Пристрій для нагрівання рідини та теплогенератор, що використовується у ньому

1. Пристрій дня нагрівання рідини, що містить теплогенератор з входом та виходом, насос, трубопроводи подачі та відведення рідини, інжекційний патрубок, що з'єднує вхід теплогенератора з насосом, який, відрізняється тим, що насос обладнано подаючою коробкою, яку через інжекційний: патрубок сполучено з тепло генератором, та вхідним кожухом з отвором, пристрій додатково містить струминний апарат, який сполучено на вході, з виходом теплогенератора, а на виході через вхідний кожух з входом насоса, причому теплогенератор, насос, з подаючою коробкою та вхідним кожухом, інжекційний патрубок, струминний 33659 частиною, яку сполучено з торцем прискорювача руху рідини, теплогенератор містить пристрій для гальмування, який розміщено у циліндричній частині корпусу та виконано у вигляді радіально розташованих ребер, які закріплено на втулці. У циліндричній частині корпусу теплогенератора виконано дно з вихідним отвором. Причинами, що перешкоджають досягненню технічного результату першого винаходу, а саме підвищенню ефективності нагрівання рідини та у цілому ефективності роботи системи, є те, що у закрученому потоці рідини, утвореному у корпусі теплогенератора, енергія струменю розподіляється приблизно на дві рівні частини: одна частина енергії витрачається на утворення завихрень, друга частина - на поступовий рух завихрень. Вихорі переміщуються до периферії потоку, під впливом усестороннього стискання руйнуються та перетворюють кінетичну енергію руху рідини на тепло. Таким чином, у пристрої-прототипі нагрівання здійснюється за рахунок втрат гідравлічної енергії вихороутворення та тертя у потоці обертової рідини. Частина гідравлічної енергії втрачається на поступовий рух зави хрень та не приймає участі у нагріванні рідини. Негативно на споживчі властивості винаходу впливає виконання вихідного отвору інжекційного патрубка у формі паралелограма через складну технологію його виготовлення. Причинами, що перешкоджають досягненню технічного результату др угого винаходу - підвищенню теплогенерації - у прототипі-теплогенераторі при його використанні, є такі: виконання прискорювача руху рідини в вигляді циклону, торець якого з'єднано з циліндричною частиною корпусу, дозволяє надати руху рідини вихрового характеру. При цьому гідравлічна енергія струменю розподіляється на утворення завихрень і на поступальний рух завихрень, тобто частина гідравлічної енергії не бере участі у нагріванні рідини; виконання пристрою для гальмування у вигляді радіальне розташованих ребер, закріплених на центральній втулці, р уйнує механізм вторинного завихрення, а наявність у конструкції теплогенератора перепускного патрубка з другим пристроєм для гальмування руйнує механізм виникнення автоколивань у системі, внаслідок чого не забезпечується радіальна дифузія вихорів. У основу винаходів поставлено задачі удосконалення пристрою для нагрівання рідини та теплогенератора, у яких внаслідок уведення нових елементів, змін зв'язків між елементами, досягається підвищення ефективності нагрівання рідини та підвищення теплогенерації за рахунок більш повного перетворення механічної енергії обертання робочого колеса насоса спочатку на гідравлічну та акустичну енергію, а потім у теплову енергію через втрати гідравлічної енергії на вихроутворення та тертя у потоці обертової рідини та через дисипацію акустичної енергії у теплову. При цьому спрощується технологія виготовлення теплогенератора, підвищується ефективність, надійність та довговічність роботи пристрою та теплогенератора. Поставлену першу задачу вирішують тим, що у пристрої для нагрівання рідини, який містить теплогенератор з входом та виходом, насос, трубо проводи подачі та відведення рідини, інжекційний патрубок, що з'єднує вхід теплогенератора з насосом, згідно з винаходом, насос додатково має подаючу коробку, яку через інжекційний патрубок сполучено з теплогенератором, та вхідний кожух з отвором, пристрій додатково містить струминний апарат, який сполучено на вході з виходом теплогенератора, а на виході через вхідний кожух з входом насоса, причому теплогенератор, насос з подаючою коробкою та вхідним кожухом, інжекційний патрубок, струминний апарат розміщені усередині ємності для рідини, яка патрубками сполучена з трубопроводами подачі та відведення рідини. Згідно з винаходом, вихідний отвір інжекційного патрубка виконано круглим. Поставлену другу задачу вирішують тим, що у теплогенераторі, який містить корпус, прискорювач руху рідини, причому корпус виконано з циліндричною частиною, яку сполучено з торцем прискорювача руху рідини, пристрій для гальмування, який розміщено у циліндричній частині корпусу та виконано у вигляді радіально розташованих ребер, що закріплені на втулці, у циліндричній частині корпуса теплогенератора виконано дно з вихідним отвором, згідно з винаходом, втулка виконана заглушеною з боку, протилежного виходу теплогенератора, пристрій для гальмування встановлено з можливістю утворення порожнини між втулкою і дном, прискорювач руху рідини виконано у вигляді спірального дифузора. Згідно з винаходом, спіральний дифузор має у перерізі прямокутник. Між сукупністю суттєви х ознак першого винаходу і технічним результатом, якого можна досягти, існує такий причинно-наслідковий зв'язок: використання у насоса подаючої коробки, що з'єднує через інжекційний патрубок вхід теплогенератора з насосом, дозволяє різко змінити напрямок руху рідини та тиску, що сприяє підвищенню температури за рахунок місцевих гідравлічних втрат; використання у насосі вхідного кожуха з отвором дозволяє підсилити турбулентність рідини на вході у насос, що підвищує втрати гідравлічної енергії на вихроутворення у насосі та сприяє підвищенню температури рідини; використання струминного апарату дозволяє утворювати вторинне завихрювання, через що частина гідравлічної енергії переходить у теплову; розміщення усіх елементів пристрою, тобто теплогенератора, насоса з подаючою коробкою та вхідним кожухом, інжекційного патрубка, струминного апарата усередині ємності для рідини, яка патрубками сполучена з трубопроводами подачі та відведення рідини, позволяє знизити частоту включень насоса у роботу за рахунок використання ємності як акумулятора тепла. При цьому підвищується ефективність, надійність та довговічність роботи системи. Між сукупністю суттєви х ознак другого винаходу і те хнічним результатом, якого можна досягти, існує такий причинно-наслідковий зв'язок: виконання пристрою для гальмування теплогенератора у вигляді радіально розташованих ребер, закріплених на втулці, що заглушена з боку, протилежного виходу теплогенератора, дозволяє використати енергію відбитої хвилі; 2 33659 з'єднання виходу теплогенератора через струминний апарат та вхідний кожух з входом насоса дозволяє інтенсифікувати вторинне вихороування у циліндричний частині корпусу та у вхідному кожусі, створюючи на виході теплогенератора умови для сприяння радіальній дифузії вихорів, які під впливом стискання з усіх боків руйнуються та перетворюють кінетичну енергію руху рідини на тепло; виконання прискорювача руху рідини у вигляді спірального дифузора, наприклад, спіралі Архімеда, дозволяє використовувати дифузор як гідродинамічний ультразвуковий випромінювач, тобто у цьому випадку дифузор є резонатором, який відгукується на певну визначену частоту зовнішнього гармонічного впливу. При цьому частина механічної енергії обертання робочого колеса насоса перетворюється на акустичну енергію, тому що на виході з дифузору у стр умені рідини спостерігаються коливальні явища. Зовнішньою дією на резонатор є гідравлічний удар на вході рідини з інжекційного патрубка у дифузор та з дифузору у циліндричну частину теплогенератора. При співпаданні власних частот коливань дифузора з частотами зовнішнього впливу амплітуда коливань рідини на виході з дифузору підвищується, що сприяє підвищенню температури рідини за рахунок дисипації акустичної енергії у тепло; наявність порожнини між дном корпусу і втулкою пристрою для гальмування дозволяє використовувати додатково енергію відбитої хвилі і тим самим підвищувати температуру рідини. Виконання прискорювача руху рідини у вигляді спірального дифузора з перерізом прямокутної форми полегшує те хнологію виготовлення та знижує собівартість, що позитивно впливає на споживчі характеристики виробу за винаходом. Заявлені пристрій для нагрівання рідини та теплогенератор ілюструються кресленнями, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд пристрою у розрізі, на фіг. 2 - переріз А-А фіг. 1, на фіг. 3 - загальний вигляд теплогенератора, на фіг. 4 - переріз Б-Б фіг. 3, на фіг. 5 - переріз В-В фіг. 3. Пристрій для нагрівання рідини містить насос 1 з електричним приводом 2, подаючу коробку насоса 3, вхідний кожух насоса 4, струминний апарат 5 та теплогенератор 6. Подаюча коробка 3 насоса 1 сполучена з теплогенератором 6 на вході за допомогою інжекційного патрубка 7. На виході теплогенератор 6 за допомогою вихідного патрубка 8 приєднано до струминного апарата 5, який встановлено на вхідному кожусі насоса 4. Усі елементи пристрою встановлено усередині ємності 9, що має патрубки 10 та 11 для підведення та відведення рідини. Струминний апарат 5 та вхідний кожух 4 за допомогою отворів, відповідно, М та N (див. фіг. 1 і 2) з'єдн ують ви хід теплогенератора 6 з входом насоса 1 та з внутрішньою порожниною ємності 9. Теплогенератор 6 містить прискорювач руху рідини 12, який виконано у вигляді спірального дифузора прямокутного перерізу, та приєднано до корпусу 13 теплогенератора 6. На другому кінці корпусу 13 у його циліндричній частині установлено пристрій для гальмування 14, виконано дно 15 з отвором 16. До вихідного кінця корпусу 13 прикріплено вихідний патрубок 8. Між дном 15 корпусу 13 та пристроєм для гальмування 14 залишена порожнина К для відбивання і додаткового гальмування. Пристрій 14 являє собою, наприклад, вісім ребер 17, закріплених на заглушеній втулці 18. Пристрій для нагрівання рідини та теплогенератор працюють таким чином. Насосом 1 через подаючу коробку 3 рідина з ємності 9 надходить за допомогою інжекційного патрубка 7 у прискорювач руху рідини 12 тенлогенератора 6. При цьому при надходженні рідини з інжекційного патрубка 7 у прискорювач руху рідини 12 теплогенератора 6 має місце раптова зміна швидкості рідини, що рухається, що веде до поширення по прискорювачу руху рідини 12 хвилі гідравлічного удару. При цьому додатково підвищується турбулентність робочої рідини, збільшується сила тертя рідини об стінки прискорювача руху рідини 12, що сприяє осьовому закручуванню потоку. Гідравлічна енергія рідини витрачається на поширення хвиль гідравлічного удару, на створення завихорень та їх поступальний рух. Закручений та розігнаний до значних швидкостей у прискорювачі 12 потік рідини надходить до корпусу 13 теплогенератора 6, де має місце різка зміна тиску рідини, вихорі руйнуються та перетворюють кінетичну енергію руху рідини на тепло. Крім того, коливальний процес, що переходить від прискорювача руху рідини 12 до корпусу 13 теплогенератора 6 поступово згасає, і енергія коливального руху рідини також переходить у тепло. Частково нагріта рідина з запасом кінетичної енергії надходить до пристрою для гальмування 14, йде крізь ребра 17, які установлені на втулці 18 у циліндричний частини корпусу 13. Обертовий рух рідини зупиняється, тиск змінюється та здійснюється подальше підвищення температури. Після пристрою для гальмування 14 рідина надходить до порожнини К. Порожнина К та отвір 16 дна 15 корпусу 13 сприяють відбиттю коливальної хвилі від порожнини К, порожнина К виконує функцію акустично закритого кінця. Це приводить до підвищення амплітуди коливань рідини у корпусі 13 теплогенератора 6, та до підвищення температури рідини. Від порожнини К рідина через отвір 16 дна 15 корпусу 13 заходить у вихідний патрубок 8, а потім у стр уминний апарат 5. У струминному апараті 5 має місце інтенсивне повторне вихорування, на яке втрачається частина гідравлічної енергії, що переходить у тепло. Струминним апаратом 5 через отвір М здійснюється підсмоктування рідини з ємності 9 та подання її на вхід насоса 1 за допомогою вхідного кожуха насоса 4. При цьому турбулентність рідини на вході у насос 1 підвищується, підвищуються втрати гідравлічної енергії на вихроутворення у насосі 1 і, як наслідок, підвищується температура рідини. Частина рідини через отвір N вхідного кожуха насоса 4 прямує у ємність 9, де перемішується з рідиною, що там знаходиться, та підвищує її температуру. Відведення та підведення рідини, наприклад, для опалення та гарячого водопостачання здійснюється за допомогою патрубків 10 та 11, які сполучено з трубопроводами (на фігура х не показано). 3 33659 Нагрівання здійснюється за рахунок втрат гідравлічної енергії на вихорування, тертя у потоці обертової рідини та інтенсифікації коливань тиску, що збуджуються у теплогенераторі, з наступною дисипацією енергії коливального руху у тепло. Ефективність технічного рішення підтверджено результатами стендових випробовувань, дослідних робіт та випробовуванням експериментального зразка у системі опалення приміщень. Фіг. 1 Фіг. 2 4 33659 Фіг. 3 5 33659 Фіг. 4 Фіг. 5 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6