Жидкостной теплогенератор

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах отопления и подогрева жидкостей, а также для смешивания жидкостей при различных технологических процессах. Жидкостной теплогенератор содержит корпус с входным патрубком и соединенную с корпусом камеру закрутки с тангенциальными отверстиями и выходным соплом. Камера закрутки с выходным соплом выполнена двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки, каждая со своим выходным соплом, причем закрутка жидкости в камерах производится в противоположных направлениях. Техническим результатом является повышение тепловыделения и эффективности перемешивания жидкостей, уменьшение металлоемкости и стоимости жидкостного теплогенератора. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение преимущественно относится к теплотехнике и может быть использовано в различных системах отопления, а также для подогрева жидкостей для производственных и бытовых нужд.

Изобретение может быть использовано также для смешивания и получения эмульсий жидкостей при различных технологических процессах.

Известны устройства, использующие изменения параметров жидкости (давление, скорость течения) для получения тепловой энергии или смешивания жидкостей, см., например, инжекторный струйный смеситель по заявке 95117191/20 17.10.95 г. (патент 3563 U1), теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей по заявке 93021742/06 26.04.93 г. (патент RU 2045715 C1).

Смеситель по заявке 95117191/20 содержит камеру смешения, камеру гомогенизации с выходным соплом и сплошную перегородку с лопатками на периферии, установленную перпендикулярно потоку жидкости в выходном сопле камеры гомогенизации.

Камера смешения выполнена в поперечном сечении в форме спирали и снабжена двумя отверстиями для подвода жидкостей: в боковой стенке для подвода в спиральную часть и в торцевой стенке для подвода вдоль оси камеры.

Указанный смеситель не обеспечивает достаточной тонкости смешения жидкостей, поскольку сплошная перегородка с лопатками на периферии имеет небольшую длину в направлении потока жидкости, и подвод одной жидкости в камеру смешения производится через отверстие в торцевой стенке вдоль оси камеры смешения без закрутки.

Теплогенератор по заявке 93021742/06, патент 2045715 содержит циклон (камеру закрутки) и соединенный с ним цилиндрический корпус с тормозным устройством в виде нескольких радиально расположенных на центральной втулке ребер.

Недостатками указанного теплогенератора являются значительные габариты, а следовательно, металлоемкость и стоимость, вызванные большой длиной цилиндрического корпуса теплогенератора, и недостаточно полное использование энергии движущейся жидкости, обусловленное принятой конструкцией тормозного устройства.

В качестве наиболее близкого к изобретению по совокупности существенных признаков технического решения - прототипа принят теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей по заявке 93021742/06, патент 2045715.

Целью изобретения является повышение эффективности нагрева жидкости и смешения жидкостей, уменьшение металлоемкости и стоимости жидкостного теплогенератора.

Поставленная задача решается использованием совокупности следующих существенных признаков.

Жидкостной теплогенератор содержит корпус с входным патрубком и соединенную с корпусом камеру закрутки с тангенциальными отверстиями и выходным соплом.

Жидкость электронасосом подается во входной патрубок корпуса, через тангенциальные отверстия попадает в камеру закрутки, разгоняется, получает вращательное движение и поступает в выходное сопло.

Отличительными признаками изобретения являются: - камера закрутки с выходным соплом выполнена двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки каждая со своим выходным соплом; - наружный диаметр внутренней камеры закрутки выполнен равным или меньшим 0,9(D-2d), где D - внутренний диаметр наружной камеры закрутки; d - диаметр тангенциальных отверстий наружной камеры закрутки, а наружный диаметр выходного сопла внутренней камеры закрутки выполнен равным или меньшим 0,7 внутреннего диаметра выходного сопла наружной камеры закрутки; - торец выходного сопла внутренней камеры закрутки расположен внутри выходного сопла наружной камеры закрутки на расстоянии от торца выходного сопла наружной камеры закрутки, равном или большем 1,5 внутреннего диаметра выходного сопла внутренней камеры закрутки; - тангенциальные отверстия внутренней камеры закрутки и тангенциальные отверстия наружной камеры закрутки выполнены направленными в противоположные стороны; - корпус с входным патрубком выполнен двухполостным в виде двух концентрично расположенных один в другом корпусов каждый со своим входным патрубком, причем полость внутреннего корпуса соединена с полостью внутренней камеры закрутки, а полость наружного корпуса соединена с полостью наружной камеры закрутки.

Выполнение жидкостного теплогенератора с указанными отличительными признаками позволяет: - повысить тепловыделение и эффективность перемешивания жидкостей за счет обеспечения в примененной конструкции жидкостного теплогенератора взаимодействия на внутренней стенке выходного сопла наружной камеры закрутки двух потоков жидкости, имеющих закрутку в противоположных направлениях; - уменьшить длинновые габариты жидкостного теплогенератора за счет того, что камера закрутки с выходным соплом выполнена двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки каждая со своим выходным соплом и обеспечено взаимодействие двух потоков жидкости, имеющих противоположное направление закрутки, на внутренней поверхности выходного сопла наружной камеры закрутки, а следовательно, уменьшить металлоемкость и стоимость жидкостного теплогенератора;
- раздельно производить подачу разных жидкостей благодаря тому, что корпус с входным патрубком выполнен двухполостным в виде двух концентрично расположенных один в другом корпусов каждый со своим входным патрубком, причем полость внутреннего корпуса соединена с полостью внутренней камеры закрутки, а полость наружного корпуса соединена с полостью наружной камеры закрутки.

На фиг. 1 представлен общий вид жидкостного теплогенератора с вариантом однополостного корпуса, на фиг. 2 - разрез жидкостного теплогенератора по тангенциальным отверстиям внутренней камеры закрутки, на фиг. 3 - разрез жидкостного теплогенератора по тангенциальным отверстиям наружной камеры закрутки, на фиг. 4 - общий вид жидкостного теплогенератора с вариантом двухполостного корпуса, на фиг. 5 - разрез жидкостного теплогенератора с двухполостным корпусом по тангенциальным отверстиям внутренней камеры закрутки.

Жидкостной теплогенератор, см. фиг. 1, 2, 3, содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и соединенную с корпусом камеру закрутки с тангенциальными отверстиями и выходным соплом.

Камера закрутки выполнена двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки каждая со своим выходным соплом:
- внутренней камеры закрутки 3 с выходным соплом 4;
- наружной камеры закрутки 8 с выходным соплом 7.

В жидкостном теплогенераторе с вариантом с двухполостного корпуса, см. фиг. 4, 5, корпус с входным патрубком выполнен двухполостным в виде двух концентрично расположенных один в другом корпусов каждый со своим входным патрубком:
- внутреннего корпуса 11 с входным патрубком 12;
- наружного корпуса 13 с входным патрубком 14.

Полость внутреннего корпуса 11 соединена с полостью внутренней камеры закрутки 3, а полость наружного корпуса 13 соединена с полостью наружной камеры закрутки 8.

Наружный диаметр внутренней камеры закрутки 3 выполнен равным или меньшим 0,9(D-2d),
где D - внутренний диаметр наружной камеры закрутки 8;
d - диаметр тангенциальных отверстий 10 наружной камеры закрутки 8,
а наружный диаметр выходного сопла 4 внутренней камеры закрутки выполнен равным или меньшим 0,7 внутреннего диаметра выходного сопла 7 наружной камеры закрутки 8.

Торец 5 выходного сопла 4 внутренней камеры закрутки 3 расположен внутри выходного сопла 7 наружной камеры закрутки 8 на расстоянии от торца 6 выходного сопла 7 наружной камеры закрутки 8, равном или большем 1,5 внутреннего диаметра выходного сопла 4 внутренней камеры закрутки 3.

Тангенциальные отверстия 9 внутренней камеры закрутки 3 и тангенциальные отверстия 10 наружной камеры закрутки 8 выполнены направленными в противоположные стороны.

При работе жидкостного теплогенератора с вариантом однополостного корпуса жидкость подается электронасосом через входной патрубок 2 в корпус 1.

В корпусе 1 поток жидкости разделяется на два потока:
- первый поток жидкости через тангенциальные отверстия 10 поступает в наружную камеру закрутки 8, получает закрутку в плоскости, перпендикулярной продольной оси теплогенератора и выводится в выходное сопло 7;
- второй поток жидкости через тангенциальные отверстия 9 поступает во внутреннюю камеру закрутки 3, получает закрутку в плоскости, перпендикулярной продольной оси теплогенератора и выводится в выходное сопло 4, причем направление закрутки потока жидкости во внутренней камере противоположно направлению закрутки потока жидкости в наружной камере вследствие того, что тангенциальные отверстия внутренней камеры закрутки и тангенциальные отверстия наружной камеры закрутки выполнены направленными в противоположные стороны.

При работе жидкостного теплогенератора с вариантом двухполостного корпуса:
- одна жидкость подается электронасосом через входной патрубок 14 в наружный корпус 13, через тангенциальные отверстия 10 поступает в наружную камеру закрутки 8, получает закрутку в плоскости, перпендикулярной продольной оси теплогенератора и выводится в выходное сопло 7;
- другая жидкость подается электронасосом через входной патрубок 12 во внутренний корпус 11, через тангенциальные отверстия 9 поступает во внутреннюю камеру закрутки 3, получает закрутку в плоскости, перпендикулярной продольной оси теплогенератора и выводится в выходное сопло 4.

Выполнение внутренней камеры закрутки 3 и выходного сопла 4 и наружной камеры закрутки 8 и выходного сопла 7 с указанным выше соотношением размеров позволяет разместить внутреннюю камеру с выходным соплом внутри газового вихря, образующегося при закрутке потока жидкости в наружной камере, не нарушая при этом процесса протекания потока жидкости по наружной камере и выходному соплу наружной камеры.

При достижении потоком жидкости, проходящим через внутреннюю камеру 3, торца 5 выходного сопла 4, расположенного внутри выходного сопла 7 наружной камеры закрутки 8 на указанном выше расстоянии от торца 6 выходного сопла наружной камеры закрутки, поток жидкости под действием центробежных сил отбрасывается на периферию, т.е. на внутреннюю поверхность выходного сопла 7, по которой течет поток жидкости из наружной камеры закрутки.

При взаимодействии на внутренней поверхности выходного сопла 7 наружной камеры закрутки 8 двух потоков жидкости, имеющих противоположное направление закрутки, происходит взаимное внедрение, резкое торможение и интенсивное перемешивание потоков жидкости с выделением тепла за счет изменения кинетической энергии потоков жидкости.

Закрутка двух потоков жидкости в противоположном направлении во внутренней и наружной камерах закрутки и последующее их взаимодействие на внутренней поверхности выходного сопла наружной камеры закрутки, обеспечиваемые конструкцией жидкостного теплогенератора, повышают тепловыделение и эффективность перемешивания жидкостей при работе жидкостного теплогенератора.

Выполнение камеры закрутки с выходным соплом двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки каждая со своим выходным соплом и обеспечение взаимодействия двух потоков жидкости, имеющих противоположное направление закрутки, на внутренней поверхности выходного сопла наружной камеры закрутки позволяет уменьшить длинновые габариты жидкостного теплогенератора, а следовательно, уменьшить металлоемкость и стоимость жидкостного теплогенератора.

В соответствии с сущностью изобретения были изготовлены и испытаны опытные образцы жидкостного теплогенератора. Получены положительные результаты испытаний.

Формула изобретения

1. Жидкостной теплогенератор, содержащий корпус с входным патрубком и соединенную с корпусом камеру закрутки с тангенциальными отверстиями и выходным соплом, отличающийся тем, что камера закрутки с выходным соплом выполнена двухполостной в виде двух концентрично расположенных одна в другой камер закрутки, каждая со своим выходным соплом.

2. Жидкостной теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что наружный диаметр внутренней камеры закрутки выполнен равным или меньшим 0,9(D - 2d), где D - внутренний диаметр наружной камеры закрутки; d - диаметр тангенциальных отверстий наружной камеры закрутки, а наружный диаметр выходного сопла внутренней камеры закрутки выполнен равным или меньшим 0,7 внутреннего диаметра выходного сопла наружной камеры закрутки.

3. Жидкостной теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что торец выходного сопла внутренней камеры закрутки расположен внутри выходного сопла наружной камеры закрутки на расстоянии от торца выходного сопла наружной камеры закрутки равном или большем 1,5 внутреннего диаметра выходного сопла внутренней камеры закрутки.

4. Жидкостной теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что тангенциальные отверстия внутренней камеры закрутки и тангенциальные отверстия наружной камеры закрутки выполнены направленными в противоположные стороны.

5. Жидкостной теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что корпус с входным патрубком выполнен двухполостным в виде двух концентрично расположенных один в другом корпусов, каждый со своим входным патрубком, причем полость внутреннего корпуса соединена с полостью внутренней камеры закрутки, а полость наружного корпуса соединена с полостью наружной камеры закрутки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5