ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР И УСТРОЙСТВО НАГРЕВА ЖИДКОСТИ Российский патент 2015 года по МПК F24D3/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и генерированию тепла экологически чистым способом и может быть использовано как в системах отопления зданий, сооружений, транспортных средств, подогрева несжимаемых жидкостей, в том числе воды, так и в аппаратах обогрева различного назначения.

Известны различные теплогенераторы, использующие преобразование энергии движущихся рабочих сред в тепло, в частности, известны гидравлические теплогенераторы, в которых тепло вырабатывается при торможении закрученного потока жидкости (RU 2045715 С1, МПК F25B 29/00, 10.10.1995; RU 2059162 С1, МПК F24 D3/02, F24D 3/08, 27.04.1996; RU 2134381 С1, МПК F24D 3/02, F24J 3/00, 10.08.1999; RU 2140042 С1, МПК F24D 3/02, 20.10.1999; RU 2204090 C2, МПК F25B 9/02; F25B 29/00, 10.05.2003).

Известна "Система теплоснабжения потребителей" (RU 2059162, МПК 6 F24D 3/02, F24D 3/08, 27.01.1996), которая содержит теплогенератор в виде вихревой камеры с тангенциальным подводом жидкости, нагревающейся в цилиндрическом корпусе вихревой камеры, снабженной тормозным устройством и патрубком отвода нагретой жидкости, сетевой водяной насос с электроприводом, подающий, обратный и соединительный трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру, расширительный бак, соединенный с потребителем; для регулирования температуры и давления теплоносителя используется обводная линия с возможностью перепуска теплоносителя из подающего в обратный трубопровод, а также устройство автоматического регулирования температуры теплоносителя с блоком управления.

В описанном и аналогичных ему устройствах движение жидкости, поступающей в вихревую камеру под давлением через закручивающее поток входное устройство, (которое может быть выполнено в виде улитки, одного или нескольких тангенциальных каналов и т.п.), приобретает вихревой характер. Скорость жидкости к моменту ее входа в вихревую камеру возрастает. Попав в нее, жидкость за счет действия центробежных сил отбрасывается к внутренней поверхности полости корпуса вихревой камеры и, омывая ее, совершает винтовое движение, в ходе которого частично тормозится. При этом энергия торможения превращается в теплоту и подогревает движущуюся жидкость. Слои жидкости, находящиеся на разных расстояниях от оси вращения вихря, в соответствии с законом сохранения количества движения имеют различные скорости, что обуславливает трение между вращающимися друг относительно друга слоями жидкости и дальнейший ее нагрев.

Известные гидравлические теплогенераторы и устройства для нагрева жидкости имеют невысокую скорость входа теплоносителя (жидкости) на стационарный режим до приемлемых температур (свыше 70°C) и недостаточно компактны.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является, принятая в качестве прототипа, "Схема нагрева системы водяного отопления теплогенератором" (RU 2202740 С2, МПК F24D 3/02, F25B 29/00, 20.04.2003), содержащая теплогенератор в виде вихревой камеры с закручивающим поток жидкости сопловым устройством, нагревающейся в цилиндрическом корпусе вихревой камеры, снабженной тормозным устройством и патрубком отвода нагретой жидкости (согласно RU 2204090 С2, МПК F25B 9/02, F25B 29/00, 10.05.2003), сетевой водяной насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора с помощью инжекционного патрубка, подающий и обратный трубопроводы с индивидуальными вентилями соответственно, последние соединены параллельно между собой так, что входной патрубок вентиля, сообщающегося своим выходным патрубком с подающей линией трубопровода, соединен параллельно с входным патрубком вентиля, сообщающегося своим выходным патрубком с линией обратного трубопровода, а начальный конец линии обратного трубопровода соединен с выходным патрубком теплообменника самого отдаленного потребителя.

Экономическая эффективность от применения предлагаемой схемы заключается в том, что повышается технологическая возможность в регулировке циркуляции воды, однако наиболее близкому к заявленному изобретению устройству для нагрева жидкости гидравлическим теплогенератором, присуще, хотя и в меньшей степени, те же недостатки, которые были отмечены выше: большие габариты, недостаточная эффективность.

Поэтому в основу изобретения поставлена техническая задача создания гидравлического теплогенератора, который бы характеризовался минимальными габаритами, массой и более высокой эффективностью и скоростью выхода на температурный режим за счет интенсификации происходящих в нем процессов преобразования энергии.

Технический результат, выражается в интенсификации процесса нагрева жидкости в гидравлическом теплогенераторе и увеличении скорости выхода на заданный температурный режим.

Технический результат достигается тем, что гидравлический теплогенератор, включающий входное закручивающее устройство, соединенное с корпусом вихревой камеры, патрубок отвода нагретой жидкости, согласно настоящему изобретению снабжен со стороны размещения дросселя приосевым центральным отверстием с установленным в нем патрубком подвода в приосевую область вихревой камеры дополнительных масс жидкости, торцы оборудованы ходовым винтом с сальниковым уплотнением, который обеспечивает регулировку режимов работы торец вихревой камеры, удаленный от соплового ввода снабжен щелевым диффузором, торец, примыкающий к отверстию диафрагмы, выполнен в виде щелевого диффузора, щелевые диффузоры выполнены комбинированными с улиточными оголовками,.

В устройстве нагрева жидкости, содержащем гидравлический теплогенератор, сетевой насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками, согласно изобретению, линия подачи разделена на две -одна из которых направлена к закручивающему поток устройству вихревой камеры, а вторая через эжектор в ее приосевую область, кроме того, имеется две линии отвода - одна, выйдя из центрального отверстия диафрагмы, подается на вход насоса, вторая, пройдя систему внешних отопительных приборов, подсасывается эжектором в приосевую область вихревой камеры, образуя тем самым замкнутый гидравлический контур.

Размещение в центральной части щелевого диффузора соосно отверстию диафрагмы трубки подвода дополнительного потока с противоположной закручивающему устройству стороны в сочетании с вовлечением в циркуляцию по замкнутому контуру подогретого потока, подсасываемого эжектором, обеспечивает возникновение интенсивной циркуляции жидкости в полости корпуса, причем трение между вращающимися и смещающимися в осевом направлении слоями жидкости усиливается благодаря воздействию возмущений, создаваемых введением дополнительного потока. В результате взаимодействия комплекса факторов во вращающемся потоке жидкости существенно увеличиваются градиенты изменения скоростей как в поперечном так и в продольном по отношению к корпусу вихревой камеры направлениях с возникновением обратных токов жидкости в приосевой зоне с последующим выходом нагретой жидкости через щелевой диффузор в патрубок отвода нагретой жидкости.

Изобретение поясняется Фиг.1, на которой представлена конструктивная схема устройства нагрева несжимаемой среды.

Гидравлический теплогенератор содержит вихревую камеру 1, с закручивающим поток сопловым устройством 2, диафрагмой с центральным отверстием 3, дросселем 4, выполненным в виде щелевого диффузора, в центральную часть которого, соосно отверстию диафрагмы 3, установлена трубка подвода дополнительного потока 5. Вихревая камера 1 подключена к напорному патрубку 6 насоса 7, который приводится во вращение электродвигателем 8. На входе в насос 7 установлены вентили 9 и 10 для согласования и регулирования работы всего устройства. Торцы вихревой камеры оборудованы ходовыми винтами с сальниковым уплотнением 11 и 12, которые обеспечивают регулировку режима ее работы.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Сначала весь гидравлический контур заливают жидкостью через расширительный резервуар 13 так, чтобы в объеме расширительной емкости оставалась воздушная полость для возможности дальнейшего заполнения его жидкостью при ее нагреве. После заполнения гидравлического контура жидкостью на электродвигатель 8 подают напряжение, насос 7 начинает прокачивать рабочую жидкость, например воду, через пространственную распределительную систему теплогенератора.

Жидкость под напором, протекая через закручивающее устройство соплового ввода, подается в вихревую камеру трубы, а со стороны дросселя в ее приосевую зону через эжектор 14 подводится дополнительный поток. Рабочий агент - жидкость - вращается внутри вихревой камеры трубы и нагревается несколько больше за счет трения в периферийных слоях, образуя, в основном из дополнительных масс в приосевой зоне, обратный поток, и по сходящейся спирали истекает через центральное отверстие на вход насоса. Рабочий орган насоса всасывает жидкость и снова нагнетает ее через закручивающий поток сопловой ввод и эжектор в вихревую камеру трубы. Струя жидкости с выхода вихревой камеры подсасывает с помощью эжектора 14, подогретая жидкость вовлекается в циркуляцию. После нагрева жидкости до заданной температуры открывается внешний клапан за патрубком 15 и выпускается в линию внешнего теплообмена 16. Теплоприток в систему складывается из тепловой энергии, вносимой источником электропитания электродвигателя, и энергии, инжектируемой вихрем рабочего агента через проникающие поля. Общий коэффициент отопления системы близок к 1, т.е. вихревая система отопления создает прирост энергетического тепла за счет инжекции энергии внешних по отношению к системе полей вихревым потоком рабочего агента. Эта инжекция носит нелинейный характер, т.е. определяется второй степенью линейной и угловой скорости потока.

Таким образом, предложенное устройство выполняет поставленную цель. Благодаря использованию вихревой камеры с дополнительным потоком, имеющую высокие значения коэффициентов энергетической эффективности и организацию работы системы по замкнутому циклу, удается выполнить все устройство значительно более компактным, исключив испарение рабочей жидкости и обеспечив возможность применения высокоэффективных жидких сред, повышающих скорость нагрева и отопительный коэффициент.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Гидравлический теплогенератор, включающий входное закручивающее устройство, соединенное с корпусом вихревой камеры, патрубок отвода нагретой жидкости, отличающийся тем, что снабжен со стороны размещения дросселя приосевым центральным отверстием с установленным в нем патрубком подвода в приосевую область вихревой камеры дополнительных масс жидкости, торцы которого оборудованы ходовыми винтами с сальниковым уплотнением, обеспечивающим регулировку режимов работы. Устройство нагрева жидкости, содержащее гидравлический теплогенератор, сетевой насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками, отличающееся тем, что линия подачи разделена на две, одна из которых направлена к закручивающему поток устройству вихревой камеры, а вторая через эжектор - в ее приосевую область, кроме того, имеются две линии отвода - одна, выйдя из центрального отверстия диафрагмы, подается на вход насоса, вторая, пройдя систему внешних отопительных приборов, подсасывается эжектором в приосевую область вихревой камеры, образуя тем самым замкнутый гидравлический контур. Использование изобретения позволит за счет интенсификации тепломассообмена получить ускорение темпа нагрева несжимаемой среды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический теплогенератор, включающий входное закручивающее устройство, соединенное с корпусом вихревой камеры, патрубок отвода нагретой жидкости, отличающийся тем, что снабжен со стороны размещения дросселя приосевым центральным отверстием с установленным в нем патрубком подвода в приосевую область вихревой камеры дополнительных масс жидкости, торцы которого оборудованы ходовыми винтами с сальниковым уплотнением, обеспечивающим регулировку режимов работы.

2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что торец вихревой камеры, удаленный от соплового ввода, снабжен щелевым диффузором.

3. Теплогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что торец, примыкающий к отверстию диафрагмы, выполнен в виде щелевого диффузора.

4. Теплогенератор по п.3, отличающийся тем, что щелевые диффузоры выполнены комбинированными с улиточными оголовками.

5. Устройство нагрева жидкости, содержащее гидравлический теплогенератор, сетевой насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий и обратный трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками, отличающееся тем, что линия подачи разделена на две, одна из которых направлена к закручивающему поток устройству вихревой камеры, а вторая - через эжектор в ее приосевую область, кроме того, имеются две линии отвода - одна, выйдя из центрального отверстия диафрагмы, подается на вход насоса, вторая, пройдя систему внешних отопительных приборов, подсасывается эжектором в приосевую область вихревой камеры, образуя тем самым замкнутый гидравлический контур.