Теплогенератор

1. Теплогенератор, що містить циліндричний корпус, у порожнині якого встановлені статор, посаджений на приводний вал ротор та патрубки для введення рідини, який відрізняється тим, що теплогенератор оснащений відцентровим насосом, статор та ротор виконані у вигляді декількох дисків, послідовно згрупованих концентрично приводному валу попарно таким чином, що кожну пару утворюють один диск статора та один диск ротора, які прилягають один до одного із зазорами в осьовому та радіальному напрямках, у зовнішніх частинах яких виконані орієнтовані в осьовому напрямку хвилеподібні виступи та впадини, що чергуються таким чином, що виступи диска ротора заходять із зазором у впадини диска статора, а виступи диска статора - у впадини диска ротора, причому диск статора охоплює ззовні диск ротора, вздовж суміжних поверхонь хвилеподібних виступів та впадин статора або/та ротора виконані радіальні П-подібні канавки, відкриті в напрямку зазору між суміжними поверхнями статора та ротора, а U 2 (19) 1 3 Найближчим за технічною суттю та кількістю ознак до запропонованого є теплогенератор за [UA 5379, F24J3/00, публ.15.03.2005]. Він містить циліндричний корпус з статором та посадженим на приводному валу ротором та патрубки для введення та виведення рідини, що підлягає нагріванню. Ротор виконаний у вигляді циліндра з множиною заглиблень на його поверхні або у вигляді одного або декількох дисків, кожний з яких має на циліндричній поверхні множину заглиблень. На суміжній поверхні статора виконані циліндричні канавки, глибина яких 0,5...2,0мм, а ширина - 1...2 діаметра поглиблень на поверхні ротора. Ці канавки разом із розташованою навпроти циліндричною поверхнею ротора служать хвилеводом для ударних хвиль, що утворюються усередині канавок. За ствердженнями автора корисної моделі ударна хвиля в канавці поширюється тільки уздовж неї по колу поверхні ротора і мало слабшає з відстанню, що призводить до підвищення сили впливу ударної хвилі на кавітаційні пухирці в рідині та, як наслідок, до підвищення ефективності нагрівання рідини. Пристрій оснащений патрубками для введення рідини, що підлягає нагріванню, та її виведення. До пристрою рідина подається за допомогою циркуляційного насосу. Передбачений попередній підігрів рідини за рахунок її пропускання від вхідного патрубка через кільцевий простір між корпусом та статором. В цьому пристрої, як і в згаданому вище, ефективне нагрівання рідини не може бути забезпеченим внаслідок недостатньої інтенсивності співударянь часток рідини. Задачею корисної моделі є створення теплогенератора, в якому за рахунок внесення змін в окремі елементи та зв'язки між ними та додання нових елементів утворені умови для суттєвого підвищення ефективності нагрівання рідинного теплоносія, насамперед, за рахунок інтенсифікації динамічної взаємодії часток рідини одна з одною та з елементами конструкції. Для вирішення поставленої задачі теплогенератор, що містить циліндричний корпус, у порожнині якого встановлені статор, посаджений на приводний вал ротор та патрубки для введення рідини, відповідно до корисної моделі, оснащений відцентровим насосом, статор та ротор виконані у вигляді декількох дисків, послідовно згрупованих концентрично приводному валу попарно, таким чином, що кожну пару утворюють один диск статора та один диск ротора, які прилягають один до одного із зазорами в осьовому та радіальному напрямках і у зовнішніх частинах яких виконані орієнтовані в осьовому напрямку хвилеподібні виступи та впадини, що чергуються таким чином, що виступи диска ротора заходять із зазором у впадини диска статора, а виступи диска статора у впадини диска ротора, причому диск статора охоплює ззовні диск ротора, а згаданий відцентровий насос встановлений з можливістю нагнітання теплоносія в зазори між дисками статора та ротора, а ці зазори сполучені один з одним з можливістю послідовного проходження теплоносія через них від першої пари до останньої та, через зазори 30209 4 між елементами пристрою, від останньої до першої пари дисків. Наявність хвилеподібних виступів та впадин у зовнішніх частинах дисків статорів та роторів сприяє підвищенню величини площі поверхні впливу на теплоносій, що, у свою чергу, сприяє інтенсифікації взаємодії молекулярних шарів рідинного теплоносія, які примикають до суміжних поверхонь дисків, один з одним та з поверхнями дисків. У свою чергу, це призводить до підвищення інтенсивності співударянь часток рідини та розриву плівок поверхневого тяжіння рідини в шарах між рухомими та нерухомими поверхнями дисків статора та ротора. Подальша інтенсифікація згаданих позитивних факторів має місце завдяки багатоступінчастій конструкції теплогенератора, тобто, наявності декількох послідовно встановлених пар дисків статора та ротора. Наявність згаданих Пподібних канавок сприяє підвищенню площі поверхні впливу на рідину та підвищенню інтенсивності співударянь молекул рідини одна у другу, а також у поверхні дисків. При переході рідини з турбулентного стану у ламінарний доцентрові сили виштовхують рідину з впадин дисків ротора на ребра впадин статора і навпаки, з впадин дисків статора на ребра впадин ротора. Виявлено, що в шостиступінчастому пристрої таких мікроударів здійснюється більш 800000 у секунду. Ця робота супроводжується виділенням значної кількості тепла, значно більшої за ту величину тепла, яка утворюється тільки завдяки тертю. Крім того, наявність згаданого відцентрового насосу сприяє підвищенню тиску в зазорах між дисками статора та ротора, що призводить до підвищення ступеня тертя та швидкості циркуляції рідини, а, тим самим, до підвищення ефективності нагрівання рідинного теплоносія. Крім того, така конструкція обумовлює можливість циркуляції теплоносія в чітко окресленому контурі, без змішування з іншими речовинами. Завдяки цьому в запропонованому теплогенераторі можуть бути застосованими високоефективні теплоносії, зокрема, мінеральні мастила, які визначаються як високою температурою нагрівання так і високою тепловіддачею, що, не тільки підвищує ефективність теплообмінного процесу, але забезпечує високу експлуатаційну надійність теплогенератора завдяки позитивному впливу на підшипникові вузли, при надійному забезпеченні протипожежної безпеки. Передача тепла воді або іншій рідині від допоміжного теплоносія може здійснюватись як зовні, так і у середині запропонованого теплогенератора. Для цього він оснащений патрубками для введення та виведення рідини, що підлягає нагріванню, а для її циркуляції у середині теплогенератора служать сполучені з цими патрубками трубки, які доцільно розташувати в кільцевому просторі між циліндричною поверхнею, утвореною зовнішньою бічною поверхнею дисків статора, та внутрішньою поверхнею корпусу теплогенератора, при цьому зазори між дисками статора та ротора сполучені зі згаданим кільцевим простором. Така конструкція дозволяє найбільш економічно, без додаткових втрат, які неминучі при застосуванні зовнішнього теплообмінника, використовувати 5 тепло, утворене в теплогенераторі. До того ж, циркуляція допоміжного теплоносія та рідини, що підлягає нагріванню, в розділених один від одного контурах є позитивним фактором також тому, що запобігає можливості їх перемішування і забезпечує чистоту не тільки теплоносія, а і рідини, що підлягає нагріванню. Крім того, оскільки в такій конструкції створені оптимальні умови для теплопередачі між контурами теплоносія та рідини, що підлягає нагріванню, кількість теплоносія може бути зниженою, що не тільки сприяє підвищенню ефективності функціонування теплогенератора, але, також сприяє підвищенню ступеня його компактності. Крім того, для подальшого підвищення ступеня компактності та подальшого зменшення втрат тепла, доцільно, щоб робоче колесо відцентрового насосу було посаджено на приводний вал пристрою та розташовано у циліндричній камері, яка прилягає в осьовому напрямку до торців суміжної пари дисків статора та ротора та простір якої сполучений із зазорами між дисками статора та ротора. Завдяки усім згаданим факторам запропонований теплогенератор має набагато вищу ефективність, ніж прототип або інші відомі теплогенератори. Випробування дослідного зразка довели, зокрема, що, при шостиступінчастій конструкції, тиску теплоносія 2,5...4атм, ємності вмонтованого теплообмінника 2,5л та поверхні теплозніму 1,2м2, втрати пристрою на підтримку норми тепла складали не більше 4Вт електроенергії на 1куб.м. житла. Суттєвим фактором є також те, що на відміну від більшості відомих, зокрема, згаданих теплогенераторів, в запропонованому не застосовуються кавітаційні процеси, які, за зрозумілими причинами, несприятливо впливають на надійність та довговічність пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де схематично показана модифікація запропонованого теплогенератора з вбудованим теплообмінником. На Фіг.1 - вертикальний переріз пристрою; на Фіг.2 - переріз А-А з Фіг.1; на Фіг.3 окремо зображена одна пара дисків статора та ротора; на Фіг.4 та 5 - перерізи Б-Б та В-В з Фіг.2різні відносні положення виступів та впадин дисків залежно від величини кута повороту ротора. Стрілками Г та Д на Фіг.1 показані напрямки руху, відповідно, теплоносія та рідини, що підлягає нагріванню. Основу теплогенератора складають декілька пар дисків 1 та 2, відповідно, статора та ротора. В кожній парі диск 1 статора примикає к диску 2 ротора із зазорами зверху та ззовні. Диски ротора 30209 6 посаджені на приводний вал 3, кінець якого обпертий на підшипник 4. На периферійних частинах дисків 1, 2 виконані хвилеподібні, орієнтовані паралельно подовжній осі теплогенератора, виступи та впадини, що чергуються таким чином, що виступи 5 статора заходять у впадини ротора, а виступи 6 ротора - у впадини статора. Вздовж суміжних поверхонь цих виступів та впадин виконані Пподібні канавки 7, відкриті у бік суміжного елемента: канавки в статорі відкриті у бік суміжної поверхні ротора, а канавки в роторі - у бік суміжної поверхні статора. Понад верхньою парою дисків 1, 2 утворена кільцева камера (не позначена), в якій розташовано насаджене на вал 3 робоче колесо 8 відцентрового насоса, який служить для нагнітання рідинного теплоносія через отвори 9 у дисках статора у зазори між хвилеподібними виступами та впадинами дисків статора та ротора. В якості теплоносія доцільно застосовувати мінеральні мастила, яким притаманні високі температура нагрівання та тепловіддача. В кільцевому просторі між зовнішньою поверхнею статорів та внутрішньою поверхнею кожуху 10 встановлені вертикальні трубки 11 з колектором 12 для циркуляції рідини, що підлягає нагріванню, зазвичай, води. Введення усередину та виведення води здійснюється через патрубки 13, 14, відповідно. Для введення усередину теплоносія служить патрубок 15, а для його виведення, при необхідності заміни, пробка 16. Болти 17 служать для регулювання зазорів між елементами пристрою. При обертанні приводного валу 3 разом з робочим колесом 8 та дисками 2 ротора рідинний теплоносій через отвори 9 нагнітається у зазори між виступами та впадинами дисків 1, 2. За рахунок співударянь між ребрами та стінками канавок 7 та тертя шарів рідини між суміжними поверхнями дисків та один об другий здійснюється нагрівання рідини. Оскільки, як відомо, розщеплення молекул речовини завжди викликає виділення значної кількості тепла, зони найбільш інтенсивного теплоутворення знаходяться в місцях співударянь часток рідини з гранями канавок 7. По мірі проходження рідини через зазори зверху донизу її температура підвищується. Потім теплоносій потрапляє у простір навколо трубок 11, підіймається наверх та потрапляє до робочого колеса 8, підхоплюється останнім і знову нагнітається у зазори між дисками 1, 2. По мірі проходження навколо трубок 11 тепло від теплоносія передається рідині, що циркулює в їх середині. Нагріта таким чином рідина потрапляє в колектор 12, з якого через трубки 11 та патрубок 14 виводиться назовні. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 30209 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601