихревой трубы, в 2-6 раз больше площади отверстия, соединяющего входное закручивающее устройство с патрубком отвода нагретой жидкости, которое выполнено регулируемым по площади проходного сечения.

Известные устройства имеют недостаточно высокий КПД.

Это обусловлено недостаточно эффективным процессом преобразования энергии, в механизме которого существенную роль выполняет анизотропная турбулентность, превалирующая в радиальном направлении, индуцируемая сдвиговыми скоростями, вызываемыми противоточным движением периферийного и приосевого, сильно закрученного потока жидкости, в поле с высоким радиальным градиентом статического давления.

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, - повышение КПД теплогенератора.

Техническая задача решается тем, что теплогенератор гидравлический, содержащий входное закручивающее устройство, по разные стороны которого расположены вихревая труба, корпус которой соединен с входным закручивающим устройством, и патрубок отвода нагретой жидкости, дополнительно содержит щелевой диффузор, соединенный с корпусом вихревой трубы и имеющий аксиальный канал в центральной части, соосный с внутренней полостью корпуса вихревой трубы и сообщающийся с ней, и коаксиальный (кольцевой) канал, проточная часть которого соединена с внутренней полостью вихревой трубы с одной стороны и с аксиальным каналом с другой стороны, при этом щелевой диффузор снабжен лопатками, расположенными в кольцевом канале. Лопатки в кольцевом канале выполнены радиальными или с закруткой выходной кромки под углом к радиальному направлению, меняющим направление вращения жидкости на противоположное.

Такое выполнение теплогенератора гидравлического обеспечивает интенсификацию процесса энергетического преобразования в теплогенераторе и, как следствие, увеличение его эффективного КПД.

Таким образом, введенные в теплогенератор гидравлический новые отличительные признаки в совокупности с известными позволяют решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен теплогенератор гидравлический, продольный разрез, на фиг.2 - вариант выполнения лопаток щелевого диффузора, разрез А-А.

Теплогенератор гидравлический содержит (фиг.1) входное закручивающее устройство 1, по разные стороны которого расположены вихревая труба, корпус 2 которой соединен с входным закручивающим устройством 1, и патрубок отвода нагретой жидкости 3, щелевой диффузор 4, соединенный с корпусом 2 вихревой трубы. Диффузор 4 имеет в центральной части аксиальный канал 5, соединенный с внутренней полостью корпуса 2 вихревой трубы и сообщающийся с ней, и коаксиальный (кольцевой) канал 6, проточная часть которого соединена с внутренней полостью корпуса 2 вихревой трубы с одной стороны и с аксиальным каналом 5 - с другой стороны. Внутри кольцевого канала 6 (фиг.2) размещены лопатки 7, выполненные радиальными или с закруткой выходной кромки 8 под углом к радиальному направлению, меняющим направление вращения жидкости на противоположное.

Теплогенератор гидравлический работает следующим образом. Жидкость подают во входное закручивающее устройство 1, в котором поток жидкости ускоряется и закручивается, после чего поступает во внутреннюю полость корпуса 2 вихревой трубы, в которой формируются два сильно закрученных потока жидкости - периферийный и приосевой, причем в результате закономерного разделения сильно закрученного потока жидкости и реализации термодинамических процессов в поле массовых сил с высоким радиальным градиентом статического давления периферийный поток имеет более высокую температуру, чем приосевой поток.

Поток жидкости, двигаясь по спирали в направлении щелевого диффузора 4 и пройдя его, поступает в кольцевой канал 6, в котором поток жидкости гасит свою окружную скорость в канале 9 между лопатками 7 при выполнении их радиальными. При выполнении выходной кромки 8 лопаток 7 под углом к радиальному направлению поток меняет направление вращения на противоположное. Выйдя из кольцевого канала 6, приосевой поток жидкость ускоряется. Ускорение потока происходит за счет осевого градиента статического давления, который в приосевой зоне корпуса 2 направлен от входного закручивающего устройства 1 в сторону щелевого диффузора 4. Выйдя из аксиального канала 5 в приосевую зону корпуса 2, поток жидкости движется в направлении патрубка отвода нагретой жидкости 3. При этом он взаимодействует с периферийным потоком, закручиваясь им в случае отсутствия окружной скорости на входе в канал 5 или раскручиваясь - при наличии окружной скорости, противоположной вращению потока жидкости, поступающей из входного закручивающего устройства 1. Пройдя патрубок отвода горячей жидкости 3, нагретая жидкость подается потребителю.

Использование лопаток 7 в кольцевом канале 6 приводит к резкому снижению окружной скорости периферийного потока жидкости, что влечет за собой увеличение радиального градиента статического давления в сечении выхода потока жидкости из аксиального канала 5, приводящего к росту осевого градиента статического давления и, следовательно, к росту осевой составляющей скорости приосевого потока. Это вызывает интенсификацию сдвиговых деформаций и, как следствие, рост анизотропной турбулентности, превалирующей в радиальном направлении, на границе разделения периферийного и приосевого потоков жидкости за счет увеличения разности между осевыми скоростями потоков жидкости на границе разделения потоков. Анизотропная турбулентность существенно влияет на нагрев периферийного потока жидкости, являясь частью механизма преобразования энергии в теплогенераторе, рост которой приводит к интенсификации процесса преобразования энергии в теплогенераторе и, как следствие, увеличению его эффективного КПД.

При использовании лопаток 7 с закруткой выходной кромки 8 против направления окружной скорости периферийного потока жидкости приосевой поток жидкости, выходящий из аксиального канала 5, приобретает вращение с окружной скоростью, противоположной по направлению окружной скорости периферийного потока жидкости. Это способствует дополнительному увеличению сдвиговых деформаций за счет разности направленных в противоположные стороны окружных скоростей периферийного и приосевого потоков и, как следствие, к росту анизотропной турбулентности, рост которой приводит к интенсификации процесса преобразования энергии в теплогенераторе и, следовательно, к дополнительному увеличению его эффективного КПД.

Таким образом, использование предложенной схемы теплогенератора гидравлического позволяет повысить его эффективный КПД.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может найти применение в системах отопления зданий и сооружений, горячего водоснабжения и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения в том, что теплогенератор гидравлический содержит входное закручивающее устройство, по разные стороны которого расположены вихревая труба, корпус которой соединен с входным закручивающим устройством, и патрубок отвода нагретой жидкости. Дополнительно теплогенератор содержит щелевой диффузор, соединенный с корпусом вихревой трубы. В центральной части щелевого диффузора выполнены аксиальный канал, соосный с внутренней полостью корпуса вихревой трубы и сообщающийся с ней, и коаксиальный (кольцевой) канал, проточная часть которого соединена с внутренней полостью вихревой трубы с одной стороны и с аксиальным каналом - с другой стороны. Щелевой диффузор снабжен лопатками, размещенными в кольцевом канале. Лопатки выполнены радиальными или с закруткой выходной кромки под углом к радиальному направлению, меняющим направление вращения жидкости на противоположное. Такое выполнение теплогенератора позволяет увеличить его КПД за счет интенсификации процесса энергетического преобразования. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Теплогенератор гидравлический, содержащий входное закручивающее устройство, по разные стороны которого расположены вихревая труба, корпус которой соединен с входным закручивающим устройством, и патрубок отвода нагретой жидкости, отличающийся тем, что он дополнительно содержит щелевой диффузор, соединенный с корпусом вихревой трубы и имеющий аксиальный канал в центральной части, соосный с внутренней полостью корпуса вихревой трубы и сообщающийся с ней, и коаксиальный (кольцевой) канал, проточная часть которого соединена с внутренней полостью вихревой трубы с одной стороны и с аксиальным каналом с другой стороны.2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что щелевой диффузор снабжен лопатками, размещенными в кольцевом канале.3. Теплогенератор по п.2, отличающийся тем, что лопатки выполнены радиальными.4. Теплогенератор по п.2, отличающийся тем, что лопатки выполнены с закруткой выходной кромки под углом к радиальному направлению, меняющим направление вращения жидкости на противоположное.