ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2188366
ТЕПЛОГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКИЙ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ И ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ
Имя изобретателя: Назырова Наталья Ивановна; Леонов Михаил Павлович
Имя патентообладателя: Назырова Наталья Ивановна; Леонов Михаил Павлович
Адрес для переписки: 680000, г.Хабаровск, ул. Запарина, 49, кв.7, М.П.Леонову
Дата начала действия патента: 2001.01.03
Изобретение относится к
теплотехнике и может быть использовано для
обогрева жилых и производственных
помещений и горячего водоснабжения.
Сущность изобретения заключается в том, что
в теплогенераторе, содержащем емкость,
подводящий и выходной патрубки,
теплообменник и водонагреватель,
теплообменник, являющийся одновременно
гасителем кругового движения воды,
представляет собой перфорированный кожух,
а водонагреватель состоит из дисков,
устанавливаемых между ними диафрагм,
верхней крышки, установленного на верхней
крышке нагнетающего патрубка, снабженного
внутренним винтом Архимеда, нижней крышки,
фланца, переходящего в вал, и стягивающих
стержней, причем диски состоят из отдельных
каплевидных сегментов, отделенных друг от
друга каналами, поверхности которых
построены по эвольвенте, а между наружными
и внутренними частями сегментов,
соединенных между собой элементами
жесткости, образована полость, имеющая
выходы на наружную сторону диска и в канал
между сегментами. Такое выполнение
теплогенератора повышает эффективность
нагрева воды без применения
циркуляционного насоса, увеличивает
надежность и долговечность конструкции.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
теплотехнике и, в частности, к устройствам
для нагрева воды и может быть использовано
в системах отопления зданий и сооружений и
для нагрева воды для производственных и
бытовых нужд.
Известны устройства тепловых
насосов, использующих изменения физико-механических
параметров воды, в частности давления,
объема и скорости, для получения тепловой
энергии.
Например, тепловой насос по а.с. 458691. Но
недостатком его является очень высокое
рабочее давление до 1000 атм, развиваемое в
корпусе, которое требует повышенной
прочности корпусных деталей установки,
запорной арматуры и т.п., что приводит к
значительным материальным затратам и
опасно для отопления жилых помещений.
В качестве прототипа выбран "Теплогенератор
и устройство для нагрева жидкости",
патент 2045715, состоящий из теплогенератора,
включающего ускорители движения жидкости -
перепускной патрубок и циклон, тормозные
устройства, и сетевого насоса с
инжекционным патрубком. Недостатками
прототипа являются кавитационный принцип
нагрева воды, уменьшающий сроки
эксплуатации устройства, так как кавитация
разрушает элементы конструкции; сложность
конструкции - наличие двух отдельных
агрегатов - теплогенератора и насоса;
падение КПД при увеличении мощности
устройства.
Задача изобретения - обеспечение
эффективного нагрева воды без применения
традиционных теплоносителей, упрощение
конструкции, обеспечение высокого
коэффициента полезного действия, снижение
затрат электроэнергии, улучшение
эксплуатационных качеств - надежности и
долговечности.
На фиг. 1 показан общий вид теплогенератора;
на фиг. 2 показан водонагреватель; на фиг. 3
показан диск; на фиг. 4 показан сегмент.
Теплогенератор механический состоит из
емкости 1 (фиг. 1), содержащей подводящий
патрубок 2 для подачи холодной воды и
отделяющий ее от горячей, выходной патрубок
3 для отвода горячей воды, теплообменник 4, в
котором размещен водонагреватель 5,
опирающийся на подшипниковый узел 6 и
приводящийся во вращение через муфту 7
высокооборотным электродвигателем 8.
Водонагреватель 5 (фиг. 2), размещенный в
теплообменнике 4, одновременно являющимся
гасителем кругового движения воды и
представляющим собой перфорированный
кожух, состоит из дисков 9, устанавливаемых
между ними диафрагм 10, верхней крышки 11 и
установленного на ней нагнетающего
патрубка 12, снабженного внутренним винтом
Архимеда, нижней крышки 13, фланца 14,
переходящего в вал 15, стягивающих стержней
16.
Диск 9 (фиг. 3) диаметром "Д" и высотой
"в", в центральной части которого
имеется цилиндрическая полость диаметром
"д", состоит из равных между собой
сегментов 17 каплевидной формы, между
которыми на всю высоту "в" диска 9
предусмотрены каналы 18 для прохода воды,
поверхности которых построены по
эвольвенте.
В каждом сегменте 17 (фиг. 4), состоящем из
соединенных между собой элементами
жесткости 19 внутренней части 20 и наружных
частей 21, предусмотрены отверстия 22 (фиг. 3, 4)
для стягивающих стержней 16, а также полость
23, где образуется вакуум при сбросе воды
через выход 24 на внешнюю сторону диска 9 и
через выходы 25 в канал 18.
Выход 24 и выходы 25, а также канал 18 в его
выходной части для устранения явления
кавитации выполнены под углом 45o (фиг.
3, 4).
Теплогенератор работает следующим образом.
При вращении водонагревателя 5 через муфту 7
высокооборотным электродвигателем 8
холодная вода, принудительно поступая из
подводящего патрубка 2 через нагнетающий
патрубок 12 в центральную полость
составляющих водонагреватель 5 дисков 9, под
действием центробежной силы, с большой
скоростью и под большим давлением выходит
как из центральной полости диска 9 по
каналам 18 в теплообменник 4, так и из полости
23 через выходы 24 и 25, при этом в полости 23
образуется вакуум.
В каналах 18, на границах зон высокого
давления и вакуума, согласно известному
явлению, имеющему место при адиабатических
процессах, локальная температура в
приграничных областях зон достигает 10000oС,
что приводит к разогреву воды к моменту
выхода ее из каналов 18 в теплообменник 4 до
100oС и выше.
Проходя через перфорацию и открытую
верхнюю часть теплообменника 4, горячая
вода через выходной патрубок 3 поступает в
систему горячего водоснабжения или
отопления.
Наиболее эффективный нагрев воды
осуществляется при соотношении диаметра
"Д" диска 9 (фиг. 3) к диаметру "д"
внутренней полости диска 9 как 3:1 и высоте
"в" диска 9 (фиг.3), составляющей 10-15% от
диаметра "Д" диска 9, при трех сегментах
17 в диске 9, при одном выходе 24 (фиг. 4) на
внешнюю сторону диска 9 и трех выходах 25 (фиг.
4) в канал 18, и линейной скорости точек,
находящихся на внешней стороне диска 9, в
пределах 95-110 м/сек.
Мощность теплогенератора можно изменять
дополнительной установкой дисков 9 и
диафрагм или изменением оборотов
электродвигателя 8.
Компановка теплогенератора может быть как
горизонтальной, так и вертикальной, с
верхним или нижним расположением
электродвигателя 8.
Создаваемое водонагревателем избыточное
давление воды в емкости 1 позволяет
теплогенератору выполнять функции
циркуляционного насоса.
Преимуществами предлагаемого
теплогенератора является простота
конструкции, состоящей из одного агрегата и
исключающей необходимость в насосе,
создающем сжатие рабочей среды, так как
сжатие обеспечивается самой конструкцией
водонагревателя; уменьшение возможности
разрушения деталей конструкции, т. е.
повышается срок эксплуатации устройства,
потому что явление кавитации устраняется
выполнением выходов воды из сегментов и
дисков под углом 45o; упрощение
конструкции, достигаемое за счет
отсутствия разгонных и тормозных устройств,
т. к. необходимые давление, скорость и
температура создаются непосредственно в
водонагревателе.
В соответствии с сущностью изобретения
изготавливается теплогенератор с числом
оборотов электродвигателя до 10000 об/мин. При
этом водонагреватель состоит из 5 дисков с
диаметром "Д" 210 мм, диаметром "д"
цилиндрической полости 70 мм и высотой "в"
30 мм, в каждом из которых предусмотрено три
сегмента, имеющих по четыре выхода из
полости, где образуется вакуум, с шириной
каналов между дисками в перпендикулярном
сечении 2 мм. Диаметр отверстий перфорации
теплообменника 3 мм. Температура воды на
выходе до 100oС, выходная мощность 3 кВт,
потребляемая мощность 1 кВт.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теплогенератор механический, содержащий
емкость, подводящий и выходной патрубки,
теплообменник и водонагреватель,
отличающийся тем, что теплообменник,
являющийся одновременно гасителем
кругового движения воды, представляет
собой перфорированный кожух, а
водонагреватель состоит из дисков,
устанавливаемых между ними диафрагм,
верхней крышки, установленного на верхней
крышке нагнетающего патрубка, снабженного
внутренним винтом Архимеда, нижней крышки,
фланца, переходящего в вал, и стягивающих
стержней, причем диски состоят из отдельных
каплевидных сегментов, отделенных друг от
друга каналами, поверхности которых
построены по эвольвенте, а между наружными
и внутренними частями сегментов,
соединенных между собой элементами
жесткости, образована полость, имеющая
выходы на наружную сторону диска и в канал
между сегментами. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем,
что водонагреватель опирается на
подшипниковый узел и приводится во
вращение через муфту электродвигателем,
причем компановка может быть
горизонтальной, вертикальной, с верхним или
нижним расположением электродвигателя. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем,
что мощность теплогенератора регулируется
изменением количества установленных
дисков и диафрагм или изменением числа
оборотов электродвигателя.
Версия для печати
Дата публикации 08.12.2006гг
вверх
|
