способ получения тепла и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения тепла, включающий стартовый подогрев жидкого теплоносителя и последующий подъем его температуры до температуры его газожидкостного состояния путем разгона предварительного сформированного потока жидкого теплоносителя до направленного вихревого состояния с последующим отбором получаемой тепловой энергии от выходящего потока жидкого теплоносителя к потребителю, отличающийся тем, что разгон потока жидкого теплоносителя ведут в два этапа, на первом из которых на последний воздействуют в ограниченном пространстве имеющей завихрители поверхностью подвижного дискообразного рабочего органа до достижения потоком жидкого теплоносителя скорости V, равной 8-12 м/с, соответствующей температуре его перехода в газожидкостную смесь, а на втором этапе на последнюю воздействуют торовым завихрителем до достижения потоком газожидкостной смеси жидкого теплоносителя тангенциальной скорости в 12 и более м/с, при которой степень ее разогрева превышает температуру парообразования жидкого теплоносителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительный разогрев жидкого теплоносителя осуществляют в замкнутом режиме его циркуляции без отвода тепла потребителю.

3. Теплогенератор, содержащий герметичную емкость, заполненную жидким теплоносителем, в которой размещены оппозитно неподвижные тарельчатые рабочие органы и расположенный между ними с гарантированным зазором S закрепленный на приводном валу подвижный дискообразный рабочий орган, имеющий на своих торцевых поверхностях равномерно расположенные по окружности наклонные относительно друг друга завихрители, и патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя, отличающийся тем, что снабжен закрепленным на конце приводного вала подвижного дискообразного рабочего органа торовым завихрителем, емкость выполнена в виде звуко- и термоизолирующего кожуха из соединенных по периметру замкнутой кольцевой обечайкой передней центральной частью с выпуклой полусферической соосной с осью вращения торового завихрителя и задней с центральным на ее внутренней поверхности дискообразным выступом крышек, неподвижные тарельчатые рабочие органы – в виде образующих корпус и связанных по наружным торцам кольцевой замкнутой по периметру перемычкой, передней с охватывающим концентрично торовый завихритель центральным в виде усеченного конуса проемом и задней стенок, завихрители – в виде замкнутых в плане канавок, патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя установлены соответственно на задней крышке звуко- и теплоизолирующего кожуха и задней стенки корпуса, при этом заполненное жидким теплоносителем пространство между внутренней поверхностью звуко- и термоизолирующего кожуха и корпусом разделено на ограниченную внутренней поверхностью выпуклой центральной полусферической передней частью звуко- и термоизолирующего кожуха активную зону и переходящую в нее пассивную зону смешения части нагретого до заданной температуры жидкого теплоносителя с вновь подаваемым холодным жидким теплоносителем, а радиус R кривизны внутренней поверхности выпуклой центральной полусферической части передней крышки и диаметр D_вп выходного патрубка превышают диаметр D_п приводного вала и толщину дискообразного рабочего органа, соответственно в 3-10 и 3-5 раз, причем гарантированный зазор S меньше расстояния L между внутренними поверхностями передней и задней стенок корпуса в 3-8 раз.

4. Теплогенератор по п.3, отличающийся тем, что замкнутые в плане контуры образующих завихрители канавок выполнены в виде запятой.

5. Теплогенератор по п.3, отличающийся тем, что замкнутые в плане контуры образующих завихрители канавок выполнены в виде ромба.

6. Теплогенератор по п.3, отличающийся тем, что замкнутые в плане контуры образующих завихрители канавок выполнены в виде треугольников.

7. Теплогенератор по п.3, отличающийся тем, что замкнутые в плане контуры образующих завихрители канавок выполнены Г-образными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству тепловой энергии иначе, чем в результате сгорания топлива, и прямого преобразования механической энергии в тепловую.

Известен из патента Российской Федерации №2045715, кл. ⁷ F 25 В 29/00, 1995 г. способ получения тепла, включающий подачу воды в вихревой теплогенератор, формирование вихревого потока воды нем, обеспечение кавитационного режима течения вихревого потока при резонансном усилении возникающих в этом потоке звуковых колебаний с последующим отводом получаемого в вихревом таплогенераторе тепла от выходящего потока воды к потребителю.

Недостатками указанного способа является недостаточная эффективность, конструктивная сложность и низкий коэффициент полезного действия теплогенераторов, осуществляющих предложенный способ, и большие потери тепла, уносимого жидким теплоносителем.

Известен из патента Российской Федерации №2054604, кл.⁷ F 24 J 3/00, 1996 г. теплогенератор приводной кавитационный, содержащий корпус, в полости которого расположены подвижные рабочие органы.

Недостатками указанного теплогенератора является сложность его конструкции, недостаточная эффективность и износостойкость, низкий коэффициент полезного действия и большие потери тепла, уносимого жидким теплоносителем.

Наиболее близкими по своей технической сути решениями являются известные из патентов Российской Федерации №2165054, кл.⁷ F 24 J 3/00, 2000 г. и 2201562, кл.⁷ F 24 J 3/00, 1999 г. способ получения тепла, включающий стартовый подогрев жидкого теплоносителя и последующий подъем его температуры до температуры его газожидкостного состояния путем разгона предварительного сформированного потока жидкого теплоносителя до вихревого состояния с последующим отбором получаемой тепловой энергии от выходящего потока жидкого теплоносителя к потребителю и теплогенератор, содержащий, размещенные в емкости, заполненной жидким теплоносителем, дискообразные оппозитно расположенные неподвижные и размещенный между ними с гарантированным зазором подвижный дискообразный рабочий орган, установленный на приводном валу и имеющий на своих торцевых поверхностях завихрителями, расположенными наклонно относительно друг друга, рабочие органы и патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя.

Недостатками этих технических решений являются низкая эффективность преобразования энергии вращения в тепловую энергию, постоянное разрушающее действие кавитации на рабочие органы теплогенератора, его недолговечность и повышенная трудоемкость его обслуживания и ремонта.

Задачами предлагаемых изобретений является повышение эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию, упрощение конструкции теплогенератора, уменьшение трудоемкости его обслуживания, удобства эксплуатации и увеличение срока службы.

Задачи изобретения достигаются тем, что в способе получения тепла, включающий стартовый подогрев жидкого теплоносителя и последующий подъем его температуры до температуры его газожидкостного состояния путем разгона предварительного сформированного потока жидкого теплоносителя до направленного вихревого состояния с последующим отбором получаемой тепловой энергии от выходящего потока жидкого теплоносителя к потребителю, что разгон потока жидкого теплоносителя ведут в два этапа, на первом из которых на последний воздействуют в ограниченном пространстве имеющей завихрители поверхностью подвижного дискообразного рабочего органа до достижения потоком жидкого теплоносителя скорости V, равной 8-12 м/с, соответствующей температуре его перехода в газожидкостную смесь, а на втором этапе на последнюю воздействуют торовым завихрителем до достижения потоком газожидкостной смеси жидкого теплоносителя тангенциальной скорости в 12 и более м/с, при которой степень ее разогрева превышает температуру парообразования жидкого теплоносителя и теплогенератор, содержащий герметичную емкость, заполненную жидким теплоносителем, в которой размещены оппозитно неподвижные тарельчатые рабочие органы и расположенный между ними с гарантированным зазором “S” закрепленный на приводном валу подвижный дискообразный рабочий орган, имеющий на своих торцевых поверхностях равномерно расположенные по окружности наклонные относительно друг друга завихрители, и патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя, снабжен закрепленным на конце приводного вала подвижного дискообразного рабочего органа торовым завихрителем, емкость выполнена в виде звуко и термоизолирующего кожуха из соединенных по периметру замкнутой кольцевой обечайкой передней центральной частью с выпуклой полусферической соосной с осью вращения торового завихрителя и задней с центральным на ее внутренней поверхности дискообразным выступом крышек, неподвижные тарельчатые рабочие органы - в виде образующих корпус и связанных по наружным торцам кольцевой замкнутой по периметру перемычкой, передней с охватывающим концентрично торовый завихритель центральным в виде усеченного конуса проемом и задней стенок, завихрители - в виде замкнутых в плане канавок, патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя установлены соответственно на задней крышке звуко и термоизолирующего кожуха и задней стенки корпуса, при этом заполненное жидким теплоносителем пространство между внутренней поверхностью звуко- и термоизолирующего кожуха и корпусом разделено на ограниченную внутренней поверхностью выпуклой центральной полусферической передней частью звуко- и термоизолирующего кожуха активную зону и переходящую в нее пассивную зону смешения части нагретого до заданной температуры жидкого теплоносителя с вновь подаваемым холодным жидким теплоносителем, а радиус “R” кривизны внутренней поверхности выпуклой центральной полусферической части передней крышки и диаметр “D_вп ” выходного патрубка превышают диаметр “D_п” приводного вала и толщину дискообразного рабочего органа, соответственно в 3-10 и 3-5 раз, причем гарантированный зазор “S” меньше расстояния “L” между внутренними поверхностями передней и задней стенок корпуса в 3-8 раз.

Кроме того, в способе получения тепла предварительный разогрев жидкого теплоносителя может быть осуществлен в замкнутом режиме его циркуляции без отвода тепловой энергии потребителю, а в теплогенераторе замкнутые в плане контуры образующих завихрители канавки могут быть вы полнены в виде запятой, или ромба, или треугольников или Г-образными.

Заявленный способ получения тепла может быть осуществлен и с применением устройства другой конструкции, но наиболее эффективен при использовании заявленной конструкции устройства, обеспечивающего реализацию операций способа.

Сущность изобретения поясняется чертежами: где на фиг.1 схематично изображен общий вид теплогенератора в разрезе; на фиг.2 - вид спереди на рабочий орган; на фиг.3 - поперечный разрез рабочего органа; на фиг.4 - вид сзади на рабочий орган и на фиг.5 - изображен вариант выполнения контура канавки, являющейся завихрителем, в форме запятой.

Теплогенератор состоит из герметичной емкости выполненной в виде звуко- и термоизолирующего кожуха из соединенных по периметру замкнутой кольцевой обечайкой 1 передней 2 с выпуклой центральной полусферической частью 3 и задней 4 с центральным на ее внутренней поверхности дискообразным выступом 5 крышек. Звуко- и термоизолирующий кожух заполнен жидким теплоносителем 6, а в его полости размещен корпус из связанных по наружным торцам кольцевой замкнутой по периметру перемычкой 7 передней 8, имеющей центральный виде усеченного конуса проем 9, и задней 10 дискообразных стенок, внутренние поверхности 11 и 12 которых являются оппозитно расположенными неподвижными рабочими органами. Между внутренними поверхности 11 и 12 передней 8 и задней 10 дискообразных стенок размещен с гарантированным зазором “S” закрепленный на приводном валу 13 подвижный дискообразный рабочий орган 14. На передней 15 и задней 16 торцевых поверхностях подвижного дискообразного рабочего органа 14 равномерно расположены по окружности наклонные относительно друг друга завихрители, выполненные в виде замкнутых в плане канавок 17. На конце приводного вала 13 установлен торовый завихритель 18, расположенный вдоль продольной оси центрального виде усеченного конуса проема 9 передней 8 стенки корпуса. Патрубки подачи 19 и отбора 20 жидкого теплоносителя 6 установлены соответственно на задней 4 крышке звуко и термоизолирующего кожуха и задней 10 стенки корпуса. Заполненное жидким теплоносителем 6 пространство между внутренними поверхностями передней 2 с выпуклой центральной полусферической частью 3 и задней 4 крышек звуко термоизолирующего кожуха и поверхностью корпуса разделено на ограниченную внутренней поверхностью выпуклой центральной полусферической 3 частью передней крышки 2 и поверхностью передней 8 передней 8, имеющей центральный виде усеченного конуса проем 9 стенки, активную 21 зону и переходящую в нее пассивную 22 зону смешения части нагретого до заданной температуры жидкого теплоносителя 6 с вновь подаваемым через патрубок подачи 19 холодным жидким теплоносителем 6. Радиус “R” кривизны внутренней поверхности выпуклой центральной 3 полусферической части передней 2 крышки и диаметр “D_вп” патрубка отбора 20 нагретого до заданной температуры жидкого теплоносителя 6 превышают диаметр “D _п” приводного вала 13 и толщину дискообразного рабочего органа 14 соответственно в 3-10 и 3-5 раз. Гарантированный зазор “S” меньше расстояния “L” между внутренними поверхностями передней и задней стенок корпуса в 3-8 раз.

Работа теплогенератора, позволяющего реализовать заявленный способ получения тепла, осуществляется следующим образом. Через патрубок подачи 20 жидкого теплоносителя 6 циркуляционным насосом (на чертежах условно не показан) в звуко и термоизолирующий кожух подается жидкий теплоноситель 6, в качестве которого может быть использована вода, тосол, антифриз и/или различные смеси на их основе. Предварительный разогрев (стартовый разогрев) предпочтительно осуществлять в теплогенераторе в замкнутом режиме его циркуляции без отбора тепла потребителем до достижения, по крайней мере, нагрева до достижения жидкого теплоносителя 6 температуры 90°С.

На первом этапе разгона и формирования потока жидкого теплоносителя 6 на него воздействуют подвижным дискообразным рабочим органом 14, закрепленным на приводном валу 13 до достижения в активной 21 зоне, ограниченной внутренней поверхностью выпуклой полусферической центральной части 3 передней крышки 2 звуко термоизолирующего кожуха и поверхностью передней 8 стенки, имеющей центральный виде усеченного конуса проем 9, в котором размещен торовый завихритель 18, тангенциальной скорости потока жидкого теплоносителя 6 в 8-12 м/с и температуры фазового перехода жидкого теплоносителя 6 пар (t90°C). При температуре фазового перехода поток теплоносителя 6 преобразуется в поток газожидкостной смеси, на которую затем на втором этапе воздействуют торовым завихрителем 18, разгоняя ее до тангенциальной скорости, равной не менее 12 м/с, и обеспечивающей под воздействием торового завихрителя 18 образование центробежными силами воронки. В центральной точке образованной центробежными силами воронки происходит физический процесс преобразования безреактивной энергии в энергию тепла, которая выделяет в окружающую среду дополнительное тепло, нагревающее газожидкостную смесь до 250°С и выше градусов, что резко повышает эффективность выработки теплогенератором тепла, через патрубок отбора 20 отводится потребителю.

Предлагаемый способ получения тепла, реализуемый с использованием предлагаемого теплогенератора позволяет повысить эффективность выработки тепла при полном одновременном исключении технологического процесса подготовки жидкого теплоносителя.