СПОСОБ НАГРЕВА ТЕПЛООБМЕННИКА ОТОПИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБОГРЕВА ДОМОВ И ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2017 года по МПК F24D15/00 

Предлагаемое изобретение относится к системе отопления домов, а также может использоваться для нагрева котлов с подачей пара на турбины и пр.

ПРОТОТИП

1. Способ разгона газодинамического потока (воздуха, газа, аэрозоля, газожидкостной смеси или пены), когда разогнанный в сопле газодинамический поток за счет эффекта эжекции вакуумирует полость, волны разрежения которой увеличивают перепад давления в сопле, что приводит к дополнительному разгону газодинамического потока в сопле.

2. Насадок Шестеренко, содержащий сопла, соединенные между собой герметично, и теплообменник.

(Н.А. Шестеренко. Сопла и насадки Николая Шестеренко. Получение энергии из среды. Новое поколение летательных аппаратов и технологического оборудования. М.: Издательство Белый Берег, 2009 г.).

Недостаток прототипа заключается в том, что он не применяется для нагрева отопительной системы домов и котлов с жидкостью.

АНАЛОГ

Способ нагрева теплообменника топливом (мазутом, углем, электронагревателем или теплом ядерной реакции).

(Большая Советская Энциклопедия)

Целью изобретения является расширение применения способа разгона газа и насадка Шестеренко.

Цель достигается тем, что:

1. Способ разгона газодинамического потока (воздуха/газа, аэрозоля, газожидкостной смеси или пены), когда разогнанный в сопле газодинамический поток за счет эффекта эжекции вакуумирует полость, волны разрежения которой увеличивают перепад давления в сопле, что приводит к дополнительному разгону газодинамического потока в сопле, отличающийся тем, что газодинамический поток тормозят и температурой, получаемой торможением газодинамического потока, нагревают теплообменник отопительной системы.

2. Насадок Шестеренко, содержащий сопла, соединенные между собой герметично, и теплообменник, отличающийся тем, что не менее чем однократно или сужающаяся часть сопла снабжена теплообменником отопительной системы, или не менее чем однократно не менее чем за одним соплом установлен теплообменник отопительной системы, или имеется и то и другое одновременно.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображен Насадок Шестеренко, содержащий сопла 1, 2, 3, 4, 5 и 6, соединенные между собой герметично. Сопла 1, 2, 4, 5 и 6 выполнены в виде сопел Лаваля. Сопло 3 является сужающимся соплом.

Сужающаяся часть сопла Лаваля 2 снабжена теплообменником 7 с входным патрубком 8 и выходным патрубком 9, который соединен трубой 9а с "котлом", выполненным в виде змеевика 10, который установлен внутри емкости 11. Из емкости 11 имеется два отвода газов. Один отвод выполнен в виде сопел 3, 4, 5 и 6. Второй отвод выполнен в виде обходной трубы 12, сообщенной с зазором 13 между соплами 5 и 6, которые установлены на емкости 13а.

Змеевик (теплообменник) 10 закольцован через тепломагистраль (отопительную систему дома) 14 с патрубком подвода 2.

На фиг.2 изображен вариант, когда сопла 15, 16 и 17 выполнены кольцевыми. К соплу 15 подсоединен трубопровод 18. Сопло 17 установлено в емкости 19, которая снаружи имеет рубашки (теплообменники) 20 и 21. Теплообменник 20 имеет входной патрубок 22 и выходной патрубок 23. Теплообменник 21 имеет входной патрубок 24 и выходной патрубок 25.

Из емкости 19 имеется два отвода газов. Один отвод выполнен в виде сопел 26, 27, 28, 29 и 30. Второй отвод выполнен в виде обходной трубы 31, сообщенной с зазором 32 между соплами 29 и 30.

Выходной патрубок 23 через обходную трубу 33 сообщен с входным патрубком 24.

На сужающейся части сопла Лаваля 29 установлен теплообменник 34, имеющий входной патрубок 35 и выходной патрубок 36.

Выходной патрубок 25 сообщен через обходную трубу 37 с входным патрубком 35. Выходной патрубок 36 закольцован через тепломагистраль (отопительную систему дома) 37а с входным патрубком 22.

В тепломагистралях 14 и 37 может быть встроена паровая турбина генератора тока или другое устройство (на фигурах не показаны).

Сопла могут быть снабжены с внешней стороны ребрами для лучшего теплообмена(на фигурах не показаны). Расширяющиеся части сопел могут быть теплоизолированы (на фигурах не показаны).

На фиг.1 между соплами Лаваля 1 и 2 имеется зазор 38, который сообщен с емкостью 39.

Между сужающимся соплом 3 и соплом Лаваля 4 имеется зазор 40, который сообщен с емкостью 41.

Между соплами Лаваля 4 и 5 имеется зазор 42, который сообщен с емкостью 43.

На фиг.2 между сужающимся соплом 15 и соплом Лаваля 16 имеется зазор 44, который сообщен с емкостью 45.

Между соплами Лаваля 16 и 17 имеется зазор 46, который сообщен с емкостью 47.

Между сужающимся соплом 26 и соплом Лаваля 27 имеется зазор 48, который сообщен с емкостью 49.

Между соплами Лаваля 27 и 28 имеется зазор 50, который сообщен с емкостью 51. Пунктиром 52 (фиг.1) показана граница выхода потока воздуха (газа) на расчетный режим, т.е. атмосферное давление. Пунктиром 53 показана граница движения потока воздуха (газа) на расчетном режиме. Пунктиром 54 показана граница начала торможения на косых скачках потока воздуха (газа) на расчетном режиме в сопле Лаваля 2.

На трубах 12 и 31 имеются устройства перекрытия 55 и 56 соответственно. Все сопла могут быть как телами вращения, так и щелевыми.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

Под действием достаточного перепада давления, полученного любым способом, газодинамический поток (воздух, газ, аэрозоль, газожидкостная смесь или пена) проходит через сопла 1, 2, 3, 4, 5 и 6, соединенные между собой герметично (фиг.1).

В первом сопле по ходу движения газодинамический поток достигает сверхзвуковой скорости. Сопло Лаваля 2 имеет чуть большее проходное (критическое) сечение, чем у сопла Лаваля 1. Поэтому за счет эффекта эжекции вакуумируется емкость 39. Волны разрежения, идущие через зазор 38, действуют на поток, в результате чего в сопле Лаваля 1 перепад давления увеличивается и поток разгоняется до значительно больших скоростей. При истечении на расчетном режиме потока в атмосферу со скоростью в 1,2 Маха после вакуумирования емкости 39 можно получить в сопле Лаваля 1 скорость 30 махов (согласно газодинамическим таблицам). При правильном профилировании на внутренней поверхности сопла Лаваля 2 до критического (наименьшего) сечения эта скорость тормозится на косых скачках, не переходя в дозвуковой поток. При этом происходит сильный разогрев сужающейся части и критического сечения сопла Лаваля 2. После критического сечения поток опять разгоняется до больших скоростей благодаря силам инерции.

На змеевике 10 поток тормозится до дозвуковых скоростей, разогревая его.

На момент запуска устройство перекрытия 55 открыто максимально, чтобы сопротивление было минимальным. После выхода на рабочий режим оно постепенно перекрывается, но не до конца. Общая площадь наименьшего (критического) сечения сужающегося сопла 3 и проходного сечения в устройстве перекрытия 55 должны всегда оставаться чуть больше площади наименьшего (критического) сечения сопла Лаваля 1.

После чего перед сужающимся соплом 3 за счет торможения потока в сужающемся сопле 3 происходит некоторый разгон воздуха (газа), который за счет эффекта эжекции создает небольшое разрежение в емкости 41. Через зазор 41 волны разрежения воздействуют на поток, идущий через сужающееся сопло 3. Это воздействие ускоряет поток, что приводит к большему разрежению в емкости 41. Все повторяется до тех пор, пока в критическом сечении не возникнет скорость звука, и тогда волны разрежения не смогут проникать в сужающееся сопло 3. Эти волны разрежения тогда начнут способствовать образованию сверхзвуковой бочки. И поток за соплом 3 разгонится до сверхзвуковых скоростей, который в сопле Лаваля 4 перед критическим сечением притормозится, не переходя на дозвуковую скорость, и опять разгонится до гиперзвуковых скоростей. В соплах Лаваля 4 и 5 произойдет то же самое, что и в соплах Лаваля 1 и 2. После выхода потока воздуха (газа) в этих соплах на рабочий режим устройство перекрытия опять открывают максимально. Эффект эжекции в зазоре 13, трубе 12 и в емкости 11 создает устойчивое небольшое разрежение, но в емкостях 41 и 43 создан вакуум, который поддерживает рабочий режим в этой группе сопел.

На фиг.2 изображен вариант, когда сопла 15, 16 и 17 выполнены кольцевыми. Под действием достаточного перепада давления газодинамический поток проходит через сопла 15, 16, 17, 26, 27, 28, 29 и 30, соединенные между собой герметично. В сужающемся сопле 15 и соплах Лаваля 16 и 17 происходит разгон потока до гиперзвуковых скоростей аналогично тому, что было рассмотрено при разгоне потока в соплах 3, 4 и 5 (фиг.1).

Из сопла Лаваля 17 газодинамический поток с гиперзвуковой скоростью (около 30 Махов) попадает в емкость 19, где он в центре между круговым соплом 17 сталкивается с "самим собой". Возможен вариант, когда несколько сопел 17 направлены в одну точку (на фигурах не показан).

В результате столкновения газодинамического потока или мизерная часть воздуха (газа) полностью переходит в энергию с выбросом огромного количества тепла, или тепло выделяется из молекул и очень мелких частичек аэрозоля при вылете электронов из молекул и следующем за этим распаде молекул и кристаллических решеток частичек аэрозоля, т.е. их микровзрыве. В зависимости от материала, из которого составлен газ и аэрозоль, и его количества в объеме разрушение молекул и кристаллической решетки частиц аэрозоля сопровождается различным количеством выделяемого тепла. Газодинамический поток от такого столкновения превращается в краткоживущую плазму.

Затем разогретый газодинамический поток обтекает стенки емкости 19, отдавая тепло теплообменникам 20 и 21, и попадает в трубу 31 и сопло 26.

Далее происходит аналогичное, что было рассмотрено для устройства перекрытия 55 и сопел 3, 4 и 5 на фиг.1.

На фиг.1 через патрубок 8 охлажденная вода (жидкость) самотеком или при помощи насоса (на фиг. не показано) попадает в теплообменник 7, а затем в змеевик (теплообменник) 10, где нагревается до пара и по тепломагистрали 14, пройдя весь дом (или поселок), возвращается охлажденная в патрубок 8.

На фиг.2 через патрубок 8 охлажденная вода (жидкость) самотеком или при помощи насоса (на фиг. не показано) попадает в теплообменник 20, затем в теплообменник 21, а затем в теплообменник 34, где нагревается до пара и по тепломагистрали 37а, пройдя весь дом (или поселок), возвращается охлажденная в патрубок 22.

В тепломагистралях 14 и 37а может быть встроена паровая турбина генератора тока или другое устройство (на фигурах не показаны).

Сужающиеся части сопел могут быть снабжены с внешней стороны ребрами для лучшего теплообмена (на фигурах не показано). Расширяющиеся части сопел могут быть теплоизолированы (на фигурах не показано).

При создании перепада давления в насадке за счет тяги в печах, естественно, появляется аэрозоль в виде копоти, но можно специально добавлять другие частицы аэрозоля.

Возможен вариант, когда получать 30 Махов нет нужды, так как это потребует жаропрочных материалов. Поэтому можно ограничиться 10-15 Махами.

Кинетическую скорость газодинамического потока, выходящего из насадка, можно использовать для вращения газогенератора (на фигурах не показано).

Можно в качестве первой (разгонной) ступени использовать насадок меньшего размера, а затем эжекторно добавить массу газодинамического потока в следующий насадок большего размера, где будет осуществлен описанный выше способ нагрева теплообменника отопительной системы (на фигурах не показано).

Рекомендуется насадок размещать в звукоизолированном помещении или под землей (в погребе).

Технический эффект заключается в том, что вместо топлива используется температура или заторможенного гиперзвукового газодинамического потока, или температура, полученная при полном переходе части молекул газа в энергию, или температура разрушения (взрыва) молекул газа и материала частиц аэрозоля, или того и другого и третьего, причем выход от звуковой скорости на гиперзвуковую скорость осуществляется без подвода дополнительного перепада давления за счет оптимизации геометрии насадка.

Предлагаемое изобретение относится к системе отопления домов, а также может использоваться для нагрева котлов с подачей пара на турбины и пр. Целью изобретения является расширение применения способа разгона газа и устройства для его осуществления. Способ нагрева теплообменника газодинамическим потоком характеризуется тем, что газодинамический поток разгоняется в сопле и за счет эжекции вакуумирует полость, волны разрежения которого увеличивают перепад давления в сопле, что приводит к дополнительному разгону газодинамического потока, который тормозят, и температурой, получаемой торможением газодинамического потока, нагревают теплообменник. Устройство для реализации способа нагрева теплообменника, состоящего из насадка, содержащего сопла, герметично соединенные между собой с образованием между ними эжекторно вакуумируемой полости, и теплообменник, при этом не менее чем однократно или сужающаяся часть сопла снабжена теплообменником, или не менее чем за одним соплом установлен теплообменник, или имеется и то и другое одновременно. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ нагрева теплообменника газодинамическим потоком, отличающийся тем, что газодинамический поток разгоняется в сопле и за счет эжекции вакуумирует полость, волны разрежения которого увеличивают перепад давления в сопле, что приводит к дополнительному разгону газодинамического потока, который тормозят и температурой, получаемой торможением газодинамического потока, нагревают теплообменник.

2. Устройство для реализации способа нагрева теплообменника, состоящего из насадка, содержащего сопла, герметично соединенные между собой с образованием между ними эжекторно вакуумируемой полости, и теплообменник, отличающееся тем, что не менее чем однократно или сужающаяся часть сопла снабжена теплообменником, или не менее чем за одним соплом установлен теплообменник, или имеется и то и другое одновременно.