RU2342607C1

RU2342607C1 - Vortex-type hydraulic heat generator

Info

Publication number: RU2342607C1
Application number: RU2007120923/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Геннадьевич Маринин (RU); Михаил Геннадьевич Маринин; Сергей Михайлович Мосалёв (RU); Сергей Михайлович Мосалёв; Виктор Иванович Наумов (RU); Виктор Иванович Наумов; Виктор Павлович Сыса (RU); Виктор Павлович Сыса
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: vortex-type hydraulic heat generator is meant for heat- and hot water supply of industrial and domestic objects, and for heating the process fluids. Hydraulic heat generator consists of a body having a conical part which is leakproof connected with a cylindrical part, inside which there arranged is a braking device, and a cone-shaped diaphragm with an outlet coaxially with which there located is a diffusion nozzle. Near the bottom of the body conical part there installed is a tangential nozzle inlet coaxially connected with an inlet connection to internal surface which is made in the form of a converging-diverging nozzle (de Laval nozzle). Body is placed in a cylindrical heat exchange shell, on the cylindrical surface of which there arranged is a leakproof hole made for tangential nozzle inlet, and at the bottom of which there located is an outlet connection. Between internal surface of heat exchange shell and external surface of the body cylindrical part there installed are diaphragms with through-holes; at that holes on adjacent diaphragms are not located coaxially. Heat exchange shell is covered with a heat-insulating material layer.

EFFECT: improving device efficiency and reducing power consumption.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, где кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в тепловую энергию, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, для подогрева технологических жидкостей.The invention relates to heat engineering, and in particular to devices where the kinetic energy of a moving fluid is converted into thermal energy, and can be used for heat and hot water supply of industrial and domestic facilities, for heating process fluids.

Известен термогенератор (RU N2177591, МПК F25В 9/04, 9/02, 29/00, опубл. 27.12.01 г.), принятый за прототип. Термогенератор содержит цилиндрический корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом на одном конце и тормозным устройством и вторым выходом на другом конце. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок. Тангенциальный сопловый ввод снабжен средством для придания вращательного движения жидкости, установленным на заданном расстоянии внутри трубопровода. Теплообменная обойма может быть снабжена двумя дополнительными патрубками - инжекционным патрубком, удлиненный конец которого помещен в полость первого выходного патрубка, расположенного внизу обоймы, и вторым выходным патрубком вверху обоймы.Known thermogenerator (RU N2177591, IPC F25V 9/04, 9/02, 29/00, published on 12/27/01), adopted as a prototype. The heat generator comprises a cylindrical body with a tangential nozzle inlet, an output at one end and a braking device and a second output at the other end. The casing is placed in a cylindrical heat transfer cage, on the surface of which there is a sealed hole for the tangential nozzle inlet and the outlet pipe. The tangential nozzle inlet is provided with means for imparting a rotational movement of the fluid, mounted at a predetermined distance within the pipeline. The heat exchange cage can be equipped with two additional nozzles - an injection pipe, the elongated end of which is placed in the cavity of the first outlet pipe located at the bottom of the cartridge, and a second outlet pipe at the top of the cartridge.

Недостатком прототипа является низкая теплопроизводительность.The disadvantage of the prototype is the low heat output.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности устройства и сокращения энергозатрат.The present invention solves the problem of increasing the efficiency of the device and reducing energy consumption.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании гидротеплогенератора, осуществляющего высокоэффективный нагрев жидкости, в том числе за счет использования естественных (природных) факторов или постоянно (длительно) действующих сопутствующих технологических факторов.The technical result obtained by the implementation of the invention is to create a hydrothermal generator that provides highly efficient heating of the liquid, including through the use of natural (natural) factors or constantly (for a long time) operating related technological factors.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидротеплогенераторе вихревого типа, содержащем корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом и тормозным устройством, помещенный в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок, новым является то, что корпус выполнен в виде усеченного конуса, к вершине которого примыкает цилиндрическая часть, тангенциальный сопловый ввод установлен на конической поверхности корпуса вблизи основания конуса, перед сопловым вводом установлен входной патрубок, внутренняя поверхность которого выполнена в форме сопла Лаваля, корпус имеет один выход, соосно с которым размещен патрубок в виде диффузорного насадка, между наружной цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы размещены диафрагмы с набором несоосных относительно друг друга отверстий, количество отверстий на диафрагме и количество диафрагм подбирается исходя из напора на входном патрубке, выходной патрубок размещен на торцевой поверхности цилиндрической теплообменной обоймы, наружная поверхность которой теплоизолирована.The specified technical result is achieved in that in a vortex-type hydrothermal generator containing a housing with a tangential nozzle inlet, an outlet and a brake device, placed in a cylindrical heat exchange sleeve, on the surface of which there is a sealed hole for the tangential nozzle inlet and an outlet pipe, the case is new made in the form of a truncated cone, to the top of which a cylindrical part adjoins, a tangential nozzle inlet is mounted on a conical surface and near the base of the cone, in front of the nozzle inlet, an inlet pipe is installed, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle, the casing has one outlet coaxially with which the pipe in the form of a diffuser nozzle is placed, between the outer cylindrical surface of the casing and the inner cylindrical surface of the heat transfer cage are diaphragms with a set of holes that are misaligned relative to each other, the number of holes on the diaphragm and the number of diaphragms is selected based on the pressure on the inlet pipe, the output pa cuttings placed on the end surface of the cylindrical heat exchanger cage, the outer surface of which is insulated.

Выполнение корпуса в виде усеченного конуса, к вершине которого примыкет цилиндрическая часть, с тангенциальным сопловым вводом, установленным на конической части поверхности корпуса вблизи основания конуса, обусловлено необходимостью создания спиралеобразного потока жидкости, который ускоряется при выходе из внутренней конической полости корпуса в цилиндрическую полость с одновременным нагревом жидкости.The execution of the housing in the form of a truncated cone, to the apex of which is adjacent the cylindrical part, with a tangential nozzle inlet mounted on the conical part of the surface of the housing near the base of the cone, due to the need to create a spiral-shaped fluid flow, which accelerates when leaving the inner conical cavity of the housing into a cylindrical cavity with simultaneous heated fluid.

Установка перед тангенциальным сопловым вводом входного патрубка, внутренняя поверхность которого выполнена в форме сопла Лаваля, позволяет придать потоку жидкости на выходе из патрубка значительное ускорение одновременно со значительным повышением температуры. Ускоренный поток попадает во внутреннюю коническую полость корпуса и закручивается с дальнейшим ускорением.The installation of an inlet pipe in front of the tangential nozzle inlet, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle, makes it possible to impart significant acceleration to the fluid flow at the outlet of the nozzle simultaneously with a significant increase in temperature. The accelerated flow enters the internal conical cavity of the housing and spins with further acceleration.

Наличие в корпусе одного выхода, расположенного после тормозного устройства, обусловлено необходимостью поддержания внутри корпуса стабильно высокого давления и создания однонаправленного потока жидкости. Процесс нагрева жидкости протекает наиболее эффективно при повышенном давлении.The presence in the housing of one outlet located after the brake device is due to the need to maintain a stable high pressure inside the housing and create a unidirectional fluid flow. The process of heating the liquid proceeds most efficiently at elevated pressure.

Размещение соосно с выходом корпуса патрубка в виде диффузорного насадка обеспечивает при одновременном увеличении расхода и скорости повышение теплопроизводительности при истечении жидкости из внутренней полости корпуса.Placement coaxially with the outlet of the nozzle body in the form of a diffuser nozzle provides, at the same time, an increase in flow rate and speed, an increase in heat output when liquid flows from the internal cavity of the body.

Размещение между наружной цилиндрической поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы диафрагм с набором несоосных относительно друг друга отверстий вызвано необходимостью прокачивания потока жидкости из диффузорного насадка с многократным торможением, сопровождающимся выделением тепловой энергии.The placement between the outer cylindrical surface of the housing and the inner cylindrical surface of the heat-exchange cage of the diaphragms with a set of holes that are not aligned relative to each other is caused by the need to pump a fluid flow from the diffuser nozzle with multiple braking, accompanied by the release of thermal energy.

Количество отверстий на диафрагме и количество диафрагм подбирается исходя из величины напора на входном патрубке при использовании источника естественного напора или с учетом мощности насоса. Таким образом можно регулировать потребляемую мощность насоса и количество произведенной тепловой энергии.The number of holes on the diaphragm and the number of diaphragms are selected based on the pressure on the inlet pipe when using a source of natural pressure or taking into account the power of the pump. In this way, the power consumption of the pump and the amount of heat generated can be regulated.

Размещение выходного патрубка на торцевой поверхности цилиндрической теплообменной обоймы обусловлено необходимостью обеспечения перед поступлением нагретой жидкости в систему теплопотребления ее торможения о дно теплообменной обоймы с выделением тепловой энергии.The placement of the outlet pipe on the end surface of the cylindrical heat transfer casing is due to the need to ensure that before the heated fluid enters the heat consumption system, it brakes about the bottom of the heat transfer cage with the release of heat energy.

При функционировании гидротеплогенератора от источника естественного или постоянно (длительно) действующего напора или от магистрали с избыточным давлением Р выходной патрубок соединен с системой теплопотребления, второй вход которой открыт и через который теплоноситель утилизируется или же соединен с магистралью. В этом случае необходимо наличие источника, обеспечивающего достаточный напор на входном патрубке, который бы обеспечивал нагрев жидкости за один проход через гидротеплогенератор.When the hydrothermal generator is operating from a source of natural or continuously (continuously) acting pressure or from a line with excess pressure P, the outlet pipe is connected to a heat consumption system, the second input of which is open and through which the heat carrier is disposed of or connected to the line. In this case, it is necessary to have a source that provides sufficient pressure at the inlet pipe, which would provide heating of the liquid in one pass through the hydrothermal generator.

Наружные поверхности теплообменной обоймы теплоизолированы, что позволяет сократить тепловые потери и повысить эффективность устройства в целом.The outer surfaces of the heat transfer cage are thermally insulated, which allows to reduce heat loss and increase the efficiency of the device as a whole.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are not known and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где наThe invention is illustrated by drawings, where

фиг.1 - общая схема гидротеплогенератора вихревого типа,figure 1 is a General diagram of a hydrothermal vortex type generator,

фиг.2 - схема подключения системы теплопотребления при использовании силового насоса,figure 2 - connection diagram of the heat consumption system when using a power pump,

фиг.3 - схема подключения системы теплопотребления при использовании естественных источников напора,figure 3 - connection diagram of a heat consumption system using natural sources of pressure,

фиг.4 - схема подключения системы теплопотребления при использовании избыточного давления магистрального трубопровода.figure 4 - connection diagram of the heat consumption system using overpressure of the main pipeline.

Гидротеплогенератор вихревого типа содержит корпус, имеющий коническую часть 1, герметично соединенную с цилиндрической частью 2. С другой стороны цилиндрической части 2 внутри нее размещено тормозное устройство 3: коническая диафрагма 4 с выходом 5, соосно с которым размещен диффузорный насадок 6. Вблизи основания конической части 1 корпуса установлен тангенциальный сопловый ввод 7, соосно соединенный с входным патрубком 8 с внутренней поверхностью, выполненной в форме сопла Лаваля. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму 9, на цилиндрической поверхности которой расположено герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода 7 и на дне 10 - выходной патрубок 11. Между внутренней цилиндрической поверхностью теплообменной обоймы 9 и наружной поверхностью цилиндрической части 2 корпуса установлены диафрагмы 12 со сквозными отверстиями 13, причем отверстия 13 на соседних диафрагмах 12 размещены несоосно. Теплообменная обойма 9 покрыта слоем 14 теплоизолирующего материала.The vortex-type hydrothermal generator contains a housing having a conical part 1, hermetically connected to the cylindrical part 2. On the other side of the cylindrical part 2, a brake device 3 is placed inside it: a conical diaphragm 4 with an outlet 5 coaxially with which the diffuser nozzle 6. is placed. Near the base of the conical part 1 of the casing, a tangential nozzle inlet 7 is mounted coaxially connected to the inlet pipe 8 with an inner surface made in the form of a Laval nozzle. The housing is placed in a cylindrical heat exchange sleeve 9, on the cylindrical surface of which there is a sealed hole for the tangential nozzle input 7 and at the bottom 10 - the outlet pipe 11. Between the inner cylindrical surface of the heat transfer sleeve 9 and the outer surface of the cylindrical part 2 of the housing are installed diaphragms 12 with through holes 13 moreover, the openings 13 on adjacent diaphragms 12 are misaligned. The heat exchange sleeve 9 is coated with a layer 14 of heat insulating material.

Гидротеплогенератор вихревого типа работает следующим образом.Vortex type hydrothermal generator operates as follows.

Рабочая жидкость поступает к входному патрубку 8 с внутренней поверхностью в форме сопла Лаваля, где приобретает значительное ускорение, сопровождающееся нагревом жидкости. Ускоренный поток жидкости движется к тангенциальному сопловому вводу 7, через который по касательной к внутренней поверхности конической части 1 поступает внутрь корпуса, где приобретает спиралеобразный характер движения, сопровождающийся нагревом жидкости. После перехода в цилиндричекую часть 2 поток жидкости опять ускоряется, сохраняя вращательный характер движения. В зоне тормозного устройства 3 поток разделяется на несколько различных потоков и тормозится. Изменение направления движения, а также скорости и давления жидкости приводит к ее нагреву. В конической диафрагме 4 формируется поток перед поступлением в выход 5. Миновав выход 5, поток жидкости проходит диффузорный насадок 6, после чего скорость движения потока жидкости увеличивается, поддерживая высокий уровень расхода. Здесь происходит очередное торможение, изменение направления жидкости с выделением тепловой энергии. Далее поток жидкости поступает в теплообменную обойму 9. Создаются два противоположно направленных потока жидкости, что повышает скорость нагрева за счет перераспределения энергии между потоком внутри конической части 1 и цилиндрической части 2 корпуса и потоком в теплообменной обойме 9, жидкость проходит через сквозные отверстия 13 диафрагм 12, в зонах которых происходит ее интенсивный нагрев. Далее поток жидкости тормозится о дно 10 и через выходной патрубок 11 поступает в систему теплопотребления. При использовании в качестве источника давления силового насоса второй вход системы теплопотребления соединен с его всасывающим патрубком. При использовании естественных или технологических источников напора выходной патрубок соединен с системой теплопотребления, второй вход которой открыт для утилизации отработанной жидкости. При использовании магистрального трубопровода с избыточным давлением ΔР второй вход системы теплопотребления соединен с магистралью.The working fluid enters the inlet pipe 8 with an inner surface in the form of a Laval nozzle, where it acquires significant acceleration, accompanied by heating of the fluid. The accelerated fluid flow moves to the tangential nozzle inlet 7, through which, tangentially to the inner surface of the conical part 1, enters the housing, where it acquires a spiral-like motion, accompanied by heating of the fluid. After the transition to the cylindrical part 2, the fluid flow is again accelerated, while maintaining the rotational nature of the movement. In the area of the braking device 3, the flow is divided into several different flows and is inhibited. Changing the direction of motion, as well as the speed and pressure of the liquid leads to its heating. In the conical diaphragm 4, a flow is formed before entering exit 5. Having passed exit 5, the fluid flow passes through the diffuser nozzles 6, after which the velocity of the fluid flow increases, maintaining a high flow rate. Here, another braking occurs, a change in the direction of the liquid with the release of thermal energy. Next, the fluid flow enters the heat transfer cage 9. Two oppositely directed fluid flows are created, which increases the heating rate due to the redistribution of energy between the flow inside the conical part 1 and the cylindrical part 2 of the casing and the flow in the heat transfer cage 9, the fluid passes through the through holes 13 of the diaphragms 12 in the zones of which its intense heating occurs. Next, the fluid flow is inhibited about the bottom 10 and through the outlet pipe 11 enters the heat consumption system. When using a power pump as a pressure source, the second input of the heat consumption system is connected to its suction pipe. When using natural or technological sources of pressure, the outlet pipe is connected to a heat consumption system, the second inlet of which is open for disposal of waste fluid. When using the main pipeline with excess pressure ΔР, the second input of the heat consumption system is connected to the main.

Claims

1. A vortex-type hydrothermal generator comprising a housing with a tangential nozzle inlet, an outlet and a brake device placed in a cylindrical heat exchange cage, on the surface of which there is a sealed hole for a tangential nozzle inlet and an outlet nozzle, characterized in that the housing is made in the form of a truncated cone, to the top of which is adjacent to the cylindrical part, the tangential nozzle inlet is mounted on the conical surface of the housing near the base of the cone, before the nozzle inlet is set an inlet pipe is inserted, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle, the casing has one outlet coaxially with which a pipe in the form of a diffuser nozzle is placed, between the outer cylindrical surface of the casing and the inner cylindrical surface of the heat-exchange cage are diaphragms with a set of holes that are not aligned with each other.

2. The vortex type hydrothermal generator according to claim 1, characterized in that the number of holes on the diaphragm and the number of diaphragms are selected based on the pressure at the inlet pipe.

3. The vortex-type hydrothermal generator according to claim 1, characterized in that the outlet pipe is placed on the end surface of the cylindrical heat transfer cage.

4. The vortex type hydrothermal generator according to claim 1, characterized in that the outer surfaces of the heat exchange sleeve are thermally insulated.