Пристрій для виробництва і передачі тепла

Реферат: Пристрій для виробництва і передачі тепла містить корпус з торцевими стінками, в якому розташовані на валу диски, внутрішня і зовнішня камери теплообмінника і штуцера для з'єднання з циркуляційним насосом, акумулятором, радіаторами і розширювальним баком. Корпус поділено на внутрішню, середню і зовнішню циліндричні камери. У внутрішній камері розміщено вал з закріпленими на ньому гвинтоподібним треком, трубою з отворами, на якій закріплені диски з рельєфними поверхнями і криволінійними каналами. Середня камера відділена від внутрішньої і зовнішньої камер трубами теплообмінників з оребреними зовнішніми поверхнями. Робочі поверхні внутрішньої і зовнішньої камер виконані з комірчастою структурою. Торцеві стінки всіх трьох камер сформовані двома боковими кришками з направляючими елементами, ущільненнями і штуцерами для з'єднання внутрішньої камери з зовнішньою камерою, релаксатором і розширювальним баком. Середня камера сполучена штуцерами з баком-акумулятором, радіаторами, циркуляційним насосом і розширювальним баком. UA 78155 U (12) UA 78155 U UA 78155 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплотехніки, зокрема, до автономних опалювальних систем, і може бути використана при виробництві пари для технологічних цілей. Відомо пристрій для виробництва тепла (Универсальная генерирующая установка, патент РФ № 2204089, 7F24J3/00, 10.05.2003 г.), який містить електродвигун і корпус гідродинамічного генератора, в якому розташовано вал з дисками, на периферії яких виконані радіальні та поперечні канали - елементи формування кавітаційних бульбашок. Вихід теплоносія з каналів диска за рахунок відцентрових сил забезпечує схлопування бульбашок у вузькому зазору між диском і корпусом. Результатом цього процесу є підвищення температури теплоносія, який транспортується в одноконтурній системі безпосередньо до споживача - радіаторам опалювальної системи. Недоліками відомого пристрою є: - підпадання активних зон дисків прискореному кавітаційному і корозійному руйнуванню при використанні як теплоносія води; - необхідність забезпечення повної "релаксації" водо-газо-вакуумної суміші; - неможливість вимірювання реальної витрати води системами витратомірів, що діють. Найбільш близьким за сукупністю ознак до пристрою, що заявляється, є пристрій для виробництва і передачі тепла (патент України № 34779, F25B29/00, 26.08.2008 p.), який має торцеве розташування теплообмінника на одній осі з валом електродвигуна, східчастий ротор, диск, внутрішню і зовнішню камери теплообмінника, кришку, штуцера, які забезпечують сполучення з циркуляційним насосом, акумулятором, радіаторами і розширювальним баком. Основним недоліком відомого пристрою є дефіцит поверхні теплообмінника, що передає тепло. В основу корисної моделі поставлена задача розробки пристрою для виробництва і передачі тепла, в якому за рахунок об'єднання в одну конструкцію насоса, кавітатора і теплообмінника забезпечується збільшення поверхні теплообмінника і зменшення теплових втрат, витрат електроенергії і матеріалоємності всього пристрою. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для виробництва і передачі тепла, що містить корпус з торцевими стінками, в якому розташовані на валу диски, внутрішня і зовнішня камери теплообмінника і штуцера для з'єднання з циркуляційним насосом, акумулятором, радіаторами і розширювальним баком, згідно з корисною моделлю корпус поділено на внутрішню, середню і зовнішню циліндричні камери, у внутрішній камері розміщено вал з закріпленими на ньому гвинтоподібним греком, трубою з отворами, на якій закріплені диски з рельєфними поверхнями і криволінійними каналами, середня камера відділена від внутрішньої і зовнішньої камер трубами теплообмінників з оребреними зовнішніми поверхнями, робочі поверхні внутрішньої і зовнішньої камер виконані з комірчастою структурою, а торцеві стінки всіх трьох камер сформовані двома боковими кришками з направляючими елементами, ущільненнями і штуцерами для з'єднання внутрішньої камери з зовнішньою камерою, релаксатором і розширювальним баком, а середня камера сполучена штуцерами з баком-акумулятором, радіаторами, циркуляційним насосом і розширювальним баком. Елементи комірчастої структури робочих поверхонь внутрішньої і зовнішньої камер можуть знаходитися в наступному співвідношенні: Rк: Гк: Шк: Зр-с = (3±2): (2,618±1): (3±1): (0,75±0,25), де Rк - радіус комірки, Гк - глибина комірки, Шк - ширина комірки, Зр-с - зазор між ротором і статором, а кут нахилу однієї з поверхонь комірки відносно дотичної до твірної поверхні може знаходитися у межах 22°30' ± 7°30'. Таким чином, пристрій для виробництва і передачі тепла, що заявляється, є двоконтурною системою в якій в одну конструкцію об'єднано три агрегати: насос, що складається з двох закритих коліс (всмоктувального і напірного) між якими на одному валу з колесами розташовано багатодисковий перетворювач енергії руху рідини, який складається з двох камер та однокамерний теплообмінник. На кресленні (фіг. 1, 2) представлений пристрій, що заявляється, в якому на валу 1 жорстко закріплено (або виконано з валом як одне ціле) гвинтоподібний двозахідний трек 2. На треку 2 жорстко закріплена труба 3 з тангенціально рівномірно виконаними отворами 4. На лівому торці труби 3 жорстко (на шліцах) закріплено всмоктувальне насосне колесо 5, диски 6, напірне колесо 7. Деталі 5, 6, 7 пов'язані в один пакет торцевими гайками 8 зі стопорами, що розміщені на торцах труби 3. Всі вищезгадані деталі розміщені між торцевими стінками 9 і 10, в яких розміщені штуцера 11, 12, 13, 14, 15, 16, що забезпечують зв'язок між внутрішньою і зовнішньою камерами першого контуру (штуцера 11, 12, 13 і 14) і середньою камерою (штуцера 15, 16) з релаксатором 17, розширювальним баком 18 і системою заливки 19. Злив теплоносія з першого контуру 1 UA 78155 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 здійснюється через зливний пристрій 20. Дві камери теплогенератора розділені трубами 21 і 22 з зовнішнім оребренням 23 і 24, виконаних з теплопровідного матеріалу, наприклад з міді. Обидві камери теплогенератора і камера теплообмінника поміщені у корпус 25 з повітряним краном 26, торцевими ущільненнями 27 і термоманометром 28. Робоча камера теплообмінника, яка розміщена між трубами 21 і 22 з'єднана штуцерами 15 і 16 з баком - акумулятором води 29, з повітряним краном 30, з термоманометром 31, опалювальними приладами 32, циркуляційним насосом 33 і розширювальним баком 34. У внутрішній камері робочі бокові і периферійні поверхні дисків 6 мають комірчасту структуру, що виконана з використанням співвідношення "золотого перетину", а саме радіус комірки Rк відноситься до глибини комірки Гк, до ширини комірки Шк, до зазору між ротором (периферією диска) і статором (внутрішньою рельєфною поверхнею труби внутрішньої камери першого контуру) Зр-с як (3±2): (2,618±1): (3±1): (0,75±0,25), кут нахилу однієї з поверхонь комірки відносно дотичної до твірної поверхні знаходиться в межах 22°30' ± 7°30'. Мінімальні значення параметрів комірки використовуються для теплоносіїв з мінімальною в'язкістю і змочуваністю, середні значення - для води, максимальні значення - для в'язких теплоносіїв (типу масел і важких спиртів). Роторний двоконтурний гідродинамічний теплогенератор працює таким чином: після включення електродвигуна, вал якого з'єднаний (через муфту) з валом 1 і обертається за годинною стрілкою, залитий теплоносій (технічний гліцерин або інше нетоксичне масло) поступає завдяки треку 2 від лівого торця труби 3 до правого торця. Завдяки відцентровим силам теплоносій, крім поступального поздовжнього руху, надходить по тангенціально виконаним у трубі 3 отворам 4 у канали дисків 6. Розміщені на торцях труби лопатневі насосні колеса 5 і 7 використовуються для реалізації допоміжних функцій, що посилюють транспортування теплоносія у внутрішній камері теплогенератора. Таке посилення дозволяє розосередити потік за двома напрямками: у внутрішній камері і через штуцери 11, 12, 13, 14 у зовнішній камері теплогенератора. Необхідність поділення одного потоку теплоносія на два обумовлена дефіцитом поверхні, що передає тепло. Потік теплоносія у внутрішній камері направлено з каналів дисків на мідну трубу 21 з ребрами 23, а потік теплоносія у зовнішній камері направлено на трубу 22 з рельєфними ребрами 4. Поворот теплоносія з зовнішньої камери у внутрішню здійснюється через релаксатор 17, постачений розширювальним баком 18 і заливальним пристроєм 19. Тепло, що виділяється при схлопуванні кавітаційних бульбашок у внутрішній і зовнішній камерах передається через оребрені мідні груби теплообмінника у середню камеру теплообмінника, яка є складовою частиною 11 контуру і зв'язана штуцерами 15 і 16 з баком - акумулятором 29, радіаторами 32, циркуляційним насосом 33, яким забезпечується постійний тепловідвід від теплогенератора. Теплопередача здійснюється через теплообмінник, який сформовано двома гвинтоподібними або лабіринтовими теплообмінниками. При цьому у всіх трьох камерах (2-х гідродинамічного перетворювача і однієї камери теплообмінника) закладені принципи протитечії і за можливістю найбільш довгі траси протікання теплоносія по каналам усіх трьох камер. Пристрій був випробуваний у лабораторних і дослідно-промислових умовах. При цьому було використано електродвигун потужністю 5,5 кВт з швидкістю обертання 3000 об/хв Кількість теплоносія у внутрішній і зовнішній камерах І контуру складало 3 л, а у середній камері II контуру - 2 л. Продуктивність циркуляційного насосу, що прокачував воду через середню камеру, змінювали у межах від 3 до 12 м /год. Найбільша ефективність теплотворення може бути забезпечена обов'язковим виконанням трьох умов: - виготовлення дисків 6 з термостійких діелектричних матеріалів; - формування робочих поверхонь дисків з комірчастим рельєфом типу "шкіра акули"; - використання в'язких високотемпературних хімічних інертних теплоносіїв, які не полімеризуються при температурах 100…300 °C. Найменше споживання електроенергії електродвигуном зафіксовано у гарячому (більш 90 °C) режимі при значному зниженні в'язкості теплоносія. АМК-РПТО-ГТ - автономна міні котельня на базі роторного перетворювача з теплообмінником горизонтального типу, що складається з трьох камер, і електродвигуна потужністю 5,5 кВт при випробуванні показала, що теплопродуктивність, яка визначена за сталою зміною температури і продуктивності циркуляційного насоса при різних за природою теплоносіїв у І контурі складає від 20 до 80 тис. кДж/год. 60 2 UA 78155 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Пристрій для виробництва і передачі тепла, що містить корпус з торцевими стінками, в якому розташовані на валу диски, внутрішня і зовнішня камери теплообмінника і штуцера для з'єднання з циркуляційним насосом, акумулятором, радіаторами і розширювальним баком, який відрізняється тим, що корпус поділено на внутрішню, середню і зовнішню циліндричні камери, у внутрішній камері розміщено вал з закріпленими на ньому гвинтоподібним треком, трубою з отворами, на якій закріплені диски з рельєфними поверхнями і криволінійними каналами, середня камера відділена від внутрішньої і зовнішньої камер трубами теплообмінників з оребреними зовнішніми поверхнями, робочі поверхні внутрішньої і зовнішньої камер виконані з комірчастою структурою, а торцеві стінки всіх трьох камер сформовані двома боковими кришками з направляючими елементами, ущільненнями і штуцерами для з'єднання внутрішньої камери з зовнішньою камерою, релаксатором і розширювальним баком, а середня камера сполучена штуцерами з баком-акумулятором, радіаторами, циркуляційним насосом і розширювальним баком. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що елементи комірчастої структури робочих поверхонь внутрішньої і зовнішньої камер знаходяться в наступному співвідношенні: Rк : Гк : Шк : Зр-с = (3±2) : (2,618±1) : (3±1) : (0,75±0,25), де Rк - радіус комірки, Гк - глибина комірки, Шк - ширина комірки, Зр-с - зазор між ротором і статором, а кут нахилу однієї з поверхонь комірки відносно дотичної до твірної поверхні знаходиться у межах 22°30' ± 7°30'. 3 UA 78155 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4