RU2188366C1

RU2188366C1 - Mechanical heat generator

Info

Publication number: RU2188366C1
Application number: RU2001100194/06A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Назырова; М.П. Леонов
Original assignee: Назырова Наталья Ивановна; Леонов Михаил Павлович
Priority date: 2001-01-03
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2002-08-27

Abstract

FIELD: heat-power engineering; heating systems for living and industrial rooms; hot water supply systems. SUBSTANCE: proposed heat generator has reservoir, supply and discharge branch pipes, heat exchanger and water heater, heat exchanger simultaneously performing function of water circular motion damper, it is made in form of perforated casing; water heater consists of disks and diaphragms mounted between them, upper cover, discharge branch pipe fitted on upper cover and provided with internal Archimedean screw, lower cover, flange changing to shaft and tightening rods; disks consist of tear-shaped segments separated by passages whose surfaces are plotted by involute; cavity formed between outer and inner parts of segments interconnected by stiffening members has outlets to outer side of disk and to passage between segments. EFFECT: enhanced efficiency of heating water without circulating pump; enhanced reliability and durability. 3 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и, в частности, к устройствам для нагрева воды и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений и для нагрева воды для производственных и бытовых нужд. The invention relates to heat engineering and, in particular, to devices for heating water and can be used in heating systems of buildings and structures and for heating water for industrial and domestic needs.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров воды, в частности давления, объема и скорости, для получения тепловой энергии. Known devices of heat pumps using changes in the physico-mechanical parameters of water, in particular pressure, volume and speed, to produce thermal energy.

Например, тепловой насос по а.с. 458691. Но недостатком его является очень высокое рабочее давление до 1000 атм, развиваемое в корпусе, которое требует повышенной прочности корпусных деталей установки, запорной арматуры и т.п., что приводит к значительным материальным затратам и опасно для отопления жилых помещений. For example, a heat pump by a.s. 458691. But its disadvantage is the very high working pressure of up to 1000 atm, developed in the housing, which requires increased strength of the plant housing parts, shutoff valves, etc., which leads to significant material costs and is dangerous for heating residential premises.

В качестве прототипа выбран "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости", патент 2045715, состоящий из теплогенератора, включающего ускорители движения жидкости - перепускной патрубок и циклон, тормозные устройства, и сетевого насоса с инжекционным патрубком. Недостатками прототипа являются кавитационный принцип нагрева воды, уменьшающий сроки эксплуатации устройства, так как кавитация разрушает элементы конструкции; сложность конструкции - наличие двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства. As a prototype, “Heat generator and a device for heating liquids” was selected, patent 2045715, consisting of a heat generator, including liquid accelerators - a bypass pipe and a cyclone, braking devices, and a mains pump with an injection pipe. The disadvantages of the prototype are the cavitation principle of heating water, which reduces the life of the device, since cavitation destroys the structural elements; design complexity - the presence of two separate units - a heat generator and a pump; drop in efficiency with increasing power of the device.

Задача изобретения - обеспечение эффективного нагрева воды без применения традиционных теплоносителей, упрощение конструкции, обеспечение высокого коэффициента полезного действия, снижение затрат электроэнергии, улучшение эксплуатационных качеств - надежности и долговечности. The objective of the invention is the provision of effective heating of water without the use of traditional coolants, simplification of the design, ensuring a high efficiency, reducing energy costs, improving performance - reliability and durability.

На фиг. 1 показан общий вид теплогенератора; на фиг. 2 показан водонагреватель; на фиг. 3 показан диск; на фиг. 4 показан сегмент. In FIG. 1 shows a general view of a heat generator; in FIG. 2 shows a water heater; in FIG. 3 shows a disk; in FIG. 4 shows a segment.

Теплогенератор механический состоит из емкости 1 (фиг. 1), содержащей подводящий патрубок 2 для подачи холодной воды и отделяющий ее от горячей, выходной патрубок 3 для отвода горячей воды, теплообменник 4, в котором размещен водонагреватель 5, опирающийся на подшипниковый узел 6 и приводящийся во вращение через муфту 7 высокооборотным электродвигателем 8. The mechanical heat generator consists of a tank 1 (Fig. 1), containing an inlet pipe 2 for supplying cold water and separating it from the hot one, an outlet pipe 3 for draining hot water, a heat exchanger 4, in which a water heater 5 is mounted, supported by a bearing assembly 6 and driven in rotation through the coupling 7 by a high-speed electric motor 8.

Водонагреватель 5 (фиг. 2), размещенный в теплообменнике 4, одновременно являющимся гасителем кругового движения воды и представляющим собой перфорированный кожух, состоит из дисков 9, устанавливаемых между ними диафрагм 10, верхней крышки 11 и установленного на ней нагнетающего патрубка 12, снабженного внутренним винтом Архимеда, нижней крышки 13, фланца 14, переходящего в вал 15, стягивающих стержней 16. The water heater 5 (Fig. 2), located in the heat exchanger 4, simultaneously being a damper for circular motion of water and representing a perforated casing, consists of disks 9, installed between them a diaphragm 10, a top cover 11 and a discharge pipe 12 mounted on it, equipped with an internal screw Archimedes, bottom cover 13, flange 14, passing into the shaft 15, tightening rods 16.

Диск 9 (фиг. 3) диаметром "Д" и высотой "в", в центральной части которого имеется цилиндрическая полость диаметром "д", состоит из равных между собой сегментов 17 каплевидной формы, между которыми на всю высоту "в" диска 9 предусмотрены каналы 18 для прохода воды, поверхности которых построены по эвольвенте. Disk 9 (Fig. 3) with a diameter of "D" and a height of "c", in the central part of which there is a cylindrical cavity with a diameter of "d", consists of equal drop-shaped segments 17, between which the entire height "in" of the disk 9 is provided channels 18 for the passage of water, the surfaces of which are constructed on an involute.

В каждом сегменте 17 (фиг. 4), состоящем из соединенных между собой элементами жесткости 19 внутренней части 20 и наружных частей 21, предусмотрены отверстия 22 (фиг. 3, 4) для стягивающих стержней 16, а также полость 23, где образуется вакуум при сбросе воды через выход 24 на внешнюю сторону диска 9 и через выходы 25 в канал 18. In each segment 17 (Fig. 4), consisting of interconnected stiffeners 19 of the inner part 20 and the outer parts 21, holes 22 (Figs. 3, 4) are provided for the tightening rods 16, as well as a cavity 23, where a vacuum is formed at water discharge through outlet 24 to the outer side of disk 9 and through outlets 25 to channel 18.

Выход 24 и выходы 25, а также канал 18 в его выходной части для устранения явления кавитации выполнены под углом 45^o (фиг. 3, 4).The output 24 and the outputs 25, as well as the channel 18 in its output part, to eliminate the phenomenon of cavitation are made at an angle of 45 ^o (Fig. 3, 4).

Теплогенератор работает следующим образом. При вращении водонагревателя 5 через муфту 7 высокооборотным электродвигателем 8 холодная вода, принудительно поступая из подводящего патрубка 2 через нагнетающий патрубок 12 в центральную полость составляющих водонагреватель 5 дисков 9, под действием центробежной силы, с большой скоростью и под большим давлением выходит как из центральной полости диска 9 по каналам 18 в теплообменник 4, так и из полости 23 через выходы 24 и 25, при этом в полости 23 образуется вакуум. The heat generator operates as follows. When the water heater 5 is rotated through the coupling 7 by a high-speed electric motor 8, cold water is forced to flow from the inlet pipe 2 through the discharge pipe 12 into the central cavity of the disks 9 of the water heater 5, under the action of centrifugal force, at high speed and under high pressure, it leaves the central cavity of the disk 9 through channels 18 to the heat exchanger 4, and from the cavity 23 through the outputs 24 and 25, while a vacuum is formed in the cavity 23.

В каналах 18, на границах зон высокого давления и вакуума, согласно известному явлению, имеющему место при адиабатических процессах, локальная температура в приграничных областях зон достигает 10000^oС, что приводит к разогреву воды к моменту выхода ее из каналов 18 в теплообменник 4 до 100^oС и выше.In channels 18, at the boundaries of high-pressure and vacuum zones, according to the well-known phenomenon that occurs during adiabatic processes, the local temperature in the border regions of the zones reaches 10,000 ^° C, which leads to heating of water by the time it leaves channel 18 to heat exchanger 4 to 100 ^o C and above.

Проходя через перфорацию и открытую верхнюю часть теплообменника 4, горячая вода через выходной патрубок 3 поступает в систему горячего водоснабжения или отопления. Passing through the perforation and the open upper part of the heat exchanger 4, hot water through the outlet pipe 3 enters the hot water supply or heating system.

Наиболее эффективный нагрев воды осуществляется при соотношении диаметра "Д" диска 9 (фиг. 3) к диаметру "д" внутренней полости диска 9 как 3:1 и высоте "в" диска 9 (фиг.3), составляющей 10-15% от диаметра "Д" диска 9, при трех сегментах 17 в диске 9, при одном выходе 24 (фиг. 4) на внешнюю сторону диска 9 и трех выходах 25 (фиг. 4) в канал 18, и линейной скорости точек, находящихся на внешней стороне диска 9, в пределах 95-110 м/сек. The most effective heating of water is carried out with a ratio of the diameter "D" of the disk 9 (Fig. 3) to the diameter "d" of the internal cavity of the disk 9 as 3: 1 and a height "in" of the disk 9 (Fig. 3), which is 10-15% of diameter "D" of the disk 9, with three segments 17 in the disk 9, with one output 24 (Fig. 4) to the outside of the disk 9 and three exits 25 (Fig. 4) to the channel 18, and the linear speed of the points located on the external drive side 9, within 95-110 m / s.

Мощность теплогенератора можно изменять дополнительной установкой дисков 9 и диафрагм или изменением оборотов электродвигателя 8. The power of the heat generator can be changed by additional installation of disks 9 and diaphragms or by changing the speed of the electric motor 8.

Компановка теплогенератора может быть как горизонтальной, так и вертикальной, с верхним или нижним расположением электродвигателя 8. The layout of the heat generator can be either horizontal or vertical, with the top or bottom location of the electric motor 8.

Создаваемое водонагревателем избыточное давление воды в емкости 1 позволяет теплогенератору выполнять функции циркуляционного насоса. The excess pressure of the water created in the tank 1 allows the heat generator to perform the functions of a circulation pump.

Преимуществами предлагаемого теплогенератора является простота конструкции, состоящей из одного агрегата и исключающей необходимость в насосе, создающем сжатие рабочей среды, так как сжатие обеспечивается самой конструкцией водонагревателя; уменьшение возможности разрушения деталей конструкции, т. е. повышается срок эксплуатации устройства, потому что явление кавитации устраняется выполнением выходов воды из сегментов и дисков под углом 45^o; упрощение конструкции, достигаемое за счет отсутствия разгонных и тормозных устройств, т. к. необходимые давление, скорость и температура создаются непосредственно в водонагревателе.The advantages of the proposed heat generator are the simplicity of the design, consisting of one unit and eliminating the need for a pump that creates a compression of the working environment, since the compression is provided by the design of the water heater; reducing the possibility of destruction of structural parts, that is, increases the life of the device, because the cavitation phenomenon is eliminated by performing water outlets from segments and disks at an angle of 45 ^o ; simplification of the design, achieved due to the lack of acceleration and braking devices, because the necessary pressure, speed and temperature are created directly in the water heater.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается теплогенератор с числом оборотов электродвигателя до 10000 об/мин. При этом водонагреватель состоит из 5 дисков с диаметром "Д" 210 мм, диаметром "д" цилиндрической полости 70 мм и высотой "в" 30 мм, в каждом из которых предусмотрено три сегмента, имеющих по четыре выхода из полости, где образуется вакуум, с шириной каналов между дисками в перпендикулярном сечении 2 мм. Диаметр отверстий перфорации теплообменника 3 мм. Температура воды на выходе до 100^oС, выходная мощность 3 кВт, потребляемая мощность 1 кВт.In accordance with the essence of the invention, a heat generator with an engine speed of up to 10,000 rpm is manufactured. In this case, the water heater consists of 5 disks with a diameter of "D" 210 mm, a diameter of "d" of a cylindrical cavity of 70 mm and a height of "30", each of which has three segments having four exits from the cavity where the vacuum is generated, with a channel width between the disks in a perpendicular section of 2 mm. The diameter of the holes of the perforation of the heat exchanger is 3 mm. The outlet water temperature is up to 100 ^o C, the output power is 3 kW, the power consumption is 1 kW.

Claims

1. Mechanical heat generator, containing a tank, inlet and outlet pipes, a heat exchanger and a water heater, characterized in that the heat exchanger, which is also a quencher of circular motion of water, is a perforated casing, and the water heater consists of disks installed between them apertures, a top cover installed on the top cover of the discharge pipe, equipped with an internal screw of Archimedes, the bottom cover, the flange passing into the shaft, and the tightening rods, and the disks consist of a separate x drop-shaped segments separated by channels whose surfaces are constructed on the involute, and between the outer and inner parts of segments interconnected stiffening elements, a cavity, having outputs to the outside of the disk and in the channel between segments.

2. The heat generator according to claim 1, characterized in that the water heater is supported by a bearing assembly and rotated through a coupling by an electric motor, the arrangement being horizontal, vertical, with an upper or lower position of the electric motor.

3. The heat generator according to claim 1, characterized in that the power of the heat generator is controlled by changing the number of installed disks and diaphragms or by changing the number of revolutions of the electric motor.