ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2251645
НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Имя изобретателя: Мурышев Е.Ю. (RU); Ван Ден Торен Хендрик (DE); Баклунов А.М. (RU); Хагажеев Д.Т. (RU); Соколов В.С. (RU)
Имя патентообладателя: Мурышев Евгений Юрьевич
Адрес для переписки: 117342, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 65, корп. 4, кв. 34, пат.пов. И.Л.Стояченко
Дата начала действия патента: 2003.07.18
Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано
в различных отраслях промышленности, где требуется нагрев жидкости. Нагревательное
устройство содержит генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю,
связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного
трубопроводов. В данном контуре расположен сетевой насос и установленный с прямым и
обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции, в котором размещен
хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и
конфузором хотя бы одну кольцевую канавку. Способ эксплуатации нагревательного
устройства включает перекачку теплоносителя в контуре, включающем расположенный в
трубопроводе рециркуляции хотя бы один элемент, содержащий конфузор и диффузор. При
этом перекачку теплоносителя производят под давлением, исключающим появление
кавитации в потоке теплоносителя. Такое выполнение нагревательного устройства и
способ его эксплуатации позволяет оптимально потреблять энергию для получения тепла,
регулировать передачу тепла потребителю.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть
использовано в различных отраслях промышленности и быту, везде, где требуется нагрев
каких-либо устройств, участков пространства или площадей.
Известно нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии,
систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур
посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре
сетевой насос и установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один
трубопровод рециркуляции (Авторское свидетельство СССР N 1019180, 1983).
Данное устройство не обеспечивает удовлетворительную экономию топлива или иного
теплонесущего агента в генераторе тепловой энергии во всех случаях.
Была поставлена задача создания такого нагревательного устройства, которое
обеспечило бы повышенную экономию топлива или иного теплонесущего агента в генераторе
тепловой энергии в большинстве применяемых на практике случаев.
Данная задача была решена настоящим изобретением.
В нагревательном устройстве, содержащем генератор тепловой энергии, систему
передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством
подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре сетевой насос и
установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод
рециркуляции, согласно изобретению трубопровод рециркуляции содержит хотя бы один
элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором
хотя бы одну кольцевую канавку.
В одном из вариантов выполнения изобретения в качестве сетевого насоса устройство
содержит насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости.
При этом нагревательное устройство может содержать, по крайней мере, два
трубопровода рециркуляции, установленные с возможностью перекачки жидкости в
противоположных по отношению друг к другу направлениях.
Элемент трубопровода рециркуляции может содержать 2-7 кольцевых канавок.
Нагревательное устройство может быть выполнено с возможностью регулирования
диаметра отверстия для прохождения жидкости.
В этом варианте выполнения нагревательное устройство в качестве сетевого насоса
может содержать насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости, а система
передачи тепла потребителю при этом содержит хотя бы один насос с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости.
Система передачи тепла также может содержать хотя бы две параллельно расположенные
линии обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости.
В этих вариантах выполнения нагревательное устройство может содержать управляющий
блок, связанный с хотя бы одним элементом, выбранным из группы, включающей элемент
трубопровода рециркуляции с регулируемым отверстием, насосы с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости и устройство для регулирования генерации тепла в генераторе
тепловой энергии.
В другом варианте выполнения нагревательное устройство в качестве сетевого насоса
может содержать насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
В этом варианте выполнения нагревательное устройство может быть выполнено с
возможностью регулирования диаметра отверстия для прохождения жидкости.
В этом варианте выполнения система передачи тепла потребителю может содержать хотя
бы один насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
При этом система передачи тепла может содержать хотя бы две параллельно
расположенные линии обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости.
В данном варианте выполнения нагревательное устройство может содержать управляющий
блок, связанный с хотя бы одним элементом, выбранным из группы, включающей элемент
трубопровода рециркуляции с регулируемым отверстием, насосы с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости и устройство для регулирования генерации тепла в генераторе
тепловой энергии.
Нагревательное устройство может содержать установленный параллельно трубопроводу
рециркуляции смесевой теплообменник, содержащий два входа и два выхода, при этом входы
расположены с нижнего торца теплообменника, а выходы с верхнего торца, при этом один из
входов и один из выходов связаны с подающим трубопроводом, а другие вход и выход с
обратным трубопроводом, указанные входы и выходы расположены по касательной к
внутренней поверхности теплообменника.
При таком варианте выполнения смесевой теплообменник предпочтительно выполнен
цилиндрическим.
Элемент трубопровода рециркуляции, содержащий конфузор, диффузор и выполненную
между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, при прохождении через
него рециркулируемой жидкости, как было показано при испытаниях, приводит к выделению
тепла, например, за счет создания специфических вихревых потоков жидкости, фазовых
структурных переходов и других возможных факторов. При этом, как было показано, именно
такое выполнение элемента трубопровода рециркуляции является оптимальным с точки
зрения наиболее экономичного перераспределения тепловых потоков в контуре. Это в
конечном счете приводит к повышению экономии топлива или иного теплонесущего вещества.
Кроме того, за счет уменьшения сопротивления потоку жидкости в генераторе тепловой
энергии (например, паровом котле, где применяются узкие трубки, создающие большое
сопротивление потоку жидкости) за счет протекания части жидкости в обход генератора
тепловой энергии уменьшается затрата электроэнергии, потребляемой сетевым насосом
для перекачки жидкости или иного теплоносителя в контуре.
В качестве сетевого насоса целесообразно применять насос с постоянным расходом
перекачиваемой жидкости, например обычный центробежный насос. Это связано с тем, что
применение насоса с управляемым расходом перекачиваемой жидкости требует
относительно дорогих управляющих электронных устройств.
Однако при наличии возможности можно использовать и насос с управляемым расходом
перекачиваемой жидкости.
Если система передачи тепла содержит по крайней мере два трубопровода рециркуляции с
возможным переносом жидкости в противоположном направлении, это приводит к снижению
сопроотивления потоку на участке расположения системы передачи тепла потребителю и к
дальнейшей оптимизации расхода энергии.
Вышеупомянутый элемент трубопровода рециркуляции работает наиболее эффективно,
если данный элемент содержит 2-7 кольцевых конавок.
Для дальнейшей оптимизации перераспределения тепловых потоков нагревательное
устройство выполняют с возможностью регулирования диаметра отверстия для похождения
жидкости, например отверстия, находящегося в вышеупомянутом элементе трубопровода
рециркуляции. Регулирование можно проводить известными средствами, например, с
помощью раздвигаемой диафрагмы.
Если в этом варианте выполнения нагревательное устройство содержит в качестве
сетевого насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости, то система передачи
тепла потребителю при этом может содержать хотя бы один насос с управляемым расходом
жидкости. Это позволяет регулировать передачу тепла потребителю и, следовательно,
приводит к экономии топлива (тепловыделяющего агента).
В этих вариантах выполнения нагревательное устройство может содержать управляющий
блок, связанный с хотя бы одним из элементов, выбранных из группы, включающей элемент
трубопровода рециркуляции с регулируемым отверстием, насосы с управляемым расходом и
устройство для регулирования генерации тепла в генераторе тепловой энергии. Это
позволяет обеспечить автоматическую регулировку параметров нагревательного
устройства и параметров теплообмена для достижения наибольшей экономии топлива или
иного тепловыделяющего агента, в том числе регулировки для компенсации изменений,
связанных с суточным изменением температуры.
Дополнительная оптимизация расхода топлива и перенаправления потоков тепла
происходит при работе варианта выполнения устройства, в котором параллельно
трубопроводу рециркуляции установлен смесевой теплообменник, содержащий два входа и
два выхода, при этом входы расположены с нижнего торца теплообменника, а выходы с
верхнего торца, при этом один из входов и один из выходов связаны с подающим
трубопроводом, а другие вход и выход с обратным трубопроводом, указанные входы и выходы
расположены по касательной к внутренней поверхности теплообменника. В таком варианте
выполнения “очень горячая” жидкость из подающего трубопровода смешивается с
холодной жидкостью из обратного трубопровода, после теплообмена в контур подается
оптимально нагретая вода, а в генератор тепловой энергии - более теплая, что позволяет
экономить на расходе топлива.
Важным для достижения поставленной задачи является способ эксплуатации
вышеописанного нагревательного устройства. Известны устройства аналогичного
назначения (например, патент России №2096695, 1997), предназначенные для работы в
кавитационном режиме прокачивания жидкости. Однако, как было показано, этот режим не
является оптимальным для решения задачи экономии потребляемого топлива. Кроме того,
как известно (“Кавитационные трубы”, А.С.Горшков и А.А.Русецкий, изд-во “Судостроение”,
Л., 1972, стр.5-23) (1), работающие в режиме кавитации устройства являются шумными, имеют
относительно высокий уровень вибрации, быстро разрушаются. Поэтому в предлагаемом
способе эксплуатации нагревательного устройства, включающем перекачку теплоносителя
в контуре, данную перекачку производят под давлением, исключающем появление кавитации
в потоке теплоносителя. Параметры потока подбираются по рекомендациям, описанным в (1).
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На Фиг.1 изображена общая схема нагревательного устройства.
На Фиг.2 показан элемент трубопровода рециркуляции в разрезе. На Фиг.3 изображено
нагревательное устройство в варианте выполнения с двумя трубопроводами рециркуляции.
На Фиг.4 изображен вариант выполнения нагревательного устройства, содержащего пять
параллельно расположенных линий обогрева, каждая из которых содержит насос с
управляемым расходом перекачиваемой жидкости, а также управляющий блок.
На Фиг.5 показан вариант выполнения нагревательного устройства, содержащего в
качестве сетевого насоса насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
На Фиг.6 показан вариант выполнения нагревательного устройства со смесевым
теплообменником.
На Фиг.7 показаны сечения А-А и В-В фиг.6.
Нагревательное устройство содержит генератор тепловой энергии - паровой котел 1,
подающий 2 и обратный 3 трубопроводы, сетевой насос 4, радиатор 5 для передачи тепла в
нагреваемое помещение. Позицией 6 обозначен трубопровод рециркуляции с элементом 7,
содержащим конфузор 8, диффузор 9 и выполненные между конфузором 8 и диффузором 9
кольцевые канавки 10 и 11. Параллельно расположенные линии обогрева 12 (Фиг.4) содержат
насосы 13 с управляемым расходом перекачиваемой жидкости. Устройство содержит
управляющий блок 14, связанный электрически с паровым котлом 1, регулируемым отверстием
в элементе трубопровода 7 и каждым из насосов 13.
Устройство работает следующим образом. При включении насоса 4 он начинает
перекачивать жидкость по замкнутому контуру. Жидкость поступает в паровой котел 1 и
нагревается до заданной температуры, после чего через подающий трубопровод 2 поступает
в радиатор 5, через который отдает тепло потребителю, и затем возвращается по обратному
трубопроводу 3 к насосу 4. При этом часть жидкости поступает не в паровой котел 1, а через
трубопровод рециркуляции 6 и его элемент 7 поступает в подающий трубопровод 2, где
смешивается с горячей водой, поступающей из котла 1. При этом при прохождении элемента 7
жидкость частично разогревается, с том числе в результате скорости вихревых потоков и
фазовых структурных переходов. При наличии в нагревательном устройстве управляющего
блока 14, который получает сигналы от датчиков температуры, расположенных в
отапливаемом помещении, при отклонении температуры от заданной вырабатывает
соответствующие сигналы, подаваемые на управляемый регулятор подачи топлива в котле 1,
регулируемую диафрагму в элементе 7 и на насосы 13 и 4.
В варианте со смесевым теплообменником 15 нагретая жидкость поступает на вход 16
теплообменника, где за счет расположения оси входа по касательной к внутренней
поверхности теплообменника жидкость вступает во вращательное движение и смешивается
с охлажденной жидкостью, поступающей на вход 17. Оба потока жидкости, находясь во
вращательном движении, смешиваются и перемещаются (вверх) к выходам 18 и 19, связанным
соответственно с подающим и обратным трубопроводами.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии, систему
передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством
подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре сетевой насос, и
установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод
рециркуляции и хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между
диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, отличающееся тем, что
упомянутый элемент, содержащий конфузор и диффузор, расположен в трубопроводе
рециркуляции с возможностью работы в режиме, исключающем появление кавитации, а
выполненная между диффузором и конфузором канавка имеет кольцевую форму.
2. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве сетевого насоса
оно содержит насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости.
3. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, по крайней мере,
два трубопровода рециркуляции, установленные с возможностью перекачки жидкости в
противоположных по отношению друг к другу направлениях.
4. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент трубопровода
рециркуляции содержит 2-7 кольцевых канавок.
5. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью
регулирования диаметра отверстия для прохождения жидкости.
6. Нагревательное устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве сетевого насоса
оно содержит насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости, а система передачи
тепла потребителю содержит хотя бы один насос с управляемым расходом перекачиваемой
жидкости.
7. Нагревательное устройство по п.6, отличающееся тем, что система передачи тепла
содержит хотя бы две параллельно расположенные линии обогрева, каждая из которых
содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
8. Нагревательное устройство по любому из пп.5, 6 или 7, отличающееся тем, что оно
содержит управляющий блок, связанный с хотя бы одним элементом, выбранным из группы,
включающей элемент трубопровода рециркуляции с регулируемым отверстием, насосы с
управляемым расходом перекачиваемой жидкости и устройство для регулирования
генерации тепла в генераторе тепловой энергии.
9. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве сетевого насоса
оно содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
10. Нагревательное устройство по п.9, отличающееся тем, что оно выполнено с
возможностью регулирования диаметра отверстия для прохождения жидкости.
11. Нагревательное устройство по п.9, отличающееся тем, что система передачи тепла
потребителю содержит хотя бы один насос с управляемым расходом перекачиваемой
жидкости.
12. Нагревательное устройство по п.11, отличающееся тем, что система передачи тепла
содержит хотя бы две параллельно расположенные линии обогрева, каждая из которых
содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.
13. Нагревательное устройство по любому из пп.9, 10, 11 или 12, отличающееся тем, что оно
содержит управляющий блок, связанный с хотя бы одним элементом, выбранным из группы,
включающей элемент трубопровода рециркуляции с регулируемым отверстием, насосы с
управляемым расходом перекачиваемой жидкости, и устройство для регулирования
генерации тепла в генераторе тепловой энергии.
14. Нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно трубопроводу
рециркуляции установлен смесевой теплообменник, содержащий два входа и два выхода, при
этом входы расположены с нижнего торца теплообменника, а выходы с верхнего торца, при
этом один из входов и один из выходов связаны с подающим трубопроводом, а другие вход и
выход с обратным трубопроводом, указанные входы и выходы расположены по касательной к
внутренней поверхности теплообменника.
15. Нагревательное устройство по п.14, отличающееся тем, что смесевой теплообменник
выполнен цилиндрическим.
16. Способ эксплуатации нагревательного устройства по п.1, включающий перекачку
теплоносителя в контуре, включающем расположенный в трубопроводе рециркуляции хотя бы
один элемент, содержащий конфузор и диффузор, отличающийся тем, что перекачку
теплоносителя производят под давлением, исключающем появление кавитации в потоке
теплоносителя.
Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг
вверх
|
