фрикционный нагреватель

Формула изобретения

1. Фрикционный нагреватель, включающий бак с нагреваемой жидкостью, в котором соосно установлены неподвижный и связанный с приводным валом с возможностью совместного осевого перемещения поворотный диски и гребной винт с рабочим усилием в направлении дисков, отличающийся тем, что нагреватель снабжён дополнительными неподвижными и поворотными дисками, причём гребной винт закреплён на приводном валу, а каждый из поворотных дисков установлен между двух неподвижных дисков, и поплавком, размещённым над гребным винтом с возможностью вращения относительно приводного вала и осевого взаимодействия с последним.

2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между двумя соседними неподвижными дисками больше толщины поворотного диска, а между боковыми стенками и днищем бака и пакетом дисков образован зазор для протока нагреваемой жидкости.

3. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что поворотные диски подпружинены между собой относительно приводного вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к малой энергетике и может быть использовано в составе ветроустановок для получения подогретой воды в домах и дачах, не имеющих централизованного снабжения горячей водой.

Известен фрикционный нагреватель, включающий бак с нагреваемой водой, в котором соосно установлены неподвижный и связанный с приводом вращения поворотный диски с торцевыми и боковыми поверхностями, причем поворотный диск снабжен гребными лопастями, установленными на его боковой поверхности с уклоном в сторону неподвижного диска в направлении вращения [см. патент США №3385287, НКИ 126-247, 1969].

Известен также фрикционный нагреватель, содержащий все признаки вышеприведенного аналога, при этом поворотный диск установлен с возможностью осевого перемещения и контакта его торцевой поверхности с торцевой поверхностью неподвижного диска [см. авторское свидетельство СССР №1627790, кл. F 24 J 3/00, 1989].

Указанное техническое решение наиболее близко к предложенному по существу общих признаков и достигаемому результату и принимается в качестве прототипа.

К недостатку прототипа (как и аналога) следует отнести его небольшую эффективность в работе, так как ориентировочные расчеты по получению тепла и теплопередаче в известном нагревателе показывают, что при диаметре дисков, равном 0,5 м, и приемлемых размерах ветроустановки для получения номинального момента силы на приводном валу теплую воду (30-35°С), можно получить через 10-12 часов.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности нагревателя в работе при простой конструкции для изготовления в небольших мастерских.

Технический результат достигается тем, что фрикционный нагреватель, включающий бак с нагреваемой жидкостью, в котором соосно установлены неподвижный и соединенный с приводным валом поворотный диски и гребной винт с рабочим усилием в направлении дисков, согласно изобретению, снабжен дополнительными неподвижными и поворотными дисками, причем каждый из поворотных дисков установлен между двумя неподвижными дисками, и поплавком, размещенным над гребным винтом с возможностью вращения относительно приводного вала и осевого взаимодействия с последним.

Кроме того, расстояние между двумя соседними неподвижными дисками больше толщины поворотного диска, а между боковыми стенками и днищем бака и пакетом дисков образован зазор для протока нагреваемой жидкости.

Кроме того, поворотные диски подпружинены между собой.

На чертеже изображен продольный разрез фрикционного нагревателя при нерабочем положении поворотных дисков.

Фрикционный нагреватель содержит заполненный водой бак 1 с установленным вертикально приводным валом 2 на радиальных подшипниках 3. На размещенных в полости бака стойках 4 жестко закреплены неподвижные диски 5, а на нижнем конце вала установлены поворотные диски 6, причем верхний поворотный диск закреплен на валу жестко, а нижние поворотные диски установлены на профильном участке вала с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси. Расстояние между двумя соседними неподвижными дисками больше толщины поворотного диска, что обеспечивает смывание нагреваемой водой всех дисков и повышает съем образуемого тепла от трения дисков. С этой же целью между боковыми стенками бака и его днищем и пакетом дисков образован зазор для перетока воды.

Для обеспечения одновременного контакта между неподвижными и поворотными дисками установлены пружины 7.

На верхнем конце вала закреплен привод нагревателя в виде карусельного ветроколеса 8, содержащего махи 9, на которых посредством осей 10 установлены лопасти 11 и имеются упоры 12 для лопастей. Для включения-отключения ветроколеса может быть установлена муфта 13.

В полости бака на осевом подшипнике 14 установлен поплавок 15, выталкивающее усилие которого равно или превышает вес вращающихся узлов и деталей нагревателя. Ниже поплавка на валу 2 жестко закреплен гребной винт 16, рабочее усилие которого направлено к пакету дисков.

Бак снабжен штуцером 17 для залива холодной воды и штуцером 18 для слива подогретой воды. В поворотных дисках имеются отверстия 19, образующие центральный канал для перетока воды.

Работает предложенный фрикционный нагреватель следующим образом.

В бак 1 через штуцер 17 заливают холодную воду до уровня, пока выталкивающее усилие поплавка не будет равно или превышать вес вращающихся узлов и деталей нагревателя. Для установления этого уровня могут быть использованы водомерная трубка или поплавковый указатель уровня (не показаны).

В этом положении, как это показано на чертеже, все вращающиеся узлы и детали нагревателя оказываются подвешенными на поплавке, т.е. в плавающем положении, контакт между неподвижными и поворотными дисками нарушается. Естественно, что в этом положении достаточно небольшого дуновения ветра для запуска в работу гребного винта 16 от вращающегося ветроколеса 8.

При вращении винта 16 на валу 2 возникает осевое усилие, которое прижимает верхний поворотный диск к верхнему неподвижному диску, а через пружины 7 - нижележащие поворотные диски к нижележащим неподвижным дискам. На поверхности дисков возникает сила трения, нагревающая диски, которые, в свою очередь, нагревают залитую в бак воду либо другую жидкость, подлежащую подогреву.

При значительной скорости ветра, а следовательно, и значительных по величине оборотах гребного винта сила прижатия поворотных дисков к неподвижным достигает максимума, что вызывает торможение поворотных дисков и остановку гребного винта. Сила прижатия дисков между собой уменьшается и выталкивающее усилие поплавка отрывает поворотные диски от неподвижных. Сопротивление вращению ветроколеса уменьшается до нуля, гребной винт вновь набирает обороты и прижимает поворотные диски к неподвижным.

Нагретую воду сливают через штуцер 18.

Когда нет необходимости в подогретой воде во избежание износа узлов и деталей нагревателя, его отключают от ветроколеса с помощью муфты 13.

При ураганной скорости ветра выключают лопасти 11 ветроколеса путем поворота упоров 12. В этом случае все лопасти 11 располагаются в плоскости, параллельной направлению ветра, и ветровая нагрузка с ветроколеса снимается.

Предложенный тип ветродвигателя по сравнению с другими конструкциями имеет несколько меньший к.п.д. использования энергии ветра, однако простота его конструкции и возможность увеличения мощности посредством увеличения площади лопастей позволяют рекомендовать его в качестве привода предложенного фрикционного нагревателя.