Пристрій для виробництва і передачі тепла

Реферат: Пристрій для виробництва і передачі тепла складається з двокамерного корпусу, електродвигуна, двох контурів, розміщених в корпусі, в двох камерах першого контуру (внутрішній та зовнішній) розташовані всмоктуюча труба у вигляді пустотілого вала, робочі диски ротора кавітатора, оребрені труби теплообмінника, що формують одну камеру другого контуру, дві кришки. В нижній камері розміщений кавітатор, який складається з несучих роторного і статорного дисків, з дистанційно закріпленими кільцями, що мають на зовнішній і внутрішній поверхнях рельєфні чарунки. У верхній камері розташований трубний теплообмінник спірального типу. Між несучим диском ротора і камерою теплообмінника розташована діафрагма, що відокремлює камеру кавітатора від камери теплообмінника. Робочі поверхні закріпленої в центрі діафрагми всмоктуючої труби виконані рельєфними з використанням пропорцій "золотого перерізу". Камери кавітатора, теплообмінника і всмоктуючої труби забезпечені гвинтоподібними треками, а в кришці камери теплообмінника закріплений дросель, конструкція якого забезпечує регулювання потоку на всмоктуючій трубі та експлуатацію пристрою в умовах атмосферного тиску. UA 111628 U (12) UA 111628 U UA 111628 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить теплотехніки, зокрема до пристроїв для отримання тепла, і може бути використана в системах опалення та гарячого водопостачання для будь-яких виробничих, житлових приміщень і теплиць. Відомий пристрій для нагріву рідин функціональним способом, який полягає в тому, що тепло утворюється у результаті тертя об тверді елементи конструкції, які приводяться в рух у посудині з рідиною. До таких належить, наприклад, пристрій за авторським свідоцтвом СРСР № 1627790 (МПК F24J 3/00), опублікованим в бюл. № 6, 1991 р. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є пристрій для виробництва тепла (патент України № 78155, бюл. № 5, 11.03.2013 р.). Цей пристрій складається з металевого корпусу, в якому розміщені суміщені дві камери першого контуру, з'єднані через торцеві кришки корпусу камери з баками акумуляторами першого і другого контурів. Бічні робочі поверхні теплоутворюючих робочих дисків у внутрішній камері першого контуру виконані рельєфними, що забезпечує високу інтенсивність тепловиділення. Відомий пристрій працює таким чином: замкнутий у внутрішню і зовнішню камери першого контуру теплоносій при обертанні ротора, зібраного в пакет з робочих дисків, дистанційно закріплених на пустотілому з бічними отворами валу, що виконує роль всмоктуючої труби, що проходить між рельєфними бічними поверхнями потоками, що виходять радіально з кавітаційними бульбашками, які потрапляють на рельєфну поверхню теплообмінних труб, які формують камеру другого контуру, руйнуються (схлопуються) з виділенням тепла. Недоліком описаного відомого пристрою є конструктивна і технологічна складність поєднання в трикамерному корпусі двох контурів, висока трудоємність монтажу і демонтажу в процесі сезонної профілактики пристрою. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки пристрою для виробництва тепла, в якому за рахунок зміни конструкції передачі теплоносія з камери кавітатора до камери теплообмінника спрощується компонування складових пристрою і суттєво зменшується гідроопір в робочих камерах кавітатора і теплообмінника при замкнутому русі теплоносія. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для виробництва і передачі тепла передбачається, що пристрій утворюють дві камери, в нижній камері розміщений кавітатор, який складається з двох видів несучих дисків, роторного і статорного, із закріпленими на них дистанційно розташованими кільцями, що мають на зовнішній і внутрішній поверхнях рельєфні чарунки, у верхній камері розташований трубний теплообмінник спірального типу, в проміжках між кільцями в несучому диску ротора виконані по дотичній концентричним окружностям і під кутом 30-60° наскрізні отвори (вікна), а між несучим диском ротора і камерою теплообмінника розташована діафрагма у вигляді направляючого потік теплоносія диска з отворами під кутом 30-60° (аналогічними отворам в несучому диску ротора), що відокремлює камеру кавітатора від камери теплообмінника, об'єм яких на 10-20 % більше об'єму замкнутого в першому контурі теплоносія. Робочі поверхні закріпленої в центрі діафрагми всмоктуючої труби виконані рельєфними з використанням пропорцій "золотого перерізу", камери кавітатора, теплообмінника і всмоктуючої труби забезпечені гвинтоподібними треками, а в кришці камери теплообмінника закріплений дросель. Розміщення отворів в несучому диску ротора і діафрагмі під кутом 30-60°обумовлено необхідністю забезпечення мінімального гідро опору конструкції обертального руху. Величина різниці об'ємів теплообмінника і теплоносія (10-20 %) зумовлена необхідністю створення умов безаварійної експлуатації пристрою в умовах атмосферного тиску, тобто при відкритому першому контурі. Зазначені межі зміни кутів нахилу отворів у діафрагмі і несучому диска ротора визначені технологічними можливостями виготовлення і залежать від властивостей теплоносія першого контуру. Властивостями теплоносіїв обумовлені межі збільшення об'єму камер кавітатора і теплообмінника від 10 до 20 % відносно до об'єму теплоносія, зокрема, коефіцієнтом об'ємного розширення і ступенем піноутворення. Пристрій, схему якого наведено на фіг. 1, складається з рами 1, встановленої на віброгасниках 2, в якій закріплений електродвигун 3, дно 4 кавітатора, що містить колектор 5 з підшипниками 6 і 7, торцеве ущільнення 8, вал 9 ротора, з'єднаний з валом електродвигуна жорсткою муфтою 10, теплоізолятор 11, корпус кавітатора 12, в якому укладені несучі диски статора 13 з дистанційно закріпленими кільцями 14 і ротора 15 з дистанційно закріпленими кільцями 16, діафрагма у вигляді направляючого диска 17 з отворами 18, що відокремлює корпус кавітатора 12 від корпусу 19 теплообмінника, на внутрішній стінці якого розміщені направляючі гвинтоподібні треки 20, всмоктуюча труба 21 з треком 22, спіралеподібний трубний 1 UA 111628 U 5 10 15 20 25 30 35 40 теплообмінник 23 з колекторами входу 24 (охолоджений теплоносій) і виходу 25 гарячого теплоносія другого контуру, кришка 26 з дроселем 27 і вимірювальним склом 28. У систему другого контуру входять циркуляційний насос 29, навантаження (радіатори) 30 та бак-акумулятор 31. Вмикання/вимикання пристрою здійснюється через пульт автоматичного управління 32 за сигналами термопар 33 і 34 (датчиків другого контуру). Теплоносій в перший контур заливають і зливають через систему 35. Корпуси кавітатора 12 і теплообмінника 19 розміщені в термозвукоізольованому корпусі 36. Для забезпечення безаварійної роботи на колекторі 5 закріплена система 37, що запобігає потраплянню теплоносія першого контуру на електродвигун 3 при зносі торцевого ущільнення 8. Пропонований пристрій може бути виконано у варіантах горизонтального і вертикального (з верхнім розміщенням електродвигуна) розташування складових конструкцій. При цьому відповідно змінюються умови і системи заливки теплоносіїв в обох контурах і видалення з них повітря. Нижнє розміщення електродвигуна переважне. Пропонований пристрій працює таким чином. При нижньому вертикальному положенні електродвигуна в пристрої заливку теплоносія повільно здійснюють через систему 35 до рівня, зазначеного на вимірювальному склі 28, при відкритому дроселі 27. Після заповнення водою другого контуру та перевірки через повітряні крани відсутності повітря вимикають циркуляційний насос 29 при відкритих повітряних кранах; крани закривають після появи в них води без повітря. Вмикання електродвигуна 3 здійснюють через пульт автоматичного управління, попередньо встановивши на мікропроцесорі температуру робочого режиму експлуатації. Автоматичне вмикання пристрою після виходу на робочий режим і вмикання здійснюється за сигналами термопар другого контуру Тп (подача) і То (відведення), встановленим на відповідних ділянках трубопроводу. Визначення кількості отриманого тепла здійснюються автоматично у теплолічильнику (ТЛ), встановленому на одному трубопроводі з термопарою подачі Тп. Безпосередній нагрів теплоносія в першому контурі здійснюється за рахунок постійного порушення суцільності рідини в щілинах між ротором і статором, розмір яких змінюється у 20-40 разів залежно від взаємного розташування виступів і комірок при частоті 50 об./с і лінійної швидкості понад 30 м/с. На фіг. 2 представлено схему розташування елементів конструкцій ротор-статор в момент розширення (а) і в момент стиснення (б) об'єму рухомого теплоносія. Отримані на дослідних зразках пристроїв результати нагріву рідини при реалізації представленого механізму показали, що інтенсивність нагріву прямо пропорційна швидкості обертання ротора щодо статора і може бути подвоєна за рахунок обертання статора зі швидкістю ротора, що обертається при встановленні другого (на валу статора) електродвигуна (при горизонтальному розташуванні всієї конструкції пристрою). Встановлено також, що при використанні нетоксичних масел типу поліметилсилоксанова суміш (ПМС-1000, ПМС-500) або термолан-1 (аналог ТЛВ), що мають високу температуру кипіння (315 і 350 °C відповідно) питомі витрати електроенергії на приводі електродвигуна при досягненні температури 90-120 °C зменшуються у 3-5 разів за рахунок зниження в'язкості і утворення стійкої двофазної системи "рідина-кавітаційна бульбашка" у замкнутій системі, тиск в якій не перевищує атмосферний. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Пристрій для виробництва і передачі тепла, який складається з електродвигуна, двох контурів, розміщених в корпусі, в двох камерах першого контуру (внутрішній та зовнішній) розташовані всмоктуюча труба у вигляді пустотілого вала, робочі диски ротора кавітатора, оребрені труби теплообмінника, що формують одну камеру другого контуру, дві кришки, який відрізняється тим, що він виконаний у вигляді двох камер, в нижній камері розміщений кавітатор, який складається з несучих роторного і статорного дисків, з дистанційно закріпленими кільцями, що мають на зовнішній і внутрішній поверхнях рельєфні чарунки, у верхній камері розташований трубний теплообмінник спірального типу, в проміжках між кільцями в несучому диску ротора виконані по дотичній концентричним окружностям і під кутом 30-60° наскрізні отвори (вікна), між несучим диском ротора і камерою теплообмінника розташована діафрагма у вигляді направляючого потік теплоносія диска з отворами, аналогічними отворам несучого диска ротора, що відокремлює камеру кавітатора від камери теплообмінника, об'єм яких на 10-20 % більше об'єму замкнутого в перший контур теплоносія, робочі поверхні закріпленої в центрі 2 UA 111628 U 5 діафрагми всмоктуючої труби виконані рельєфними з використанням пропорцій "золотого перерізу", камери кавітатора, теплообмінника і всмоктуючої труби забезпечені гвинтоподібними треками, а в кришці камери теплообмінника закріплений дросель, конструкція якого забезпечує регулювання потоку на всмоктуючій трубі та експлуатацію пристрою в умовах атмосферного тиску. 3 UA 111628 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 4