ГИДРОТЕПЛОГЕНЕРАТОР ВИХРЕВОГО ТИПА Российский патент 2008 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, где кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в тепловую энергию, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, для подогрева технологических жидкостей.

Известен термогенератор (RU N2177591, МПК F25В 9/04, 9/02, 29/00, опубл. 27.12.01 г.), принятый за прототип. Термогенератор содержит цилиндрический корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом на одном конце и тормозным устройством и вторым выходом на другом конце. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок. Тангенциальный сопловый ввод снабжен средством для придания вращательного движения жидкости, установленным на заданном расстоянии внутри трубопровода. Теплообменная обойма может быть снабжена двумя дополнительными патрубками - инжекционным патрубком, удлиненный конец которого помещен в полость первого выходного патрубка, расположенного внизу обоймы, и вторым выходным патрубком вверху обоймы.

Недостатком прототипа является низкая теплопроизводительность.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности устройства и сокращения энергозатрат.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании гидротеплогенератора, осуществляющего высокоэффективный нагрев жидкости, в том числе за счет использования естественных (природных) факторов или постоянно (длительно) действующих сопутствующих технологических факторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидротеплогенераторе вихревого типа, содержащем корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом и тормозным устройством, помещенный в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок, новым является то, что корпус выполнен в виде усеченного конуса, к вершине которого примыкает цилиндрическая часть, тангенциальный сопловый ввод установлен на конической поверхности корпуса вблизи основания конуса, перед сопловым вводом установлен входной патрубок, внутренняя поверхность которого выполнена в форме сопла Лаваля, корпус имеет один выход, соосно с которым размещен патрубок в виде диффузорного насадка, между наружной цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы размещены диафрагмы с набором несоосных относительно друг друга отверстий, количество отверстий на диафрагме и количество диафрагм подбирается исходя из напора на входном патрубке, выходной патрубок размещен на торцевой поверхности цилиндрической теплообменной обоймы, наружная поверхность которой теплоизолирована.

Выполнение корпуса в виде усеченного конуса, к вершине которого примыкет цилиндрическая часть, с тангенциальным сопловым вводом, установленным на конической части поверхности корпуса вблизи основания конуса, обусловлено необходимостью создания спиралеобразного потока жидкости, который ускоряется при выходе из внутренней конической полости корпуса в цилиндрическую полость с одновременным нагревом жидкости.

Установка перед тангенциальным сопловым вводом входного патрубка, внутренняя поверхность которого выполнена в форме сопла Лаваля, позволяет придать потоку жидкости на выходе из патрубка значительное ускорение одновременно со значительным повышением температуры. Ускоренный поток попадает во внутреннюю коническую полость корпуса и закручивается с дальнейшим ускорением.

Наличие в корпусе одного выхода, расположенного после тормозного устройства, обусловлено необходимостью поддержания внутри корпуса стабильно высокого давления и создания однонаправленного потока жидкости. Процесс нагрева жидкости протекает наиболее эффективно при повышенном давлении.

Размещение соосно с выходом корпуса патрубка в виде диффузорного насадка обеспечивает при одновременном увеличении расхода и скорости повышение теплопроизводительности при истечении жидкости из внутренней полости корпуса.

Размещение между наружной цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы диафрагм с набором несоосных относительно друг друга отверстий вызвано необходимостью прокачивания потока жидкости из диффузорного насадка с многократным торможением, сопровождающимся выделением тепловой энергии.

Количество отверстий на диафрагме и количество диафрагм подбирается исходя из величины напора на входном патрубке при использовании источника естественного напора или с учетом мощности насоса. Таким образом можно регулировать потребляемую мощность насоса и количество произведенной тепловой энергии.

Размещение выходного патрубка на торцевой поверхности цилиндрической теплообменной обоймы обусловлено необходимостью обеспечения перед поступлением нагретой жидкости в систему теплопотребления ее торможения о дно теплообменной обоймы с выделением тепловой энергии.

При функционировании гидротеплогенератора от источника естественного или постоянно (длительно) действующего напора или от магистрали с избыточным давлением Р выходной патрубок соединен с системой теплопотребления, второй вход которой открыт и через который теплоноситель утилизируется или же соединен с магистралью. В этом случае необходимо наличие источника, обеспечивающего достаточный напор на входном патрубке, который бы обеспечивал нагрев жидкости за один проход через гидротеплогенератор.

Наружные поверхности теплообменной обоймы теплоизолированы, что позволяет сократить тепловые потери и повысить эффективность устройства в целом.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на

фиг.1 - общая схема гидротеплогенератора вихревого типа,

фиг.2 - схема подключения системы теплопотребления при использовании силового насоса,

фиг.3 - схема подключения системы теплопотребления при использовании естественных источников напора,

фиг.4 - схема подключения системы теплопотребления при использовании избыточного давления магистрального трубопровода.

Гидротеплогенератор вихревого типа содержит корпус, имеющий коническую часть 1, герметично соединенную с цилиндрической частью 2. С другой стороны цилиндрической части 2 внутри нее размещено тормозное устройство 3: коническая диафрагма 4 с выходом 5, соосно с которым размещен диффузорный насадок 6. Вблизи основания конической части 1 корпуса установлен тангенциальный сопловый ввод 7, соосно соединенный с входным патрубком 8 с внутренней поверхностью, выполненной в форме сопла Лаваля. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму 9, на цилиндрической поверхности которой расположено герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода 7 и на дне 10 - выходной патрубок 11. Между внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы 9 и наружной поверхностью цилиндрической части 2 корпуса установлены диафрагмы 12 со сквозными отверстиями 13, причем отверстия 13 на соседних диафрагмах 12 размещены несоосно. Теплообменная обойма 9 покрыта слоем 14 теплоизолирующего материала.

Гидротеплогенератор вихревого типа работает следующим образом.

Рабочая жидкость поступает к входному патрубку 8 с внутренней поверхностью в форме сопла Лаваля, где приобретает значительное ускорение, сопровождающееся нагревом жидкости. Ускоренный поток жидкости движется к тангенциальному сопловому вводу 7, через который по касательной к внутренней поверхности конической части 1 поступает внутрь корпуса, где приобретает спиралеобразный характер движения, сопровождающийся нагревом жидкости. После перехода в цилиндричекую часть 2 поток жидкости опять ускоряется, сохраняя вращательный характер движения. В зоне тормозного устройства 3 поток разделяется на несколько различных потоков и тормозится. Изменение направления движения, а также скорости и давления жидкости приводит к ее нагреву. В конической диафрагме 4 формируется поток перед поступлением в выход 5. Миновав выход 5, поток жидкости проходит диффузорный насадок 6, после чего скорость движения потока жидкости увеличивается, поддерживая высокий уровень расхода. Здесь происходит очередное торможение, изменение направления жидкости с выделением тепловой энергии. Далее поток жидкости поступает в теплообменную обойму 9. Создаются два противоположно направленных потока жидкости, что повышает скорость нагрева за счет перераспределения энергии между потоком внутри конической части 1 и цилиндрической части 2 корпуса и потоком в теплообменной обойме 9, жидкость проходит через сквозные отверстия 13 диафрагм 12, в зонах которых происходит ее интенсивный нагрев. Далее поток жидкости тормозится о дно 10 и через выходной патрубок 11 поступает в систему теплопотребления. При использовании в качестве источника давления силового насоса второй вход системы теплопотребления соединен с его всасывающим патрубком. При использовании естественных или технологических источников напора выходной патрубок соединен с системой теплопотребления, второй вход которой открыт для утилизации отработанной жидкости. При использовании магистрального трубопровода с избыточным давлением ΔР второй вход системы теплопотребления соединен с магистралью.

Гидротеплогенератор вихревого типа предназначен для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, для подогрева технологических жидкостей. Задачей изобретения является повышение эффективности устройства и сокращение энергозатрат. Гидротеплогенератор содержит корпус, имеющий коническую часть, герметично соединенную с цилиндрической частью, внутри которой размещено тормозное устройство, коническая диафрагма с выходом, соосно с которым размещен диффузорный насадок. Вблизи основания конической части корпуса установлен тангенциальный сопловый ввод, соосно соединенный с входным патрубком с внутренней поверхностью, выполненной в форме сопла Лаваля. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму, на цилиндрической поверхности которой расположено герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и на дне - выходной патрубок. Между внутренней поверхностью теплообменной обоймы и наружной поверхностью цилиндрической части корпуса установлены диафрагмы со сквозными отверстиями, причем отверстия на соседних диафрагмах размещены несоосно. Теплообменная обойма покрыта слоем теплоизолирующего материала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гидротеплогенератор вихревого типа, содержащий корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом и тормозным устройством, помещенный в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде усеченного конуса, к вершине которого примыкает цилиндрическая часть, тангенциальный сопловый ввод установлен на конической поверхности корпуса вблизи основания конуса, перед сопловым вводом установлен входной патрубок, внутренняя поверхность которого выполнена в форме сопла Лаваля, корпус имеет один выход, соосно с которым размещен патрубок в виде диффузорного насадка, между наружной цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы размещены диафрагмы с набором несоосных относительно друг друга отверстий.2. Гидротеплогенератор вихревого типа по п.1, отличающийся тем, что количество отверстий на диафрагме и количество диафрагм подбирается исходя из напора на входном патрубке.3. Гидротеплогенератор вихревого типа по п.1, отличающийся тем, что выходной патрубок размещен на торцевой поверхности цилиндрической теплообменной обоймы.4. Гидротеплогенератор вихревого типа по п.1, отличающийся тем, что наружные поверхности теплообменной обоймы теплоизолированы.