Гідродинамічний роторний теплогенератор з рекуперацією

Реферат: Гідродинамічний роторний теплогенератор з рекуперацією містить корпус з циліндричною порожниною, через яку пропускають рідину, що нагрівають, підвідними і відвідними патрубками, розташовані всередині корпусу два статори, виконані у вигляді двох перфорованих наскрізними отворами дисків з радіальними проточками певної форми, ротор, виконаний з двосторонніми радіальними проточками певної форми, встановлені з зазором щодо один одного. При цьому як мінімум один відвідний і один підвідний патрубки замкнуті один на одний і утворюють замкнений рекупераційний ланцюг для рециркуляції рідини. UA 112703 U (12) UA 112703 U UA 112703 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі техніки, пов'язаної з нагрівом рідини для різних технологічних цілей у народному господарстві і, зокрема, може використовуватись у комунальному господарстві для ефективного опалення житлових приміщень. Відомі нагрівачі в теплообмінних системах з камерами спалювання органічного та неорганічного палива, ядерними реакторами розщеплення, а також електричними підігрівачами, які діють на підставі омічного нагріву матеріалів з високим питомим опором (див., напр. Л.П. Фоминский. Сверхединичные теплогенераторы против Римского клуба. Роторный теплогенератор. - Черкассы: "ОКО-Плюс", 2003, - С. 346-350). Теплогенератори такого типу мають порівняно низький коефіцієнт перетворення енергії, яка виділяється при згоранні чи розщепленні палива, у теплову енергію рідини, яка нагрівається при цьому, що призводить до значних питомих витрат маси палива на одиницю тепла, яке передається рідині. Крім того, у процесі горіння палива споживається атмосферний кисень, а в атмосферу викидається діоксид вуглецю, оксиди азоту, оксиди металів, а також рідкі шлаки, які у сукупності забруднюють атмосферу, ґрунт та ґрунтові води. Використання ядерних реакцій розщеплення урану, плутонію та торію, не зважаючи на високе питоме масове виділення енергії у кінцевій стадії процесу, потребує достатньо дорогих та небезпечних для навколишнього середовища технологічних операцій по захороненню продуктів розщеплення, що суттєво знижує привабливість даного способу одержання теплової енергії. Найбільш близьким по сукупності ознак є нагрівач рідини (пат. UA № 50608А, F24J 3/00, 2000 р. Бюл. № 6), який складається з статора, який має кришку і фланець з отворами та циліндричну порожнину, через які перепускають рідину, яка нагрівається. У порожнині встановлено з зазором дисковий циліндричний ротор, закріплений на циліндричному валу, виконаному з можливістю обертання. Ротор має на своїй поверхні безліч поглиблень і/або отворів. Такий пристрій характеризується чистотою одержання теплової енергії для нагріву рідини і має коефіцієнт перетворення первинної енергії, яка підводиться для обертання ротора та нагріву рідини, більше 100 %. Однак у відомому пристрої не використовуються усі потенційні можливості перетворювання механічної енергії у теплову. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення гідродинамічного роторного теплогенератора з рекуперацією, шляхом введення рекуперації між одним з його виходів і одним з його входів, за рахунок цього забезпечується більш ефективне перетворення механічної енергії в теплову в порівнянні з аналогічними теплогенераторами без рекуперації, тобто забезпечується підвищення теплоефективності нагріву. Поставлена задача вирішується тим, що в гідродинамічному роторному теплогенераторі з рекуперацією, що містить корпус з підвідними і відвідними патрубками, розташовані всередині корпусу два статори, виконані у вигляді двох перфорованих наскрізними отворами дисків з радіальними проточками певної форми, ротор, виконаний з двосторонніми радіальними проточками певної форми, встановлені з зазором щодо один одного, згідно з корисною моделлю, як мінімум один відвідний і один підвідний патрубки замкнуті один на одний і утворюють замкнений рекупераційний ланцюг для рециркуляції рідини. Наявність у пристрої, що заявляється, ротора дозволяє при обертанні ротора та забезпеченні рекуперації рідини поряд з кавітаційними процесами забезпечити ефективний розігрів рідини. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено поперечний розріз гідродинамічного роторного теплогенератора з рекуперацією. Роторний теплогенератор з рекуперацією складається з корпусу 4, що утворює дві камери колектора 3, 10, циліндричну робочу камеру 6 з вхідним 1, вихідним 8 і рекупераційними 12 патрубками, у якій встановлено з зазором дисковий ротор 7 з радіальними проточками певної форми, закріплений на циліндричному валу 2, виконаному з можливістю обертання, і двох металевих статорних дисків 5, 9, з отворами 11 в дисках статора. Патрубок 12 у нашому прикладі здійснює рекуперацію рідини. Пристрій працює наступним чином. Робоча рідина, що підлягає нагріванню, подається через патрубок 1 у камеру колектора 3 та крізь прохідні отвори 11 статора 5 у робочу камеру 6 корпусу 4. При обертанні ротора 7 формуються відцентрові сили в робочій рідини і рідина починає рух в радіальному напрямку до периферії робочої камери 6 з утворенням в обсязі рідини кавітаційних бульбашок перегрітої пари. Частина рідини спрямовується через патрубок 8 у зовнішню систему опалення, а інша частина рідини через рекупераційний патрубок 12, колектор 10 і прохідні отвори 11 статора 9 подається назад в робочу камеру 6. Таким чином частина рідини постійно обертається в об'єм порожнини 6, чим підвищує температурну якість рідини нагрівача. Обертання рідини або її 1 UA 112703 U 5 10 15 20 рекуперація призводять до підвищення коефіцієнту перетворення механічної енергії обертів ротора 2 у теплову енергію рідини, та підвищує теплову ефективність нагрівача. У заявленій корисній моделі перетворення механічної енергії ротора в енергію активації проводиться більш ефективно (механічна енергія обертання - кавітаційна енергія), ніж в системах без рекуперації. Тому запропонована конструкція призводить до підвищення ККД пристрою, так як регенерація призводить до еквівалентного збільшення розмірів зони кавітації і, відповідно, до більшої активації в одиницю часу обсягу робочої рідини, що і підвищує теплопродуктивність пристрою. Приклад Відповідно до суті корисної моделі був виготовлений теплогенератор з числом обертів електродвигуна 3000 об./хв. і електричною потужністю 22 кВт. При цьому діаметри ротора і статорів однакові і рівні 215 мм, ширина зазору між дисками ротора і статора в перпендикулярному перерізі 25 мм. Діаметр прохідних отворів в статорних дисках 7 мм. Температура води на виході до 98 °C, вихідна теплова потужність 30 кВт, споживана потужність 15 кВт. Дослідний зразок корисної моделі випробовувався як пристрій для нагріву води. В результаті натурних випробувань було встановлено, що введення рекуперації збільшує теплоефективність пристрою в два рази. При проведенні випробувань було встановлено, що пристрій генерує теплову енергію, в два рази перевищує енергію, яка споживається від зовнішнього джерела, тобто є генератором тепла з ефективністю роботи близько 200 %. В даний час дослідно-промисловий зразок пристрою готується до експлуатації в системах автономного теплопостачання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Гідродинамічний роторний теплогенератор з рекуперацією, що містить корпус з циліндричною порожниною, через яку пропускають рідину, що нагрівають, з підвідними і відвідними патрубками, розташовані всередині корпусу два статори, виконані у вигляді двох перфорованих наскрізними отворами дисків з радіальними проточками певної форми, ротор, виконаний з двосторонніми радіальними проточками певної форми, встановлені з зазором щодо один одного, який відрізняється тим, що як мінімум один відвідний і один підвідний патрубки замкнуті один на одний і утворюють замкнений рекупераційний ланцюг для рециркуляції рідини. 2 UA 112703 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3