Устройство для нагрева жидкости

 

Устройство относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах отопления и аппаратах нагрева широкого назначения. Устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор с несколькими ускорителями жидкости, теплообменник, насос, соединенный с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником. В состав теплогенератора входит пространственная распределительная система, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения. За распределительной системой вниз по потоку жидкости установлена плоская решетка, например, в виде сетки. Внутренняя полость теплогенератора перед решеткой сообщена с расширительной емкостью. Техническим результатом является расширение области эффективного функционирования устройства при изменении температуры и давления в теплогенераторе. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева широкого назначения.

Предшествующий уровень техники.

Известно устройство для получения энергии, которое содержит две или более соединенные последовательно рабочие камеры. В каждой камере установлены рабочие колеса центробежного насоса с закрепленными на их периферии роторами, выполненными в виде перфорированных колец. Напротив каждого ротора закреплен статор, выполненный в виде перфорированного кольца. Рабочие камеры сообщены между собой посредством диффузоров (RU 5054064 C1, F 24 J 3/00, G 21 B 1/00, опубликовано 20.02.96).

Принцип работы описанного устройства основан на подаче жидкого рабочего вещества в камеру, где на него воздействуют периодически изменяющимся давлением, в результате чего образуются кавитационные пузырьки. При схлопывании пузырьков в жидкости выделяется энергия.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор, в котором помещен ускоритель жидкости, рабочий насос с электроприводом, сообщенный с теплогенератором через напорный патрубок, и теплообменник, связанный с теплогенератором через трубопровод с вентилем (RU 2045715, F 25 B 29/00, опубликовано 10.10.96).

Известное устройство обладает малой эффективностью тепловыделения в условиях изменения температуры и давления жидкости в замкнутом контуре при изменении внешних условий. Данное устройство достаточно эффективно функционирует лишь в узком интервале температур и давления жидкости.

Сущность изобретения.

Изобретение направлено на расширение области эффективного функционирования устройства при изменении температуры и давления в теплогенераторе, создавая тем самым условия для максимального тепловыделения в процессе устройства в работу и при изменении внешних факторов. Кроме того, решается задача по обеспечению регулирования процесса нагрева жидкости в устройстве.

Данные технические результаты достигаются за счет того, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем теплогенератор с ускорителем жидкости, теплообменник, насос с электроприводом, соединенный с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником, согласно настоящему изобретению в состав теплогенератора входит по меньшей мере один дополнительный ускоритель жидкости, пространственная распределительная система, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения, и плоская решетка, установленная за распределительной системой вниз по потоку жидкости, при этом внутренняя полость теплогенератора перед решеткой сообщена с расширительной емкостью.

Предпочтительно, чтобы степень уменьшения проходного сечения различных ускорителей изменялась в диапазоне от 1,6 до 10.

В качестве плоской решетки целесообразно использовать сетку с суммарным проходным сечением не менее 0,6 от проходного сечения полости теплогенератора.

Желательно, чтобы по меньшей мере один из ускорителей жидкости отличался по типу от остальных ускорителей, входящих в состав распределительной системы. В этом случае два ускорителя могут быть выполнены в виде трубок Вентури, а два других - в виде цилиндрических каналов, в которых поперечно установлены штифты.

Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых изображено следующее.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства для нагрева жидкости.

На фиг. 2 изображена пространственная распределительная система устройства с ускорителями жидкости.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор 1 цилиндрической формы, в котором установлена пространственная распределительная система 2. Теплогенератор 1 подключен к напорному патрубку 3 насоса 4, который приводится во вращение электродвигателем 5. На входе в насос 4 установлен вентиль 6 для согласования и регулирования работы всего устройства с теплообменником 7. Теплогенератор 1 содержит плоскую решетку 8, через которую жидкость поступает к теплообменнику 7. Внутренняя полость теплогенератора 1 перед плоской решеткой 8 соединена гидравлически с вертикально установленной расширительной емкостью 9 с разъемным верхним фланцем. В четырех продольных каналах системы 2 размещены два ускорителя жидкости в виде трубок Вентури 10 и два ускорителя в виде цилиндрических каналов с поперечно установленными штифтами 11.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сперва весь гидравлический контур заливают водой через расширительный бачок 9 так, чтобы в объеме расширительной емкости оставалась воздушная полость для возможности дальнейшего заполнения его жидкостью при ее нагревании. После заполнения подают напряжение на электродвигатель 5, насос 4 начинает прокачивать рабочую жидкость, например воду, через пространственную распределительную систему 2 теплогенератора 1. Жидкость в ускорителях жидкости разгоняется до возникновения кавитации, причем сперва в том ускорителе, где сужение выше. Другие ускорители не создают при низкой температуре и давлении развитой кавитации. Перед плоской решеткой 8 газовые и частично паровые пузыри поднимаются в расширительную емкость 9, которую для этого устанавливают вертикально на верхней стороне полости теплогенератора 1 перед плоской решеткой 8. Перед решеткой 8 за счет превращения кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления происходит интенсивная конденсация пара в пузырьковом потоке и сепарация газа путем подъема газовых пузырей в расширительную емкость 9. При работе устройства температура и давление повышаются, кавитация в ускорителях с сильным сужением переходит в струйную, из-за чего расход жидкости через эти ускорители уменьшается, а в ускорителях с более низкой степенью сужения увеличивается - в них образуется кавитация с отдельными пузырьками, которые наиболее эффективны с точки зрения тепловыделения. Различные формы ускорителей жидкости способствуют названному эффекту.

Целенаправленный переход тепловыделения, получаемого от одного типа ускорителей жидкости, например, от ускорителей в виде каналов со штифтами 11, к другому типу ускорителей, например в виде трубок Вентури 10, осуществляется вентилем 6, который позволяет также согласовать работу теплообменника 7 с теплогенератором 1.

В процессе работы за счет нагрева жидкость расширяется, но при использовании расширительной емкости 9 кавитация продолжается в одном из применяемых типов ускорителей жидкости.

Вышеописанное исполнение устройства для нагрева жидкости и применяемых ускорителей жидкости обеспечивает высокую эффективность работы установки при различных давлениях и температурах так как их индивидуальные характеристики по ускорению жидкости до возникновения кавитации, обеспечивающей эффект стабильного тепловыделения, взаимно дополняют друг друга, а все устройство оказывается в условиях эффективного функционирования какого-то одного или группы ускорителей. Индивидуальность характеристик ускорителей в основном определяется степенью местного уменьшения проходного сечения в диапазоне 1,6. . .10. Нижняя граница определяется возможностью разгона жидкости до кавитации, а верхняя ограничивает потери давления и предотвращает образование устойчивого парожидкостного потока без конденсации и, следовательно, без дополнительного тепловыделения в жидкости. Установка плоской решетки 8 позволяет поднять перед ней статическое давление пузырей пара. Дополнительное повышение степени конденсации пара и сепарация растворенного газа обеспечивается за счет использования расширительной емкости, соединенной с внутренней полостью цилиндрического корпуса теплогенератора 1 перед плоской решеткой 8. Площадь проходного сечения плоской решетки 8, выполненной, например, в виде сетки, составляет не менее 0,6 от площади проходного сечения цилиндрического корпуса теплогенератора 1. Данное условие определяет возможность преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления при малом загромождении потока и малой степени сужения.

Результаты испытания устройства для нагрева жидкости, в качестве которой использовалась вода, выполненного согласно настоящему изобретению, представлены в таблице (см. в конце описания) В приведенной таблице используются следующие обозначения: G - расход воды; W - электрическая мощность, подведенная к насосу; t_ос - температура окружающей среды в помещении; t_тг - температура воды теплогенератора; W - теплопроизводительность устройства; τ - время нагрева,.

Проведенные испытания показали высокую эффективность предложенного способа, который не зависит от температуры окружающей среды и времени нагрева. Теплопроводность устройства, основанного на патентуемом изобретении, составляет не менее 10⁶ кал/ч.

Таким образом, патентуемое устройство для нагрева жидкости позволяет повысить эффективность тепловыделения в процессе запуска устройства в работу и при изменении давления и температур в теплогенераторе.

Промышленная применимость.

Устройство для нагрева жидкости согласно настоящему изобретению может быть использовано в теплоэнергетических установках различного назначения, например в отопительных системах, в бытовых автономных установках, а также в промышленных стационарных системах для генерации энергии.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор с ускорителем жидкости, теплообменник, насос с электроприводом, соединенный с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником, отличающееся тем, что в состав теплогенератора входят по меньшей мере один дополнительный ускоритель жидкости, пространственная распределительная система, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения, и плоская решетка, установленная за распределительной системой вниз по потоку жидкости, при этом внутренняя полость теплогенератора перед решеткой сообщена с расширительной емкостью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что степень уменьшения проходного сечения различных ускорителей изменяется в диапазоне от 1,6 до 10.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве плоской решетки используется сетка с суммарным проходным сечением не менее 0,6 от проходного сечения полости теплогенератора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из ускорителей жидкости отличается по типу от остальных ускорителей, входящих в состав распределительной системы.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что два ускорителя жидкости выполнены в виде трубок Вентури, а два других - в виде цилиндрических каналов, в которых поперечно установлены штифты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3