ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2211413
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТИ И ПАРОГЕНЕРАТОР
Имя изобретателя: Малахов Анатолий Иванович; Малахов Михаил Анатольевич
Имя патентообладателя: Малахов Анатолий Иванович; Малахов Михаил Анатольевич
Адрес для переписки: 198303, Санкт-Петербург, пр. Стачек, 107-1-136, А.И. Малахову
Дата начала действия патента: 2001.12.29
Изобретение предназначено для
нагревания жидкости и(или) производства
пара для бытовых и производственных нужд и
может быть использовано в системах
отопления, вентиляции, горячего
водоснабжения и в технологическом
оборудовании. Для расширения
функциональных возможностей и области
применения устройство для нагревания
жидкости, содержащее образующие замкнутый
циркуляционный контур рабочий насос,
вихревой теплогенератор и теплообменник,
оснащено заполненным жидкостью
побудителем давления, который соединен
гидравлически с замкнутым циркуляционным
контуром. Для выполнения функции
парогенератора устройство оснащено
регенератором, одна сторона которого
включена в замкнутый циркуляционный контур
на участке между теплогенератором и
теплообменником, а другая сторона
соединена гидравлически через
редукционный вентиль с теплогенератором и
побудителем расхода жидкости, который
связан термодинамически с теплообменником
и соединен гидравлически с замкнутым
циркуляционным контуром. Использование
изобретения позволяет получать более
высокий температурный потенциал жидкого
теплоносителя.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение предназначено для
нагревания жидкости и (или) производства
пара для бытовых и производственных нужд и
может быть использовано в системах
отопления, вентиляции, горячего
водоснабжения и в технологическом
оборудовании по производству
сельскохозяйственной и промышленной
продукции.
Для нагревания воды и производства
пара для бытовых и производственных нужд
известны системы теплоснабжения,
содержащие котельную установку и тепловую
трассу, связывающую котельную установку с
потребителями тепла и пара. К недостаткам
таких систем относятся:
- сравнительно невысокий кпд, требующий
повышенного расхода топлива:
- нерациональное использование тепловой
энергии высокого температурного
потенциала при сжигании топлива для
нагревания низкотемпературного
теплоносителя, что снижает надежность
работы котельной установки и требует
применения специальных жаропрочных
материалов:
- существенные потери тепловой энергии в
тепловой трассе из-за большой разности
температур подающей и обратной магистралей
и грунта на глубине прокладки этих
магистралей или воздуха при наружной
прокладке тепловой трассы;
- большие капитальные и эксплуатационные
затраты на содержание тепловой трассы.
Более высокий кпд котельной установки и
рациональное использование тепловой
энергии высокого температурного
потенциала имеют системы теплоснабжения,
содержащие теплоэлектроцентраль и
тепловую трассу [1, стр. 323-325].
Такие системы снабжают потребителей паром
и водой в более широком диапазоне
температур и давлений. Для технологических
нужд используется насыщенный пар с
давлением от 250 до 2000-3000 кПа (от 2,5 до 20-30 кг/см2),
а для отопления насыщенный пар с давлением
150-260 кПа (1,5-2,6 кг/см2) или горячая вода с
температурой до 180oС.
Однако такие системы имеют более высокие
потери тепловой энергии. капитальные и
эксплуатационные затраты из-за большей
протяженности тепловых трасс и более
низкий кпд теплосиловой установки
теплоэлектроцентрали (15-20% [2, стр. 93]) по
сравнению с конденсаторной теплосиловой
установкой электростанции (33% [1. стр. 307-308,
рис.11, 17]).
Известны устройства для нагревания
жидкости для бытовых нужд, имеющие более
высокую эффективность преобразования
электрической энергии в тепловую по
сравнению с электронагревателями и
содержащие образующие замкнутый
циркуляционный контур рабочий насос,
вихревой теплогенератор и теплообменник [патент
2045715, патент 2132517].
В качестве потребителя тепла в таких
устройствах могут быть использованы
радиаторы системы отопления, калориферы
системы вентиляции или теплообменник
системы горячего водоснабжения [3, стр. 18 (прототип)].
Благодаря малым габаритным размерам эти
устройства размещены непосредственно в
здании, что исключает необходимость в
размещении снаружи тепловой трассы. Это
позволяет исключить потери тепла в
наружную среду, а также капитальные и
эксплуатационные затраты на содержание
тепловой трассы. Кроме того, эти устройства
имеют высокую надежность работы в связи с
отсутствием в вихревом теплогенераторе
движущихся и трущихся деталей и
существенно более низким, по сравнению с
продуктами сгорания топлива, температурами
жидкого теплоносителя.
Однако эти устройства имеют ограниченные
функциональные возможности и область
применения. Это обусловлено относительно
низкой температурой жидкого теплоносителя
и отсутствием возможности производства
пара.
Относительно низкая температура жидкого
теплоносителя объясняется тем, что в
устройстве жидкость может быть нагрета
только до температуры насыщения, которая
ограничивается давлением жидкости в
замкнутом циркуляционном контуре.
Отсутствие возможности производства пара
объясняется тем, что при парообразовании в
работе насоса и вихревого теплогенератора
наступает критический режим, при котором
расходные характеристики насоса резко
ухудшаются и в теплогенераторе практически
приостанавливается преобразование энергии
движения потока воды в тепловую энергию.
Цель изобретения - расширение
функциональных возможностей и областей
применения устройства.
Для этого известное устройство для
нагревания жидкости, содержащее образующие
замкнутый циркуляционный контур рабочий
насос, вихревой теплогенератор и
теплообменник, оснащено заполненным
жидкостью побудителем давления, который
соединен гидравлически с замкнутым
циркуляционным контуром.
Побудитель давления выполнен в виде
герметичной емкости, пространство над
жидкостью которой заполнено нерастворимым
в жидкости сжатым газом, в виде емкости,
которая соединена гидравлически с входным
патрубком подпиточного насоса или в виде
ветви водопровода.
Для выполнения функции парогенератора
известное устройство для нагревания
жидкости, содержащее образующие замкнутый
циркуляционный контур рабочий насос,
вихревой теплогенератор и теплообменник,
оснащено регенератором, одна сторона
которою включена в замкнутый
циркуляционный контур на участке между
вихревым теплогенератором и
теплообменником, а другая сторона
соединена гидравлически через
редукционный вентиль с выходным патрубком
вихревого теплогенератора и побудителем
расхода жидкости, который термодинамически
связан с теплообменником и соединен
гидравлически с замкнутым циркуляционным
контуром.
Побудитель расхода жидкости выполнен в
виде ветви водопровода, которая соединена
гидравлически с другой стороной
теплообменника, или в виде заполненной
жидкостью емкости, которая соединена
гидравлически с входным патрубком
подпиточного насоса, причем теплообменник
размещен в емкости.
Кроме того, парогенератор с потребителем
пара образует замкнутый циркуляционный
контур.
На чертежах схематично изображено
устройство для нагревания жидкости и
парогенератор:
 Фиг.1 показано устройство с побудителем
давления в виде емкости с жидкостью и
сжатым газом
|
 Фиг.2 - в виде емкости с подпиточным
насосом
|
 Фиг.3 - в виде ветви водопровода
|
| |
 Фиг.4 - парогенератор с побудителем
расхода жидкости
в виде ветви водопровода
|
|
| |
| |
 Фиг.5 - в виде емкости с подпиточным
насосом
|
| |
 |
|
Фиг. 6 и 7 - парогенератор, который с
потребителем пара образует замкнутый
циркуляционный контур
|
| |
 |
Устройство содержит (фиг. 1-3) заполненный,
например, водой замкнутый циркуляционный
контур 1, включающий рабочий насос 2,
вихревой теплогенератор 3 и, например,
радиатор 4 системы отопления и побудитель 5
давления воды.
Побудитель 5 выполнен в виде емкости 6 (фиг.1),
пространство над водой которой заполнено,
например, сжатым воздухом из баллона 7.
Побудитель 5 давления воды можно быть
выполнен в виде емкости 6 (фиг.2), которая
соединена гидравлически с входным
патрубком подпиточного насоса 8, или в виде
ветви водопровода (фиг.3) с регулирующим
вентилем 9.
Парогенератор содержит (фиг.4-7) заполненные,
например, водой замкнутый циркуляционный
контур 10 и циркуляционный контур 11
побудителя расхода воды. Контур 10 включает
в себя рабочий насос 2, вихревой
теплогенератор 3, регенератор 12 и
теплообменник 13. Другая сторона
регенератора 12 включена в контур 10 через
редукционный вентиль 14 на участке между
вихревым теплогенератором 3 и
регенератором 12. Контур 11 образован (фиг.4)
ветвью водопровода с регулирующим вентилем
9 и другой стороной теплообменника 13.
Побудитель расхода воды может быть
выполнен также в виде емкости 6 (фиг. 5),
внутри которой размещен теплообменник 13.
Эта емкость соединена гидравлически с
входным патрубком подпиточного насоса 8.
Циркуляционный контур 11 может быть
выполнен как открытым (фиг. 4, 5) с подачей
пара потребителю через паропровод 15, так и
замкнутым (фиг.6, 7) с включением в замкнутый
циркуляционный контур теплообменника 16,
например, системы горячего водоснабжения.
При этом в замкнутый циркуляционный контур
11 емкость 6 может быть как не включена (фиг.6),
так и включена (фиг.7).
В качестве воды в циркуляционных контурах
устройства и парогенератора может быть
также использована и любая другая жидкость.
В качестве радиатора 4 и теплообменника 16
может быть использован также и любой другой
потребитель тепла и пара.
В качестве сжатого воздуха в емкости 6 (фиг.1)
может быть использован также и любой другой
нерастворимый в жидкости сжатый газ.
В качестве редукционного вентиля 14 может
быть использовано также и любое другое
устройство, обеспечивающее разность
давлений в контурах 10 и 11.
При включении насоса 2 энергия движения
потока воды в вихревом теплогенераторе 3
преобразуется в тепловую энергию, которая
нагревает воду до температуры насыщения в
зависимости от давления в замкнутом
циркуляционном конуре 1 (фиг. 1-3). Избыточное
давление в этом контуре регулируется путем
изменения давления газа в емкости 6 (фиг.1),
оборотов подпиточного насоса 8 (фиг.2) или
открывания и закрывания регулирующего
вентиля 9 (фиг.3).
Нагретая в вихревом теплогенераторе 3 вода
поступает в радиатор 4, в котором тепловая
энергия передается воздуху отапливаемого
помещения, а вода остывает и насосом 2
возвращается в теплогенератор 3. Затем цикл
повторяется. При этом, чем выше избыточное
давление в контуре, тем более высокая
температура жидкости.
В парогенераторе (фиг.4-7) после вихревого
теплогенератора 3 поток нагретой в нем воды
раздваивается. Один поток поступает в
регенератор 12, потом в теплообменник 13 и
насосом 2 возвращается в вихревой
теплогенератор 3. Затем цикл повторяется.
При этом избыточное давление в замкнутом
циркуляционном контуре 10 обеспечивается
давлением воды в ветви водопровода (фиг.4)
или создаваемым подпиточным насосом 8
давлением (фиг.5-7).
В контуре 11 побудителя расхода вода через
регулирующий вентиль 9 (фиг. 4) поступает в
теплообменник 13, предварительно
подогревается и насосом 2 вместе с первым
потоком воды подается в вихревой
теплогенератор 3. После теплогенератора 3
второй поток нагретой до состояния
насыщения воды поступает в редукционный
вентиль 14. После редукционного вентиля 14 в
связи с резким уменьшением давления вода
разбрызгивается, кипит в регенераторе 12,
превращается в пар за счет тепловой энергии,
передаваемой из контура 10, и через
паропровод 15 подается потребителю пара.
При выполнении побудителя расхода воды в
виде емкости 6 (фиг.5) с установленным в ней
теплообменником 13 и подпиточным насосом 8
предварительно подогретая теплообменником
13 вода подается подпиточным насосом 8 в
контур 10. В остальном принцип работы
аналогичен рассмотренному.
При выполнении циркуляционного контура 11
замкнутым (фиг.6) в теплообменнике 16 пар
конденсируется, передает тепловую энергию
потребителю тепла, а конденсат, минуя
емкость 6, подпиточным насосом 8
возвращается в контур 10. Конденсат из
теплообменника 16 может поступать и в
емкость 6 (фиг.7), а из нее подпиточным
насосом 8 возвращаться в контур 10. В
остальном принцип работы аналогичен
рассмотренному.
Положительный эффект при использовании
изобретения заключается в расширении
функциональных возможностей и, в связи с
этим, областей применения устройства,
благодаря достижению жидким
теплоносителем более высокого
температурного потенциала и возможности
производства пара как для бытовых, так и
производственных нужд.
Кроме того, использование жидкого
теплоносителя более высокого
температурного потенциала и пара позволяет,
по сравнению с прототипом, уменьшить
размеры и массу теплообменных аппаратов
потребителей тепловой энергии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин A.Е.
Техническая термодинамика. - М.:
Энергоатомиздат, 1983.
2. Дроздов В.Ф. Санитарно-технические
устройства зданий. - М.: Стройиздат, 1980.
3. Автономная отопительная система на
основе вихревого термогенератора. //Инженер.
- 2001. - 3. - С. 18.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для нагревания жидкости,
содержащее образующие замкнутый
циркуляционный контур рабочий насос,
вихревой теплогенератор и теплообменник,
отличающееся тем, что оно оснащено
заполненным жидкостью побудителем
давления, который соединен гидравлически с
замкнутым циркуляционным контуром.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
побудитель давления выполнен в виде
герметичной емкости, пространство над
жидкостью в которой заполнено не
растворимым в жидкости сжатым газом.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
побудитель давления выполнен в виде
емкости, которая соединена гидравлически с
входным патрубком подпиточного насоса.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что
побудитель давления выполнен в виде ветви
водопровода.
5. Парогенератор, содержащий образующие
замкнутый циркуляционный контур рабочий
насос, вихревой теплогенератор и
теплообменник, отличающийся тем, что он
оснащен регенератором, одна сторона
которого включена в замкнутый
циркуляционный контур на участке между
вихревым теплогенератором и
теплообменником, а другая сторона
соединена гидравлически через
редукционный вентиль с выходным патрубком
вихревого теплогенератора, и побудителем
расхода жидкости, который термодинамически
связан с теплообменником и соединен
гидравлически с замкнутым циркуляционным
контуром.
6. Парогенератор по п. 5, отличающийся тем,
что побудитель расхода жидкости выполнен в
виде ветви водопровода, которая соединена
гидравлически с другой стороной
теплообменника.
7. Парогенератор по п. 5, отличающийся тем,
что побудитель расхода жидкости выполнен в
виде заполненной жидкостью емкости,
которая соединена гидравлически с входным
патрубком подпиточного насоса, причем
теплообменник размещен в емкости.
8. Парогенератор по пп. 5 и 7, отличающийся тем,
что он с потребителем пара образует
замкнутый циркуляционный контур.
Версия для печати
Дата публикации 31.12.2006гг
вверх
|
