теплогенератор

Формула изобретения

1. Теплогенератор, содержащий корпус, имеющий профилированную проточную часть с цилиндрическим участком, соединенным с выходным патрубком, ускоритель движения, выполненный в виде циклона с тангенциальным сопловым закручивающим аппаратом, торцевая сторона циклона соединена с профилированной частью корпуса, а боковая через патрубок - с насосом, тормозные устройства, основное и дополнительное, расположенное в перепускном патрубке после зоны его соединения с циклоном, сообщающимся с входным концом байпасного трубопровода, выходной конец которого соединен с входным патрубком насоса, отличающийся тем, что соосно внутренней боковой поверхности цилиндрического участка установлены расположенные одна в другой две цилиндрические оболочки, боковые поверхности которых вместе с боковой поверхностью цилиндрического участка образуют два независимых кольцевых канала и цилиндрический канал, образованный внутренней боковой поверхностью внутренней оболочки, имеющей в направлении циклона профилированный сопловой участок, при этом цилиндрический и внутренний кольцевые каналы со стороны выходного патрубка закрыты крышкой, разделяющей внутреннюю полость цилиндрического участка на две независимые полости, одна из которых образована внутренним кольцевым и цилиндрическим каналами, а другая, сообщающаяся с выходным патрубком, - внешним кольцевым каналом, при этом основное тормозное устройство размещено в кольцевых каналах цилиндрического участка.

2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что тормозные устройства выполнены в виде цилиндрических трубок, установленных соосно центральной оси профилированной проточной части.

3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что крышка, закрывающая цилиндрический и внутренний кольцевой каналы, выполнена полусферической.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может найти применение в системах отопления зданий и сооружений, горячего водоснабжения и других отраслях народного хозяйства.

Известен теплогенератор, содержащий корпус, имеющий цилиндрическую часть, ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В основании цилиндрической части корпуса, противолежащей циклону, смонтировано тормозное устройство, за которым установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, который соединен с циклоном с помощью перепускного патрубка, причем соединение выполнено на торце циклона, противолежащем цилиндрической части корпуса, и соосно с последним. Тормозное устройство выполнено, по меньшей мере, из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке. В перепускном патрубке после зоны соединения его с циклоном установлено дополнительное тормозное устройство. Теплогенератор связан с насосом посредством инжекционного патрубка, соединенного с боковой стороной ускорителя движения жидкости (см. патент RU № 2045715 С1, 10.10.1995).

Из известных теплогенераторов наиболее близким к заявляемому является теплогенератор, описанный в патенте RU № 2204090 С2, 05.10.2003. Он содержит корпус, имеющий цилиндрическую часть, ускоритель движения, выполненный в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса, а боковая посредством инжекционного патрубка - с насосом, тормозные устройства, смонтированные одно - в основании цилиндрической части корпуса перед шайбой, другое, дополнительное - в перепускном патрубке после зоны его соединения с циклоном, сообщающимся с выходным концом байпасного трубопровода, при этом внутренняя торцевая поверхность шайбы выполнена в виде сферической формы, а выходной конец байпасного трубопровода соединен с входным патрубком насоса.

Известные устройства имеют невысокий КПД и недостаточное качество отбора горячего потока воды, поступающего из выходного патрубка в систему потребителя, от потока воды, входящего в основное тормозное устройство.

Это обусловлено:

- интенсивным перемешиванием более нагретого и менее нагретого потоков в основном тормозном устройстве за счет интенсификации турбулентности на входе в тормозное устройство;

- слабым разделением перемешанных потоков за основным тормозным устройством из-за отсутствия механизма этого разделения и малого времени пребывания перемешанных потоков в зоне за тормозным устройством, недостаточного для повторного разделения;

- снижением эффекта нагрева жидкости за счет прохождения через основное тормозное устройство только части потока, так как другая часть потока поворачивает обратно, не доходя до тормозного устройства. Это вызвано резким снижением радиального градиента статического давления в области входа потока в тормозное устройство и тем самым снижением осевых градиентов статического давления между входом менее охлажденного потока в тормозное устройство и выходом его в приосевую зону цилиндрической части для формирования приосевого потока, таким образом, уменьшается зона циркуляции потока, снижаются осевые - сдвиговые скорости периферийного и приосевого вихрей, снижается уровень турбулентности на радиусе разделения вихрей, что приводит к уменьшению нагрева периферийного потока.

Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, - повышение КПД теплогенератора и качества отбора горячего потока воды от холодного, поступающего из выходного патрубка в систему потребителя.

Техническая задача решается тем, что в теплогенераторе, содержащем корпус, имеющий профилированную проточную часть с цилиндрическим участком, соединенным с выходным патрубком, ускоритель движения, выполненный в виде циклона с тангенциальным сопловым закручивающим аппаратом, содержащим один или несколько тангенциальных сопловых каналов, торцевая сторона циклона соединена с профилированной частью корпуса, а боковая - через патрубок с насосом, тормозные устройства, основное и дополнительное, расположенное в перепускном патрубке после зоны его соединения с циклоном, сообщающимся с входным концом байпасного трубопровода, выходной конец которого соединен с входным патрубком насоса, согласно изобретению соосно внутренней боковой поверхности цилиндрического участка установлены расположенные одна в другой две цилиндрические оболочки, боковые поверхности которых вместе с боковой поверхностью цилиндрического участка образуют два независимых кольцевых канала и цилиндрический канал, образованный внутренней боковой поверхностью внутренней оболочки, имеющий в направлении циклона профилированный сопловой участок, при этом цилиндрический и внутренний кольцевой каналы со стороны выходного патрубка закрыты крышкой, разделяющей внутреннюю полость цилиндрического участка на две независимые полости, одна из которых образована внутренним кольцевым и цилиндрическим каналами, а другая, соединенная с выходным патрубком, - внешним кольцевым каналом, при этом основное тормозное устройство размещено в кольцевых каналах цилиндрического участка. Тормозные устройства выполнены в виде цилиндрических трубок, установленных соосно центральной оси профилированной проточной части. Крышка, закрывающая цилиндрический и кольцевой каналы, выполнена полусферической.

Такое выполнение теплогенератора обеспечивает:

- качественное разделение более нагретого и менее нагретого потоков на два независимых потока;

- направление более нагретого потока через выходной патрубок к потребителю, а менее нагретого потока - в приосевую зону профилированной проточной части корпуса к ускорителю движения;

- увеличение осевой составляющей скорости менее нагретого потока на выходе из соплового участка цилиндрического канала и как следствие увеличение сдвиговых скоростей на поверхности разделения периферийного и приосевого вихрей, способствующее интенсификации анизотропной турбулентности в поле с высоким радиальным градиентом статического давления по всей длине профилированной проточной части корпуса, что усиливает эффект нагрева периферийного вихря;

- повышение уровня турбулентности менее нагретого потока на входе в основное тормозное устройство, а следовательно, и на выходе его в приосевую зону профилированной проточной части корпуса, что в сочетании с интенсификацией турбулентности на поверхности разделения периферийного и приосевого вихрей усиливает эффект нагрева периферийного вихря, который, в основном, определяется работой турбулентных молей анизотропной турбулентности в поле с высоким радиальным градиентом статического давления;

- циркуляцию приосевого потока по всей длине профилированной части корпуса, что и заставляет работать потоки на нагрев на всем протяжении профилированной проточной части.

Таким образом, введенные в теплогенератор новые отличительные признаки в совокупности с известными позволяют решить поставленную задачу.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дан теплогенератор, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез А-А; на фиг.3 - то же, разрез Б-Б.

Теплогенератор содержит (фиг.1) корпус 1, имеющий профилированную проточную часть 2 с цилиндрическим участком 3, соединенным с выходным патрубком 4, ускоритель движения 5 (фиг.2), выполненный в виде циклона с тангенциальным сопловым закручивающим аппаратом 6, содержащим один или несколько тангенциальных сопловых каналов 7, торцевая сторона циклона соединена с профилированной частью 2 корпуса 1, а боковая - через патрубок 8 с насосом 9, тормозные устройства, основное 10, дополнительное 11, расположенное в перепускном патрубке 12 после плоскости его соединения с циклоном, сообщающимся с входным концом байпасного трубопровода 13, выходной конец которого соединен с входным патрубком 14 насоса 9, расположенные одна в другой две цилиндрические оболочки, внутренняя 15 и внешняя 16, патрубок возврата 17 и расширитель перепуска жидкости 18. Расположенные одна в другой цилиндрические оболочки 15 и 16 установлены соосно внутренней боковой поверхности цилиндрического участка 3, вместе с которой боковые поверхности оболочек 15 и 16 образуют два независимых кольцевых канала, внутренний 19 и внешний 20, и цилиндрический канал 21, образованный внутренней поверхностью оболочки 15, которая в направлении ускорителя движения 5 имеет профилированный сопловой участок 22. Внутренний кольцевой канал 19 и цилиндрический канал 21 со стороны выходного патрубка 4 закрыты крышкой 23, разделяющей внутреннюю полость цилиндрического участка на две независимые полости, одна из которых 24 образована внутренним кольцевым каналом 19 и цилиндрическим каналом 21, а другая 25 - внешним кольцевым каналом 20, сообщающимся с выходным патрубком 4.

Тормозные устройства 10 и 11 (фиг.1 и фиг.3) выполнены в виде цилиндрических трубок 26 и 27, установленных соосно центральной оси профилированной проточной части 2, которая выполнена цилиндрической или конической с внутренним диаметром в плоскости сечения соплового закручивающего аппарата 6, большим, чем эквивалентный диаметр проточной части каналов 7 тангенциального соплового закручивающего аппарата 6. Профилированная проточная часть 2 корпуса 1 играет роль вихревой трубы. Крышка 23 выполнена полусферической.

Теплогенератор работает следующим образом. Запускают насос 9, вода из которого под давлением (0,4-0,6) МПа поступает во входной патрубок 8 ускорителя движения 5 и тангенциальные сопловые каналы 7, в которых водяной поток ускоряется и закручивается, после чего поступает в профилированную проточную часть 2 корпуса 1, в которой формируются два сильнозакрученных потока воды - периферийный (внешний) вихрь и приосевой (внутренний) вихрь, перемещающиеся в противоположных направлениях, причем периферийный вихрь движется от ускорителя движения 5 в направлении выходного патрубка 4, а приосевой - в направлении ускорителя движения 5, при этом начало формирования периферийного вихря и выход приосевого вихря из профилированной проточной части 2 находятся в одном сечении, перпендикулярном центральной оси периферийного и приосевого вихрей.

В результате закономерного разделения сильно закрученного потока воды и реализации термодинамических процессов в поле массовых сил с высоким радиальным градиентом статического давления периферийный вихрь имеет более высокую температуру, чем приосевой вихрь, при этом периферийный вихрь разделяется на два потока: на наружный - более горячий и внутренний - менее горячий потоки.

Достигнув противоположного конца профилированной проточной части 2 корпуса 1, периферийный вихрь раскручивается в тормозном устройстве 10, при этом в кольцевых каналах 19 и 20 осуществляется отделение более горячей части периферийного потока от менее горячей части, то есть разделение периферийного потока на более горячий и менее горячий потоки воды. Более горячий раскрученный поток воды поступает в полость 25, откуда через выходной патрубок 4 подается потребителю, то есть за счет разделения потока на горячий и менее горячий потребитель получает более горячий поток воды, что повышает КПД теплогенератора. От потребителя поток воды поступает в патрубок возврата 17, откуда во входной патрубок 14 насоса 9. Менее горячий раскрученный поток воды поступает в полость 24, где меняет свое осевое направление на противоположное, затем входит в цилиндрический канал 21, пройдя который, ускоряется в профилированном сопловом участке 22 за счет осевого градиента статического давления, направленного от ускорителя движения 5 в сторону основного тормозного устройства 10, откуда выходит в приосевую зону профилированной части 2 корпуса 1, двигаясь в направлении ускорителя движения 5, вышедший из профилированного соплового участка 22, менее горячий осевой поток воды закручивается холодным приосевым потоком, смешивается с ним, являясь активным эжектирующим потоком для холодного приосевого потока, при этом температура приосевого потока после смешения несколько увеличивается. Войдя в дополнительное тормозное устройство 11, суммарный приосевой поток гасит свое вращение, затем поступает в байпасный трубопровод 13, через который раскрученный подогретый смешанный поток поступает во входной патрубок 14 насоса 9 для последующего цикла нагрева его теплогенератором. Расширитель перепуска жидкости 18 компенсирует температурное расширение воды при повышении ее температуры.

Таким образом, использование предложенной схемы теплогенератора позволяет повысить качество отбора горячего потока воды и, следовательно, повысить его КПД.