устройство для нагрева жидкости
Классы МПК: | F24J3/00 Прочие способы получения или использования тепла, образующегося иначе, чем в процессе горения |
Автор(ы): | Хрушков К.К. (RU) |
Патентообладатель(и): | Хрушков Константин Константинович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-06-18 публикация патента:
27.07.2004 |
Изобретение относится к теплотехнике и может быть, в частности, использовано в системах водяного отопления производственных и жилых помещений. В устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, имеющий цилиндрическую полость, образованную двумя крышками, снабженными отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости и цилиндрической обоймой, а также вставленный в цилиндрическую полость ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалом между ними, диски имеют углубления на их цилиндрических поверхностях и отверстия в их торцах у их периферии, отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены глухими и сопряжены со встречными глухими отверстиями, которые дополнительно выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, а в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, прикрепленное к внутренней поверхности цилиндрической обоймы и снабженное глухими отверстиями, выполненными на торцевых поверхностях кольца, сопряженными с глухими отверстиями на торцах дисков, зона цилиндрической полости статора вблизи вала ротора может быть соединена с периферийной зоной цилиндрической полости статора вблизи цилиндрической обоймы. В результате повышается эффективность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, имеющий цилиндрическую полость, образованную двумя крышками, снабженными отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости и цилиндрической обоймой, а также вставленный в цилиндрическую полость ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалом между ними, при этом диски имеют углубления на их цилиндрических поверхностях и отверстия в их торцах у их периферии, отличающееся тем, что отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены глухими и сопряжены со встречными глухими отверстиями, которые дополнительно выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, а в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, прикрепленное к внутренней поверхности цилиндрической обоймы и снабженное глухими отверстиями, выполненными на торцевых поверхностях кольца, сопряженными с глухими отверстиями на торцах дисков.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зона цилиндрической полости статора вблизи вала ротора соединена с периферийной зоной цилиндрической полости статора вблизи цилиндрической обоймы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплотехнике и может быть, в частности, использовано в системах водяного отопления производственных и жилых помещений.Известно устройство для нагрева жидкости, осуществляемого за счет тепла, образующегося в результате трения друг о друга и/или о жидкость твердых тел, приводимых в движение в сосуде с жидкостью, SU 1627790.Недостатком устройства является его малая эффективность вследствие значительных потерь тепла.Известно устройство, включающее металлический статор, имеющий цилиндрическую полость, закрытую плоской крышкой, прикрепленной к корпусу статора болтами. В центре крышки и в противоположной ей стороне корпуса статора имеется осевое отверстие, в котором на подшипниках установлен вал, присоединяемый к электродвигателю, приводящему его во вращение. На валу внутри колоколообразного статора укреплен монолитный цилиндрический алюминиевый ротор, внешняя цилиндрическая поверхность которого равномерно усеяна множеством углублений, высверленных на глубину, примерно равную диаметру этих углублений.Вал в отверстиях статора и его крышки уплотнен сальниками, предотвращающими вытекание нагреваемой жидкости из устройства и попадание ее в подшипники. В торце колоколообразного статора и в закрывающей его крышке имеются отверстия, в которые ввинчивают штуцеры для подачи нагреваемой жидкости в устройство с одной его стороны и отвода ее с другой стороны, US 5188090.Недостатком этого устройства является низкая эффективность его работы, а также сложность изготовления и ремонта; монолитный статор и монолитный ротор этого устройства необходимо изготавливать из крупногабаритных и тяжеловесных заготовок; при механической обработке их получается много отходов, а сама обработка сопряжена с необходимостью крепить на станках громоздкие заготовки, что повышает трудозатраты и снижает точность обработки; при длительной эксплуатации описанного устройства внешняя цилиндрическая поверхность ротора подвержена кавитационному износу не равномерно, а полосами, соответствующими, по-видимому, пучностям стоячих звуковых волн, возникающих внутри полого корпуса статора вдоль образующей линии его цилиндрической поверхности; вследствие такого неравномерного износа приходится при ремонте устройства целиком отправлять ротор на переплавку или наплавку.Известно также устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, имеющий цилиндрическую полость, снабженную отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости; в этой полости вставлен ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалами между ними; на цилиндрических поверхностях дисков имеются углубления; в торцах дисков у их периферии имеются сквозные отверстия, Л.П.Фоминский “Сверхединичные теплогенераторы”, Украина, Черкассы, 2003, с.379.Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.Нагреваемая жидкость поступает в цилиндрическую полость статора; при вращении дисков со скоростью около 3000 об/мин, в зонах углублений на их цилиндрических поверхностях (камерах схлапывания) образуются микровихри, при схлапывании которых выделяется большое количество энергии, что обусловливает нагрев жидкости; кроме того, предполагается, что сквозные отверстия в дисках также должны обеспечивать создание микровихрей, однако на практике этого не происходит; напротив, эти сквозные отверстия создают значительное гидравлическое сопротивление, что требует дополнительного расхода энергии для вращения ротора и увеличения мощности привода; кроме того, камеры схлапывания, образованные углублениями на цилиндрических поверхностях дисков и смежной с ними гладкой поверхностью цилиндрической обоймы, недостаточно эффективны в отношении обеспечения достаточно интенсивного вихреобразования.В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения эффективности работы устройства.Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, имеющий цилиндрическую полость, образованную двумя крышками, снабженными отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости и цилиндрической обоймой, а также вставленный в цилиндрическую полость ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалом между ними, при этом диски имеют углубления на их цилиндрических поверхностях и отверстия в их торцах у их периферии, отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены глухими и сопряжены со встречными глухими отверстиями, которые дополнительно выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, а в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, прикрепленное к внутренней поверхности цилиндрической обоймы и снабженное глухими отверстиями, выполненными на торцевых поверхностях кольца, сопряженными с глухими отверстиями на торцах дисков; зона цилиндрической полости статора вблизи вала ротора может быть соединена с периферийной зоной цилиндрической полости статора вблизи цилиндрической обоймы.Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает важные новые особенности функционирования объекта (технический результат). Благодаря тому, что отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены несквозными (глухими) и сопряжены со встречными несквозными отверстиями, которые выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, создаются дополнительные камеры схлапывания; кроме этого, дополнительные камеры схлапывания образуются благодаря тому, что в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, снабженное глухими отверстиями на его торцевых поверхностях, которые сопряжены с глухими отверстиями на торцах дисков; в устройстве-прототипе сквозные отверстия в торцах дисков не образуют камер схлапывания, они лишь вызывают некоторую турбулизацию потока жидкости, который, как показывает практика испытаний устройства-прототипа, проходит насквозь от входного отверстия статора к выходному через сквозные отверстия в дисках без какого-либо существенного тепловыделения; благодаря тому, что углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, значительно увеличивается эффективность вихреобразования и, соответственно, увеличивается гидравлическая энергия микровихрей, а также эквивалентная ей тепловая энергия, образующаяся при схлапывании микровихрей; это объясняется тем, что при увеличении степени внезапного расширения увеличивается давление в камере схлапывания.Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:на фиг.1 - разрез по продольной оси ротора;на фиг.2 - крышка статора в аксонометрии;на фиг.3 - диск в аксонометрии;на фиг.4 - неподвижное кольцо, укрепленное в обойме, в аксонометрии.Устройство для нагрева жидкости содержит статор, имеющий цилиндрическую полость 1, образованную крышками 2 и 3 и цилиндрической обоймой 4. В крышке 2 имеется отверстие для подачи нагреваемой жидкости, в частности, воды, оборудованное входным патрубком 5, в крышке 3 выполнено отверстие для отвода воды, снабженное выходным патрубком 6. В цилиндрической полости 1 статора находится ротор, содержащий в конкретном примере два диска 7 и 8, укрепленных на валу 9. В интервале между дисками 7 и 8 размещено неподвижное кольцо 10, прикрепленное к цилиндрической обойме 4 статора. В дисках на их наружных, цилиндрических поверхностях имеются углубления 11. В торцах дисков у их периферии выполнены глухие отверстия 12; на внутренних поверхностях крышек 2 и 3 статора выполнены встречные глухие отверстия 13, центры которых находятся на том же расстоянии от центральной оси вала 10 ротора, что и центры отверстий 12. Диаметры отверстий 12 и 13 равны. На внутренней поверхности цилиндрической обоймы 4 выполнены встречные углубления 14, сопряженные с углублениями 11 дисков 7 и 8. Кольцо 10 снабжено глухими отверстиями 15, выполненными на торцевых поверхностях кольца. Глухие отверстия 15 находятся на том же расстоянии от центральной оси вала 9, что и отверстия 12 дисков 7 и 8. Таким образом камеры схлапывания образованы глухими отверстиями 12 и 13, 12 и 15, а также углублениями 11 и 14. Для дополнительного увеличения теплообразования зона цилиндрической полости 1 статора вблизи вала 9 ротора соединена с периферийной зоной цилиндрической полости 1 вблизи цилиндрической обоймы 4 посредством вакуумного стакана 16 и двух магистралей 17 и 18.Устройство работает следующим образом. Вода через патрубок 5 подается в цилиндрическую полость 1 статора. Диски 7 и 8 вращаются вместе с валом 9 со скоростью 3000 об/мин. При этом жидкость приходит во вращение в полости 1. В камерах схлапывания возникают микровихри, при схлапывании которых гидравлическая энергия микровихрей переходит в тепловую. При вращении ротора вода в полости 1 под воздействием центробежных сил отжимается от вала 9 к обойме 4. Таким образом в зоне вала 9 создается зона пониженного давления. В эту зону через магистрали 17 и 18 и вакуумный стакан 16 засасывается горячая вода из зоны повышенного давления, где происходит схлапывание микровихрей и, соответственно, выделение тепла. Происходит смешение засасываемой горячей воды с поступающей холодной водой, что существенно увеличивает энергетическую эффективность работы установки, а также, благодаря срыву вакуума, предотвращает выход из строя уплотнений вала 9 ротора. Через выходной патрубок 6 горячая вода подается потребителям.Класс F24J3/00 Прочие способы получения или использования тепла, образующегося иначе, чем в процессе горения