RU32868U1 - Гидравлический кавитационный теплогенератор - Google Patents

Description

ГВДРАВЛИЧЕСКИЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Полезная модель относится к области теплоснабжения и может быть использована для отопления и горячего водоснабжения экологически чистым способом любых потребителей тепла, в том числе в тех помещениях, в которых по различным причинам невозможно размещение теплогенераторов, работающих как на жидком, так и на твердом топливе, а также там, где отсутствуют централизованные источники теплоснабжения. Заявляемый в качестве полезной модели теплогенератор найдет применение в качестве источника тепла в жилых и промыщленных зданиях и сооружениях, а также в тепличных хозяйствах. При совмещении с теплообменниками такой теплогенератор обеспечит горячее теплоснабжение отдельным контуром. Теплогенератор может быть также использован в качестве догревающего модуля воды в системе горячего теплоснабжения. Будучи смонтированным совместно с дизель-электрическими станциями теплогенератор обеспечит обогрев зданий и сооружений в аварийных ситуация.х.

Известен генератор тепла, содержащий внутреннюю камеру с ускорителем движения теплоносителя, выполненным в виде циклона, и с входным патрубком для подключения к насосу, и наружную камеру с выходным патрубком, охватывающую внутреннюю камеру с образованием кольцевого зазора между ними, при этом в зазоре между камерами имеется спиральный канал ( см. патент RU 2129689, F 25 В 29/00, 1999 г.). Известный генератор имеет достаточно сложную конструкцию, предусматривающую

наличие циклонного ускорителя, шнековых завихрителеи и двухкамерного корпуса со спиральными каналами. Кроме того, для известного генератора характерна сравнительно низкая эффективность использования мощности силового насоса - нагнетателя, поскольку эффективность энергетического контура при данной конструкции в основном определяется кавитационным эффектом внутренней камеры, так как все возмущения (завихрения) теплоносителя происходят в основном в ней по причине разгона теплоносителя по окружности цилиндра. Во втором же спиральном отделе теплоноситель переходит к режиму протекания, близкому к ламинарному, где практически отсутствуют какие-либо возмущения.

Известен теплогенератор для нагрева жидкостей, содержащий цилиндрический корпус, имеющий в основании нижней части и в верхней части циклон-ускоритель потока жидкости с входным инжекционным патрубком. Нижняя и верхняя части корпуса соединены цилиндрической вставкой с двумя тормозными устройствами, при этом в середине вставки между тормозными устройствами установлен выходной патрубок (см. патент RU 2179284, F 24 D 3/02, 2000 г.). В известном теплогенераторе недостаточно полно используется энергия движущейся жидкости, что обусловлено конструкцией используемых тормозных устройств.

Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор с ускорителями жидкости, теплообменник, насос с электроприводом, соединенный с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником. Теплогенератор имеет пространственную распределенную систему, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения, и плоскую решетку, установленную за распределительной системой вниз по потоку жидкости. Внутренняя полость теплогенератора перед решеткой

сообщена с расширительной емкостью. Жидкость в ускорителях разгоняется до возникновения кавитации, причем сначала в том ускорителе, где сужение выше. В устройстве используются два типа ускорителей: ускорители в виде каналов со штифтами и ускорители в виде трубок Вентури. 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 (см. патент RU 2132025, F 25 В 29/00, 1999 г.). Известное устройство имеет ограниченное применение, т.к. его конструкция предусматривает использование в одной системе с теплообменником и не предназначена для работы в автономном режиме.

Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию конструкции гидравлического кавитационного теплогенератора, который позволит решить проблему энергетического обеспечения практически любых сооружений и при любых условиях их эксплуатации экологически чистым путем с возможностью рационального использования энергоносителей и получения дешевой энергии.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении полезной модели - это повышение теплопроизводительности гидравлического кавитационного теплогенератора и упрощение его конструкции.

Для достижения указанного технического результата предлагается гидравлический кавитационный теплогенератор, образующий замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя, который включает силовой насос в качестве побудителя движения теплоносителя в контуре и цилиндрический трубопровод. Внутри трубопровода на расстоянии одна от другой установлены трубы Вентури, разделяющие трубопровод на кавитационные секции (камеры).

включающие входную, выходную и, по меньшей мере, одну промежуточную секции. Выходная кавитационная секция трубопровода подсоединена к входу силового насоса, а входная кавитационная секция трубопровода - к выходу силового насоса. На входном участке входной кавитационной секции трубопровода расположен активатор кавитационного процесса, включающий дополнительные трубы Вентури, тангенциально установленные по отношению к периметру входной кавитационной секции. Внутри выходной кавитационной секции, сообщающейся с патрубками отбора теплоносителя из замкнутого контура и возврата его в замкнутый контур, установлен успокоитель кавитационного процесса, обеспечивающий ламинарный ток теплоносителя на входе в силовой насос.

Торец трубопровода, ближайший к зоне размещения активатора кавитационного процесса, закрыт заглушкой.

Активатор кавитационного процесса дополнительно включает конический элемент для центрирования кавитационного потока, смонтированный своим основанием на поверхности заглушки, обращенной в сторону полости трубопровода, и расположенный по оси входного участка входной кавитационной секции в зоне выпускных участков дополнительных труб Вентури.

Активатор кавитационного процесса может дополнительно включать щнековые лепестки установленные на поверхности заглущки, обращенной в сторону полости трубопровода, ширина которых равна высоте конического элемента.

Успокоитель кавитационного процесса может быть выполнен в виде крестового рассекателя, в основании которого расположена вогнутая, по току хода теплоносителя, отбойная пята.

Выполнение гидравлического кавитационного теплогенератора в виде замкнутого контура циркуляции жидкого теплоносителя, включающего силовой насос в качестве побудителя движения теплоносителя в контуре и цилиндрический трубопровод, внутри которого на расстоянии одна от другой установлены трубы Вентури, разделяющие трубопровод на кавитационные секции (камеры), крайние из которых подсоединены соответственно к входу и выходу силового насоса, а также размещение на входном участке трубопровода активатора кавитационного процесса, включающего дополнительные тангенциально установленные трубы Вентури, позволяет многократно увеличить скорость тока теплоносителя и создает оптимальную разность давлений в инжекторе активатора и в корпусе энергетического контура. Это обеспечивает повыщение скорости раскрутки теплоносителя и увеличивает глубину кавитационного столба, повыщая тем самым производительность теплогенератора. Кроме того, заявляемая конструкция теплогенератора позволяет неоднократно повторить процесс образования кавитационных каверн за счет установки в трубопроводе труб Вентури, обеспечивающих поддержание по всей длине трубопровода оптимальной скорости тока теплоносителя, а разность давлений в инжекторе трубы Вентури и очередной секции (камере) обеспечивает условия возникновения кавитации в очередной раз.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид гидравлического кавитационного теплогенератора.

Гидравлический кавитационный теплогенератор образует замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя и включает силовой насос (на чертеже не показан) в качестве побудителя движения теплоносителя в контуре и цилиндрический стальной трубопровод 1, диаметр которого определяется характеристиками силового насоса.

Внутри трубопровода I на расстоянии одна от другой установлены трубы Вентури 2, вваренные в трубопровод 1 и разделяющие его на кавитационные

секции (камеры), включающие входную 3, выходную 4 и, по меньшей мере, одну промежуточную 5 секции.

Выходная кавитационная секция 4 трубопровода подсоединена к входу (входной части) силового насоса, а входная кавитационная секция 3 трубопровода - к выходу силового насоса.

На входном участке 6 входной кавитацрюнной секции 3 трубопровода расположен активатор кавитационного процесса, включающий дополнительные трубы Вентури 7, тангенциально установленные по отношению к периметру входной кавитационной секции. Параметры труб Вентури 7 определяются их количеством, а также напором и производительностью насоса.

Торец трубопровода 1, ближайщий к зоне размещения активатора кавитационного процесса, закрыт заглушкой 8. На поверхности заглушки 8, обращенной в сторону полости трубопровода 1, смонтирован конический элемент 9 (конус схождения), расположенный по оси входного участка входной кавитационной секции 3 в зоне выпускных участков дополнительных труб Вентури 7. На этой же поверхности заглушки 8 могут быть установлены шнековые лепестки (на чертеже не показаны), обеспечивающие повышение активности скручивания теплоносителя. Число шнековых лепестков определяется количеством переходов от силового насоса к кавитационной камере, а их ширина равна высоте конического элемента 9.

Выходная секция 4 трубопровода 1 подведена к входу коллектора 10 силового насоса, чем обеспечивается замкнутость контура теплогенератора. При этом в выходной секции 4 установлен успокоитель кавитационного процесса, обеспечивающий ламинарный ток теплоносителя на входе в силовой насос и представляющий собой крестовый рассекатель 12, в основании которого расположена несколько вогнутая, по току хода теплоносителя, отбойная пята 13. В ламинарной зоне 14 протекания теплоносителя установлен плоскоповоротный затвор 15, обеспечивающий регулировку нагрузки на силовой

C C 3f-ff

насос, которая может изменяться в зависимости от диаметра прямой и обратной труб системы отопления, подсоединяемых к теплогенератору соответственно через патрубок отбора 16 теплоносителя из замкнутого контура и патрубок возврата 17 теплоносителя в замкнутый контур. Патрубок отбора 16 теплоносителя вваривается на дуге ламинарной зоны 14, а патрубок возврата 17 теплоносителя вварен в коллектор 10 силового насоса.

Гидравлический кавитационный теплогенератор работает следующим образом.

Силовой насос подает поток теплоносителя с заданным напором и производительностью во входную секцию 3 трубопровода 1, где за счет труб Вентури 7, шнековых лепестков и конического элемента 9 происходит раскрутка теплоносителя, и создаются условия для формирования кавитационного столба. Причем ввиду того, что закрученный теплоноситель имеет различные скорости движения, в зависимости от удаления его от геометрического центра, то возникают условия изменения молекулярной структуры теплоносителя, что обуславливает выход из общего потока отдельных молекул и их взрыв в вакууме кавитационной камеры. В результате формирования кавитационного столба 18 и появления отдельных молекул, а затем и их разложения, начинает активно генерироваться тепловая энергия.

В дальнейшем раскрученный поток проходит очередные секции 3, 4 и 5 трубопровода 1, при этом трубы Вентури 2, определяющие границы этих секций, обеспечивают поддержание характеристик потока (напора и производительности), что обеспечивает повторение кавитационного процесса и увеличивает тем самым производительность кавитационного теплогенератора.

В последней секции 4 трубопровода 1 в ее последней трети теплоноситель за счет успокоителя переходит в режим протекания без возмущений, т.е. к ламинарному течению, чем обеспечивается защита рабочего колеса силового насоса от кавитации.

Нагретый за один цикл теплоноситель через плоско-поворотный затвор 15 поступает на входной коллектор 10 силового насоса, а затем на догрев в замкнутый энергетический контур теплогенератора. Эти циклы неоднократно будут повторяться, доводя температуру теплоносителя до требуемой.

Отбор теплоносителя для системы отопления осуществляется через патрубки 16 и 17.

Учитывая многозаходность активатора, , возможно создание мощных энергетических контуров кавитационных теплогенераторов, замкнув на одну конструкцию несколько тепловых насосов, что резко сокращает стоимость конструкции, тепловых модулей.

Ниже приведены сравнительные таблицы затрат для генераторов по патенту RU № 2129689 и по заявляемой полезной модели

Таблица 1

Таблица 2

Экономическая эффективность при этом составляет - 2,41.

Claims (5)

1. Гидравлический кавитационный теплогенератор, образующий замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя, включающий силовой насос в качестве побудителя движения теплоносителя в контуре и трубопровод, внутри которого на расстоянии одна от другой установлены трубы Вентури, разделяющие трубопровод на кавитационные секции, включающие входную, выходную и, по меньшей мере, одну промежуточную секции, при этом выходная кавитационная секция трубопровода подсоединена к входу силового насоса, а входная кавитационная секция трубопровода - к выходу силового насоса, причем на входном участке входной кавитационной секции трубопровода расположен активатор кавитационного процесса, включающий дополнительные трубы Вентури, тангенциально установленные по отношению к периметру входной кавитационной секции, а внутри выходной кавитационной секции, сообщающейся с патрубками отбора теплоносителя из замкнутого контура и возврата его в замкнутый контур, установлен успокоитель кавитационного процесса, обеспечивающий ламинарный ток теплоносителя на входе в силовой насос.

2. Теплогенератор по п.1, характеризующийся тем, что торец трубопровода, ближайший к зоне размещения активатора кавитационного процесса, закрыт заглушкой.

3. Теплогенератор по п.2, характеризующийся тем, что активатор кавитационного процесса дополнительно включает конический элемент для центрирования кавитационного потока, смонтированный своим основанием на поверхности заглушки, обращенной в сторону полости трубопровода, и расположенный по оси входного участка входной кавитационной секции в зоне выпускных участков дополнительных труб Вентури.

4. Теплогенератор по п.3, характеризующийся тем, что активатор кавитационного процесса дополнительно включает шнековые лепестки, установленные на поверхности заглушки, обращенной в сторону полости трубопровода, ширина которых равна высоте конического элемента.

5. Теплогенератор по п.1, характеризующийся тем, что успокоитель кавитационного процесса выполнен в виде крестового рассекателя, в основании которого расположена вогнутая по току хода теплоносителя отбойная пята.