вихревой теплогенератор

Формула изобретения

1. Вихревой теплогенератор, состоящий из теплоизолированного резервуара с жидкой рабочей средой, теплового насоса, выполненного в виде вихревой камеры с присоединенным к ее тангенциальному вводу нагнетательным насосом с электродвигателем, отличающийся тем, что внутренняя поверхность тангенциального ввода вихревой камеры выполнена в виде поверхности в форме сопла Лаваля или диффузорного сопла, придающей потоку жидкости дополнительное ускорение.

2. Вихревой теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что регулирование теплопроизводительности возможно за счет регулирования частоты оборотов электродвигателя погружного насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к вихревым теплогенераторам, и может быть использовано в системах теплопотребления и горячего водоснабжения промышленных и бытовых объектов для подогрева различных технологических жидкостей с неблагоприятными физико-химическими свойствами при температуре как минимум 90°С.

Известна вихревая система отопления, принятая за прототип (см. патент № 2089795, МПК F25B 29/00, публ. 10.09.97 г.). Вихревая система отопления содержит теплоизолированный резервуар с жидкой рабочей средой, тепловой насос, выполненный в виде вихревой камеры с присоединенным к ее тангенциальному вводу нагнетательным насосом с электродвигателем.

Недостатком прототипа является низкая теплопроизводительность, сложность конструкции, особые требования к жидкой среде.

Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат, увеличение срока эксплуатации устройства.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности нагрева жидкой рабочей среды, повышении механической надежности устройства при одновременном упрощении конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом вихревом теплогенераторе, состоящем из теплоизолированного резервуара с жидкой рабочей средой, теплового насоса, выполненного в виде вихревой камеры с присоединенным к ее тангенциальному вводу нагнетательного насоса с электродвигателем, новым является то, что нагнетательный насос выполнен погружным, размещенным с вихревой камерой на кронштейне, связанном с внутренней поверхностью резервуара через амортизационные подушки, а внутренняя поверхность тангенциального ввода вихревой камеры выполнена в виде поверхности, придающей потоку жидкости значительное ускорение.

Регулирование теплопроизводительности возможно за счет регулирования частоты оборотов электродвигателя погружного насоса.

Использование в качестве нагнетательного насоса насоса погружного типа, предназначенного для работы в рабочей среде с неблагоприятными физико-химическими свойствами при температуре как минимум 90°С, обусловлено несколькими факторами.

Во-первых, исключаются тепловые потери от нагретого корпуса электродвигателя, что дает значительный прирост произведенной полезной тепловой энергии. При этом не требуется каких-либо дополнительных требований к данной схеме компановки, что придает резервуару оптимальную геометрическую форму и размеры, облегчает эксплуатацию устройства.

Во-вторых, использование погружного насоса, способного работать при повышенной загрязненности и неблагоприятных химических свойствах рабочей жидкости, значительно расширяет возможности применения вихревого теплогенератора. Причем в данном случае отсутствуют экономические затраты на механическую очистку и химическую подготовку рабочей жидкости, которая помимо остальных затрат является постоянно действующим фактором, влияющим на снижение технико-экономических показателей устройства.

Размещение погружного насоса с вихревой камерой на кронштейне, который связан с внутренней поверхностью резервуара через амортизационные подушки, обусловлено тем, что эти элементы являются основными источниками вибрации при работе вихревого теплогенератора. Их жесткая установка неизбежно привела бы к повышенному уровню вибрации в зоне установки резервуара, нарушению санитарных норм и преждевременному износу прежде всего самого погружного насоса как наиболее сложного устройства в теплогенераторе.

Выполнение внутренней поверхности тангенциального ввода вихревой камеры в виде поверхности, придающей потоку жидкости значительное ускорение (диффузорное сопло, сопло Лаваля и т.п.), обусловлено необходимостью максимального ускорения подаваемого в вихревую камеру потока жидкой рабочей среды с целью обеспечения высокой эффективности теплообразования при его вращательно-поступательном движении и дальнейшем торможении при истечении из вихревой камеры.

Полное заполнение резервуара жидкой рабочей средой однородного химического состава (вода, тосол, антифриз и т.п.) вытекает из возможности нормальной работы погружного насоса в подобных рабочих средах, которые являются основными и наиболее распространенными в теплотехнике.

При необходимости теплопроизводительность регулируется за счет регулирования частоты оборотов электродвигателя погружного насоса, что позволяет поддерживать оптимальный режим эксплуатации вихревого теплогенератора.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема вихревого теплогенератора, на фиг.2 - схема тангенциального ввода с внутренней поверхностью в форме сопла Лаваля, на фиг.3 - схема тангенциального ввода с внутренней поверхностью в форме диффузорного сопла.

Вихревой теплогенератор состоит из теплоизолированного резервуара 1 с патрубком для наполнения 2 и вывода 3 жидкой рабочей среды. Погружной насос 4 и вихревая камера 5 с тангенциально установленным вводом 6 и тормозным устройством 7 перед выходным отверстием 8 закреплены внутри теплоизолированного резервуара 1 на кронштейне 9, связанном с его внутренней поверхностью через амортизационные подушки 10. Погружной насос 4 имеет всасывающую камеру 11 и нагнетательный патрубок 12.

Внутренняя поверхность тангенциального ввода 6 вихревой камеры 5 выполнена в виде поверхности, придающей потоку жидкости дополнительное ускорение (диффузорное сопло, сопло Лаваля и т.п.).

Вихревой теплогенератор работает следующим образом. После заполнения теплоизолированного резервуара 1 рабочей средой через патрубок для наполнения 2 включается погружной насос 4. Всасывающая камера 11 погружного насоса 4 забирает жидкую рабочую среду. Далее она под давлением через нагнетательный патрубок 12 поступает к тангенциальному вводу 6, из которого с ускорением попадает в вихревую камеру 5, где начинает перемещаться вращательно-поступательно к тормозному устройству 7, расположенному перед выходным отверстием 8, с возрастанием температуры. В области тормозного устройства происходит резкое торможение рабочей среды, нарушение ее вращательно-поступательного направления движения, и дальнейшее истечение из выходного отверстия 8. Данная область является также активной областью теплообразования. Нагретая рабочая среда поступает через патрубок вывода 3 в прямой трубопровод системы теплопотребления, а через патрубок наполнения 2 из обратного трубопровода в теплошумоизолированный резервуар 1 и далее - к всасывающей камере 11 погружного насоса 4.