СПОСОБ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к нагреву жидкости в кавитационно-вихревых гидродинамических процессах каскадного преобразования электрической энергии, и может быть использовано в производственно-бытовых системах горячего водоснабжения.

Известен способ получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива, заключающийся в подаче предварительно нагретой жидкости, например воды, в вихревой теплогенератор, формировании в нем вихревого потока и обеспечении кавитационного режима течения и торможения с последующим отводом получаемого тепла потребителю /Потапов Ю.С., Толмачев Г.Ф. Способ получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива. Патент РФ на изобретение №2165054 от 16.06.2000/.

Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее вихревой теплогенератор, ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона и соединенный через инжекционный патрубок с электроприводным насосом /Потапов Ю.С. Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей. Патент РФ на изобретение №2045715 от 10.10.1995/.

Одним из недостатков известных способа и устройства является недостаточно полное использование возможностей по предварительному нагреву и реструктуризации жидкости, например воды, способствующих разрыву межмолекулярных водородных связей и разрушению ассоциатов (Н₂O)_n. Предварительный нагрев осуществляется путем циркуляции воды в замкнутом контуре, проходящем через вихревой теплогенератор, без отвода тепла к потребителю.

Другой недостаток известных способа и устройства заключается в том, что организация процесса вихревого движения жидкости в них осуществляется с использованием четырех отдельных агрегатов: вихревого теплогенератора, ускорителя движения жидкости, а также инжектора и рабочего насоса с электроприводом.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является использование дополнительных возможностей по реструктуризации жидкости при оптимизированной конфигурации комплекса агрегатов, осуществляющих процесс эффективного нагрева последней.

Поставленная задача решается следующим образом.

Известное устройство для нагрева жидкости, содержащее вихревой теплогенератор, выполнено в виде единой конструкции, включающей в свой состав нижний корпус с патрубком подвода жидкости, цилиндрический корпус с пережимом, ограничивающим зону ускорения - У движения жидкости, и тормозным устройством, ограничивающим зону торможения - Т, выполненным в виде коаксиально установленных колец, соединенных радиальным оребрением, при этом одно из колец имеет в верхней части цилиндрическое днище, а в центре по оси установлен перепускной патрубок с наружной винтовой навивкой, конический оголовок которого со сквозными отверстиями в боковой поверхности выведен в критическое сечение пережима, а также верхний корпус с выходным патрубком.

Для снижения тепловых потерь внешние поверхности верхнего, нижнего и цилиндрического корпусов с пережимом снабжены теплоизоляцией.

Длина L цилиндрической части теплогенератора от пережима до тормозного устройства соотносится с его диаметром D в отношении L/D=10.

В нижнем корпусе в узлах скольжения установлен пустотелый приводной вал, на одном конце которого закреплен гребной винт и выполнены отверстия для прохода жидкости за нагнетающими поверхностями лопастей, а на другом конце установлена ведомая магнитная полумуфта с постоянными магнитами, имеющая возможность магнитного взаимодействия через герметизирующий тонкостенный стакан из немагнитного материала с ведущей магнитной полумуфтой с постоянными магнитами, установленной на валу электропривода, связанного с нижним корпусом теплогенератора через усиленный оребрением стыковочный корпус с вентиляционными отверстиями для прохода воздуха.

Гребной винт может быть выполнен с двумя или более рабочими лопастями.

Поставленная задача решается также тем, что известный способ, включающий подачу предварительно нагретой жидкости в вихревой теплогенератор, формирование в нем вихревого потока и обеспечение кавитационного режима течения и торможения с последующим отводом получаемого тепла потребителю, осуществляют с использованием в качестве движителя-завихрителя гребного винта с электроприводом через ведущую и ведомую магнитные полумуфты, в узком кольцевом зазоре между которыми во вращающихся полях постоянных магнитов происходит дополнительная реструктуризация и предварительный нагрев части потока жидкости, а также с использованием рециркуляции относительно теплых приосевых потоков жидкости вихревого теплогенератора посредством их эжекции из зоны торможения в зону ускорения при непрерывном отводе пристеночной горячей жидкости к потребителю.

В данном случае механическая энергия гребного винта обеспечивает движение жидкости по спирали и используется для создания силы, преодолевающей сопротивление жидкости, называемое упором.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа нагрева жидкости с разрезами А-А и Б-Б; на фиг.2 изображен узел I на фиг.1; фиг.3 и фиг.4 иллюстрируют работу устройства.

Устройство для нагрева жидкости, содержащее вихревой теплогенератор, выполнено в виде единой конструкции, включающей в свой состав нижний корпус 1 с патрубком подвода жидкости 2, цилиндрический корпус 3 с пережимом 4, ограничивающим зону ускорения - У движения жидкости, и тормозным устройством, ограничивающим зону торможения - Т, выполненным в виде коаксиально установленных колец 5, соединенных радиальным оребрением 6, при этом одно из колец 7 имеет в верхней части цилиндрическое днище 8, а в центре по оси установлен перепускной патрубок 9 с наружной винтовой навивкой 10, конический оголовок 11 которого со сквозными отверстиями в боковой поверхности выведен в критическое сечение пережима 4, а также верхний корпус 12 с выходным патрубком 13.

Внешние поверхности верхнего 13, нижнего 1 и цилиндрического 3 корпусов с пережимом 4 снабжены теплоизоляцией 14.

Длина L цилиндрической части теплогенератора от пережима 4 до тормозного устройства соотносится с его диаметром D в отношении L/D=10.

В нижнем корпусе 1 в узлах скольжения 15, 16 установлен пустотелый приводной вал 17, на одном конце которого закреплен гребной винт 18 и выполнены отверстия для прохода жидкости за нагнетающими поверхностями лопастей, а на другом конце установлена ведомая магнитная полумуфта 19 с постоянными магнитами 20, имеющая возможность магнитного взаимодействия через герметизирующий тонкостенный стакан 21 из немагнитного материала с ведущей магнитной полумуфтой 22 с постоянными магнитами 23, установленной на валу 24 электропривода 25, связанного с нижним корпусом 1 теплогенератора через усиленный оребрением 26 стыковочный корпус 27 с вентиляционными отверстиями для прохода воздуха.

Гребной винт 18 имеет четыре рабочие лопасти.

Способ нагрева жидкости, включающий подачу предварительно нагретой жидкости в вихревой теплогенератор, формирование в нем вихревого потока и обеспечение кавитационного режима течения и торможения с последующим отводом получаемого тепла потребителю, осуществляют с использованием в качестве движителя-завихрителя гребного винта 18 с электроприводом 25 через ведущую 22 и ведомую 19 магнитные полумуфты, в узком кольцевом зазоре между которыми во вращающихся полях постоянных магнитов 20, 23 происходит дополнительная реструктуризация и предварительный нагрев части потока жидкости, а также с использованием рециркуляции относительно теплых приосевых потоков жидкости вихревого теплогенератора посредством их эжекции из зоны торможения - Т в зону ускорения - У при непрерывном отводе пристеночной горячей жидкости к потребителю.

Устройство работает следующим образом (фиг.3, 4). Вращающий момент от электропривода 25 с валом 24 через магнитные полумуфты 19, 22 и вал 17 передается на гребной винт 18, упор которого, преодолевая сопротивление жидкости, обеспечивает движение последней по спирали. Повышенное давление за нагнетающими поверхностями лопастей обеспечивает перетекание части потока жидкости внутри пустотелого вала 17 к ведомой магнитной полумуфте 19 с постоянными магнитами 20, в узком кольцевом зазоре между которой и стенками герметизирующего стакана 21 жидкость подвергается воздействию вращающихся полей постоянных магнитов 20, 23, претерпевая молекулярную реструктуризацию. При дальнейшем движении этот поток жидкости, охлаждая узлы скольжения 15, 16, нагревается и возвращается ко входу холодной воды через патрубок 2 в нижний корпус 1. В пережиме 4 вихревой поток жидкости ускоряется и турбулизируется на наружной винтовой навивке 10 перепускного патрубка 9 с бурным образованием кавитационных пузырьков в цилиндрическом корпусе 3. В тормозном устройстве происходит спрямление вихревых потоков жидкости, сопровождающееся резким повышением давления, приводящего к «схлопыванию» кавитационных пузырьков с мощным тепловыделением. Под действием разности давлений в тормозном устройстве и критическом сечении пережима 4 происходит эжекция относительно теплых приосевых потоков жидкости через отверстия в боковой поверхности конического оголовка 11 перепускного патрубка 9, обеспечивающая рециркуляцию низкопотенциального тепла при непрерывном отводе пристеночной горячей жидкости через верхний корпус 12 с выходным патрубком 13 к потребителю.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в производственно-бытовых системах горячего водоснабжения при нагреве жидкости в кавитационно-вихревых теплогенераторах. Сущность изобретения: процесс нагрева жидкости осуществляют с использованием в качестве движителя-завихрителя гребного винта с электроприводом через ведущую и ведомую магнитные полумуфты, в узком кольцевом зазоре между которыми во вращающихся полях постоянных магнитов происходит дополнительная реструктуризация и предварительный нагрев части потока жидкости, а также с использованием рециркуляции относительно теплых приосевых потоков жидкости вихревого теплогенератора посредством их эжекции из зоны торможения в зону ускорения при непрерывном отводе пристеночной горячей жидкости к потребителю. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ нагрева жидкости, включающий подачу предварительно нагретой жидкости в вихревой теплогенератор, формирование в нем вихревого потока и обеспечение кавитационного режима течения и торможения с последующим отводом получаемого тепла потребителю, отличающийся тем, что процесс нагрева жидкости осуществляют с использованием в качестве движителя-завихрителя гребного винта с электроприводом через ведущую и ведомую магнитные полумуфты, в узком кольцевом зазоре между которыми во вращающихся полях постоянных магнитов происходит дополнительная реструктуризация и предварительный нагрев части потока жидкости, а также с использованием рециркуляции относительно теплых приосевых потоков жидкости вихревого теплогенератора посредством их эжекции из зоны торможения в зону ускорения при непрерывном отводе пристеночной горячей жидкости к потребителю.2. Устройство для осуществления способа нагрева жидкости, содержащее вихревой теплогенератор, отличающееся тем, что оно выполнено в виде единой конструкции, включающей в свой состав нижний корпус с патрубком подвода жидкости, цилиндрический корпус с пережимом, ограничивающим зону ускорения движения жидкости, и тормозным устройством, ограничивающим зону торможения, выполненным в виде коаксиально установленных колец, соединенных радиальным оребрением, при этом одно из колец имеет в верхней части цилиндрическое днище, а в центре по оси установлен перепускной патрубок с наружной винтовой навивкой, конический оголовок которого со сквозными отверстиями в боковой поверхности выведен в критическое сечение пережима, а также верхний корпус с выходным патрубком, при этом внешние поверхности верхнего, нижнего и цилиндрического корпусов с пережимом снабжены теплоизоляцией, а длина L цилиндрической части теплогенератора от пережима до тормозного устройства соотносится с его диаметром D в отношении L/D=10, а также в нижнем корпусе в узлах скольжения установлен пустотелый приводной вал, на одном конце которого закреплен гребной винт и выполнены отверстия для прохода жидкости за нагнетающими поверхностями лопастей, а на другом конце установлена ведомая магнитная полумуфта с постоянными магнитами, имеющая возможность магнитного взаимодействия через герметизирующий тонкостенный стакан из немагнитного материала с ведущей магнитной полумуфтой с постоянными магнитами, установленной на валу электропривода, связанного с нижним корпусом теплогенератора через усиленный оребрением стыковочный корпус с вентиляционными отверстиями для прохода воздуха.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что гребной винт выполнен с двумя или более рабочими лопастями.