УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2012 года по МПК F24J3/00 

Устройство относится к теплотехнике и предназначено для нагрева жидкости, например воды, антифризов для систем водяного отопления в сельском хозяйстве, транспорте, коммунальной отрасли, промышленности, для отопления зданий и ГВС.

Из уровня техники известно устройство для получения тепловой энергии RU 2375648 C2, 10.12.2009, которое является наиболее близким аналогом. Указанное устройство содержит полый цилиндрический корпус, в полости которого установлено, по крайней мере, одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления приводом вращения, входной и выходной патрубки. Указанная конструкция имеет невысокий КПД, достаточно высокий уровень шума при работе, необходимость прокачивающего насоса через нее, постоянное одностороннее давление на подшипники по оси рабочего вала, вызываемое подпором давления прокачивающего насоса на одну из боковых поверхностей рабочего колеса.

Указанные выше недостатки известного устройства связаны с тем, что в нем не учитываются конструктивные особенности геометрии рабочего колеса и рациональное распределение гидравлических потоков жидкости.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности нагрева жидкой среды за счет двустороннего расположения кавитационно-образующих сквозных отверстий на ободе рабочего колеса, снижение рабочего шума подшипников путем снятия одностороннего давления на них при двухсторонней подаче теплоносителя на боковые поверхности рабочего колеса, а также отказ от прокачивающего насоса при конструктивном использовании в устройстве энергии вращения рабочего колеса.

Указанное достигается за счет устройства для получения тепловой энергии, содержащего корпус, в котором установлено, по крайней, мере одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления электродвигателем. При этом корпус содержит два входных патрубка и, по крайней мере, один выходной патрубок, в диске колеса выполнены сквозные отверстия, которые сообщаются с щелевыми пазами, выполненными на поверхности обода колеса, а по краям обода колеса дополнительно выполнено два ряда сквозных отверстий.

Также корпус заявленного устройства дополнительно содержит рабочий барабан, установленный таким образом, чтобы разделить корпус на две части, причем одна из указанных частей содержит, по крайней мере, одно рабочее колесо. Причем в указанном барабане напротив колеса выполнены щелевые пазы со сквозными отверстиями.

В указанном барабане дополнительно выполнены отверстия для внутренней кавитационной очистки поверхностей колеса и корпуса.

Два входных патрубка выполнены в корпусе так, чтобы обеспечить уравнивающее давление на рабочее колеса.

Заявленное изобретение представлено на чертеже.

Устройство для получения тепловой энергии состоит из корпуса, содержащего рубашку 2, рабочий барабан 1 и боковые стенки 4, причем диаметр рабочего барабана меньше диаметра рубашки настолько, чтобы образовывался зазор между ними; рабочих колес 3, установленных в корпусе между боковыми стенками корпуса, диаметр указанных рабочих колес меньше диаметра барабана; в указанных стенках установлены опоры 5 под подшипники 7, на которые опирается вал 6, на котором закреплены ступицы указанных рабочих колес; двух сальниковых уплотнений 8; двух входных патрубков 9; одного выходного патрубка 10; отверстий стяжных шпилек 11. В ободе рабочего колеса выполнены два ряда сквозных отверстий 12. В диске рабочего колеса выполнены сквозные отверстия 14, каждое из которых сообщается при помощи отверстия 13 с соответствующим щелевым пазом 15, выполненным на поверхности обода колеса. Рабочий барабан содержит выполненные напротив обода колеса щелевые пазы 16 с соответствующими каждому из них сквозными отверстиями 19. Также по краям рабочего барабана выполнены сквозные отверстия 18.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии теплоноситель заполняет всю полость корпуса. В результате вращения, по крайней мере, одного рабочего колеса 3, теплоноситель за счет всасывающего эффекта, полученного при отбрасывании к периферийным зонам основного потока теплоносителя с обода вращающегося колеса, через сквозные отверстия 14 и соответствующее каждому из них отверстие 13, через соответствующие щелевые пазы 15 рабочего колеса и через щелевые пазы 16 по отверстиям 19 рабочего барабана 1 поступает в полость корпуса 17. Далее теплоноситель через патрубок 10 поступает в магистраль. Из магистрали теплоноситель поступает в полость корпуса через входные патрубки 9, установленные в боковых стенках корпуса 4. Вращение, по крайней мере, одного рабочего колеса 3 обеспечивается при помощи вала 6, кинематически связанного с электродвигателем (не показаны).

Также на ободе рабочего колеса, толщиной 8-10 мм, по его краям, с двух сторон указанных щелевых пазов 15 расположены два ряда дополнительных сквозных отверстий 12, (30-40 шт в ряду диаметром - 3-5 мм). Ряды отверстий относительно друг друга смещены на размер в половину расстояния между отверстиями. Края отверстий острые. При вращении рабочих колес 3 на наружных краях отверстий 12, в зазоре 0.5-1.5 мм между рабочей поверхностью колеса 3 и рабочим барабаном 1, возникают устойчивые кавитационные «вихри». Устойчивость кавитационных вихрей поддерживается за счет отрицательного давления внутри сквозных отверстий 12, создаваемого вращательным движением рабочего колеса 3. В силу левого и правого расположения рядов отверстий на ободе рабочего колеса при его вращении кавитационные вихри одного ряда закручиваются влево, а другого - вправо. На плоскости обода рабочего колеса вихри двух рядов выглядят как попарно «сцепленные шестеренки», захватывающие внутрь обоюдо-направленного вращения и проталкивающие через себя порции жидкости, создавая при этом дополнительную «насосную тягу» при быстром вращении колес 3. В полости корпуса 17, образованной поверхностями рубашки 2, рабочего барабана 1 и боковыми стенками 4, происходит основное схлопывание кавитационных парогазовых пузырьков, гидравлическое выравнивание давления потока.

Для кавитационной очистки внутренних поверхностей корпуса и рабочих колес от накипи в стенке барабана выполнены отверстия 18, выпускающие часть «вспененной» воды из полости корпуса, образованной поверхностями рубашки 2, рабочего барабана 1 и боковыми стенками 4, в полость корпуса, которая образована поверхностями боковых стенок 4 и рабочего барабана 1.

При достаточно быстром вращении рабочих колес происходит периодическое сжатие и расширение кавитационных парогазовых пузырьков, что в соответствии с законами термодинамики трансформирует механическую энергию в тепловую. Кроме того, происходит постоянное схлопывание кавитационных пузырьков, ведущее к локальному нагреву их парогазовой смеси.

Образующиеся кавитационные пузырьки в множественных вихрях на краях отверстий рабочего колеса отрываются и уносятся потоком откачиваемой жидкости в полость рубашки барабана и далее, через выходной патрубок, в тепловую схему.

Предлагаемое устройство может быть использовано, в частности, для автономного водяного отопления взамен централизованного.

Устройство относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева жидкости в системах водяного отопления, на транспорте, в коммунальном хозяйстве. Устройство для получения тепловой энергии содержит корпус, в котором установлено, по крайней мере, одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления электродвигателем. При этом корпус содержит два входных патрубка и, по крайней мере, один выходной патрубок. В диске колеса выполнены сквозные отверстия, которые сообщаются щелевыми пазами, выполненными на поверхности обода колеса, а по краям обода колеса дополнительно выполнено два ряда сквозных отверстий. Устройство обеспечивает повышение эффективности нагрева жидкой среды за счет двустороннего расположения кавитационно-образующих сквозных отверстий на ободе рабочего колеса, снижение рабочего шума подшипников путем снятия одностороннего давления на них при двухсторонней подаче теплоносителя на боковые поверхности рабочего колеса, а также отказ от прокачивающего насоса при конструктивном использовании в устройстве энергии вращения рабочего колеса. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения тепловой энергии, содержащее корпус, в котором установлено, по крайней мере, одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления электродвигателем, отличающееся тем, что корпус содержит два входных патрубка и, по крайней мере, один выходной патрубок, в диске колеса выполнены сквозные отверстия, которые сообщаются с щелевыми пазами, выполненными на поверхности обода колеса, а по краям обода колеса дополнительно выполнено два ряда сквозных отверстий.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус дополнительно содержит рабочий барабан, установленный таким образом, чтобы разделить корпус на две части, причем одна из указанных частей содержит, по крайней мере, одно рабочее колесо.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в указанном барабане напротив колеса выполнены щелевые пазы со сквозными отверстиями.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в указанном барабане дополнительно выполнены отверстия для внутренней кавитационной очистки поверхностей колеса и корпуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два входных патрубка выполнены в корпусе так, чтобы обеспечить уравнивающее давление на, по крайней мере, одно рабочее колесо.