ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2008 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к области энергетики и может использоваться в теплогенераторах для отопления жилых и производственных помещений и для горячего водоснабжения.

Известен теплогенератор (а.с. 1028972, кл. Е25В, 11/00, опуб. 12.07.1983 г.), содержащий корпус, ведущий вал, рабочее колесо, электродвигатель, трубопроводы.

Недостатком является то, что для работы необходимы два вида источников энергии - пар низкого давления и электрический ток, что в совокупности делает конструкцию сложной и малоэффективной.

Наиболее близким аналогом является устройство для получения тепловой энергии, состоящее из корпуса, емкости, насоса высокого давления, электродвигателя, магнитостриктора, трубопроводов высокого давления. (Патент Российской Федерации №2254524, кл. F24G, 3/00, опубл. в бюл. №17, 20.06.2005 г.)

Недостатком наиболее близкого аналога является большой расход электроэнергии и сложность конструкции.

Цель изобретения - повышение эффективности нагрева рабочей среды (т.е. теплоносителя) и снижение энергозатрат.

Указанная цель достигается за счет того, что в теплогенераторе для получения тепловой энергии, состоящем из корпуса, емкости для рабочей среды, электродвигателя, насоса высокого давления, предохранительного клапана, трубопроводов, подшипников, манометра, согласно изобретению в роторе центрифуги на неподвижной оси под углом 90° жестко закреплены неподвижные диски, на плоскостях которых имеются глухие отверстия (ячейки), а к стенкам внутренней поверхности ротора под углом 90° по отношению к оси вращения ротора жестко закреплены вращающиеся диски, на плоскостях вращения которых имеются глухие отверстия (ячейки), между неподвижными и вращающимися дисками имеются зазоры, причем в пространстве, образованном вращающимися дисками и внутренней поверхностью ротора, находится зона повышенного давления рабочей жидкости (среды), которая из жиклеров центрифуги в виде свободнопадающего потока, пройдя через гидротурбину, поступает в емкость, ниже уровня рабочей жидкости (среды) в емкости расположен теплообменник, а на днище закреплен электронагреватель.

Работа теплогенератора основана на создании давления в нагнетательной полости насоса высокого давления от одной атмосферы до одной тысячи атмосфер и нагрева циркулирующей рабочей жидкости (среды) до температуры на 20% ниже (меньше) температуры вспышки рабочей жидкости (среды), причем увеличение температуры нагрева рабочей среды (жидкости) осуществляется поэтапно и синхронно в следующей очередности: первый этап - в нагнетательной полости насоса высокого давления, второй этап - внутри ротора центрифуги в зазорах между вращающимися и неподвижными дисками, третий этап - дополнительное увеличение давления, а следовательно, и трения рабочей жидкости (среды) от сил инерции, направленных от оси вращения ротора к его внутренней поверхности, четвертый этап - использование кинетической энергии свободнопадающего потока рабочей жидкости (среды), вращающей якорь электрогенератора, подающего электроэнергию к электронагревателю.

Технический результат в предлагаемом теплогенераторе для отопления жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения достигается за счет:

- нагрева рабочей жидкости (среды) в процессе создаваемого путем регулировки давления как в нагнетательной полости насоса высокого давления, так и в трубопроводе, соединяющем данную полость с осью центрифуги,

- наличия на плоскостях вращения вращающихся дисков, а также на плоскостях неподвижных дисков глухих отверстий (ячеек), увеличивающих трение при течении рабочей жидкости (среды) через зазоры в роторе центрифуги,

- дополнительного увеличения давления, а следовательно, и трения рабочей жидкости (среды) в зоне, образованной внутренней стенкой ротора центрифуги и вращающимися дисками,

- за счет кинетической энергии свободнопадающего потока рабочей жидкости (среды), вращающей якорь электрогенератора.

На фиг.1 изображена схема ротора центрифуги с реактивным приводом, на фиг.2 - схема возвращения рабочей жидкости (среды) в виде свободнопадающего потока через гидротурбину в емкость, на фиг.3 - устройство вращающегося диска, на фиг.4 - устройство неподвижного диска, на фиг.5 - местонахождение зоны повышенного давления внутри ротора центрифуги, на фиг.6 - схема направления действия реактивных сил.

Теплогенератор состоит из электродвигателя 1 для привода насоса 2 высокого давления с маслоприемником 3 для создания давления от нуля до одной тысячи атмосфер и нагрева в емкости 4 рабочей жидкости (среды) 5 (например, моторного масла для автотракторных дизельных двигателей внутреннего сгорания, компрессорных масел и других жидкостей) до температуры, значение которой на 20% меньше (ниже) температуры их вспышки, дроссельного узла, предназначенного для регулировки нагрева рабочей жидкости (среды) и состоящего из ручного привода 6 для регулировки начала открытия клапана в предохранительном устройстве 41 и установления по показанию манометра 7 наперед заданного давления в нагнетательной полости насоса высокого давления, а следовательно, рабочей жидкости (среды) до температуры, значение которой ниже на 20% температуры вспышки.

Например, если рабочей средой является моторное масло М 8 Г₂к, имеющее температуру вспышки 205°С (Лышко Г.П. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. Кишинев. 1997. Стр.215, табл.36), то давление по манометру 7 должно быть таким, чтобы обеспечить нагрев масла не более чем до температуры 164°С. Если в качестве рабочей среды используется компрессорное масло К 28, имеющее температуру вспышки 270°С (Школьников В.М. Топливо, смазочные материалы, технические жидкости. - М.: Химия, 1989. Стр.204, табл.4.8.), давление должно быть таким, чтобы обеспечить нагрев не более чем до температуры 220°С и т.д.

Теплогенератор состоит из трубопровода 8 высокого давления, имеющего различную форму (например, цилиндрического змеевика) и предназначенного как для соединения нагнетательной полости насоса высокого давления с ротором центрифуги, так и для передачи тепла от рабочей жидкости (среды), протекающей в нем, теплообменнику 34, через рубашку которого циркулирует в направлении 39,например, вода, тосол, нефть и т.д., канала 9 в оси 10 для подачи через отверстия 11 во внутреннюю полость 12 рабочей жидкости (среды), ротора 13, центрифуги 14 для сообщения вращающимся дискам 22 вращательного движения вокруг оси 10, глухих отверстий (ячеек) 26 на плоскостях неподвижных 23 и вращающихся 22 дисков для увеличения движущегося потока по указателю 18 рабочей жидкости (среды) в зазорах 38, а следовательно, и повышения эффективности ее нагрева, сквозных окон 15 для вытекания рабочей среды из ротора в пространство (полость) 16, цилиндра 17 для образования пространства (полости), указателя 18 направления течения рабочей жидкости (среды), жиклеров 19 и сопел 20 для создания реактивной силы 21, подшипников (например, упорных) 24 и 25, зоны 27, в которой силы инерции направлены от оси вращения ротора к внутренней поверхности 40 ротора, гидротурбины 29, преобразующей свободнопадающий поток рабочей жидкости (среды) в электрогенераторе 31 в электроэнергию для электроподогревателя 32, расстояний 28 и 30 для эффективной работы гидротурбины, уровня 33 рабочей среды в емкости, микрогазовоздушной среды 35, теплошумоизоляции 36, дна 37 емкости, зазоров 38 для течения рабочей жидкости (среды), указателя направления движения (т.е. течения) 39, предохранительного клапана 42, термореле 43 для ручной настройки необходимой температуры нагрева рабочей жидкости (среды) до значения, меньшего на 20% от температуры вспышки (например, если рабочая жидкость - масло М 8 Г₂к, термометр настраивают на 164°С), и предназначенного: для автоматического отключения электродвигателя 1, а при снижении температуры (например, до 163°С) для автоматического включения электродвигателя, кожуха 44, сальников 45, гайки 46, втулки упорной 48.

Работа

Перед началом работы теплогенератора жидкость (среда) 5 (например, масло М 8 Г₂к) находится в емкости 4. Уровень 33 рабочей жидкости (среды) 5 находится на расстоянии 30 от гидротурбины 29. Термореле 43 настроено на температуру 164°С (т.е. на 20% меньше, чем температура вспышки масла М 8 Г₂к), ручка привода 6 находится в положении, соответствующем открытию клапана предохранительного устройства 41 при давлении в трубопроводе 8, равном одной атмосфере.

При подаче электроэнергии от внешней электросети работает электродвигатель 1. В насос высокого давления 2 через маслоприемник 3 всасывается из емкости 4 жидкость 5. Синхронно ручным приводом 6 устанавливают по показанию манометра 7 величину давления жидкости 5 в нагнетательной полости насоса 2 и трубопроводе 8, от которого зависит процесс нагрева жидкости.

Это первый этап нагрева жидкости 5.

Из насоса 2 нагретая рабочая жидкость 5 по трубопроводу 8 поступает в канал 9 оси 10, во внутреннюю полость 12 ротора 13. Заполнив через окна 15 пространство 16, жидкость 5 поступает к жиклерам 19, из которых, вытекая, создает реактивные силы 21, вращающие ротор с угловой скоростью 10000 об/мин (1040 рад/с) и более.

Вместе с ротором вращаются рабочая жидкость 5, наружные обоймы подшипников 24 и 25, вращающиеся диски 22, ротор 13, цилиндр 17, жиклеры 19, сопла 20 и зона увеличенного давления 27, внутренняя поверхность 40.

Процесс течения по указателю 18 жидкости 5 через зазоры 38 приводит к интенсивному трению, из-за чего рабочая жидкость дополнительно нагревается.

Это второй этап нагрева рабочей жидкости 5.

В зоне 27 за счет возникающих сил инерции вращающейся рабочей жидкости 5 внутри ротора 13 создается дополнительное давление, а следовательно, и нагрев движущейся по зазорам 38 рабочей жидкости 5.

Это третий этап нагрева рабочей жидкости (среды).

Жидкость 5 из сопел 20 в виде свободнопадающего потока, обладающего запасом кинетической энергии, преодолев расстояние 28 микрогазовоздушной среды 35, поступает в гидротурбину 29, которая вращает якорь электрогенератора 31. Вырабатываемая электроэнергия расходуется на работу электронагревателя, дополнительно нагревающего рабочую жидкость

Это четвертый этап нагрева жидкости 5.

Через теплообменник 34 циркулирует, например, вода, тосол, нефть и т.д., которые получают тепло от рабочей жидкости (среды).

При отключении электроэнергии работа электродвигателя 1 прекращается. Рабочая жидкость (среда) 5 стекает в емкость 4.

Изобретение относится к области энергетики, в частности для отопления жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения. Сущность изобретения заключается в том, что в роторе центрифуги теплогенератора на неподвижной оси под углом 90° жестко закреплены неподвижные диски, на плоскостях которых имеются глухие отверстия, а к стенкам внутренней поверхности ротора под углом 90° по отношению к оси вращения ротора жестко закреплены вращающиеся диски с глухими отверстиями, между неподвижными и вращающимися дисками имеются зазоры, рабочая жидкость из жиклеров центрифуги в виде свободнопадающего потока, пройдя через гидротурбину, поступает в емкость, ниже уровня рабочей жидкости расположен теплообменник, а на днище закреплен электронагреватель. Такое выполнение теплогенератора позволяет повысить эффективность нагрева и снизить энергозатраты. 6 ил.

Теплогенератор для отопления жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения, состоящий из емкости, электродвигателя, насоса высокого давления, трубопроводов высокого давления, манометра, предохранительных устройств, отличающийся тем, что в роторе центрифуги на неподвижной оси под углом девяносто градусов жестко закреплены неподвижные диски, на плоскостях которых имеются глухие отверстия (ячейки), а к стенкам внутренней поверхности ротора под углом девяносто градусов по отношению оси вращения ротора жестко закреплены вращающиеся диски, на плоскостях вращения которых имеются глухие отверстия (ячейки), между неподвижными и вращающимися дисками имеются зазоры, причем в пространстве, образованном вращающимися дисками и внутренней поверхностью ротора, находится зона повышенного давления рабочей жидкости (среды), которая из жиклеров центрифуги в виде свободнопадающего потока, пройдя через гидротурбину, поступает в емкость, ниже уровня рабочей жидкости (среды) в емкости расположен теплообменник, а на днище закреплен электронагреватель.