Устройство для нагрева жидкого теплоносителя

Полезная модель относится к области теплоэнергетики. Устройство для нагрева жидкого теплоносителя предназначено для нагрева жидкого теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения различных объектов жизнедеятельности.
Устройство для нагрева жидкого теплоносителя содержит емкость для нагреваемой жидкости, индуктор, состоящий из цилиндрического элемента с размещенными на нем постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, причем цилиндрический индуктор и металлическая цилиндрическая емкость расположены коаксиально, а цилиндрический индуктор установлен с возможностью вращения, в емкость с нагреваемой жидкостью вокруг боковой поверхности цилиндрического индуктора установлена неподвижная металлическая решетка цилиндрической формы коаксиально с индуктором, индуктор приводится во вращение от любого привода, например, электрического двигателя, ветродвигателя и т.д.
Известно устройство для преобразования механической энергии в тепловую, которое содержит неподвижную оболочку и составной магнитопровод, одна из частей которого выполнена подвижной, являющейся якорем и несущей постоянные магниты, а другая часть магнитопровода выполнена в виде неподвижного многостержневого шихтованного сердечника. Оболочка представляет собой замкнутую полую камеру со сквозными каналами в ней для размещения в них стержней сердечника, оболочка имеет входной и выходной патрубки для циркуляции нагреваемой среды (на изобретение РФ №2097946, МПК Н05В 6/10) [1]. Такое устройство состоит из большого количества элементов, таких как многостержневой сердечник, камера-теплообменник с размещенными внутри замкнутыми контурами из электропроводящего материала, якорь с постоянными магнитами сложно в изготовлении и будет иметь большие массогабаритные показатели.
Известно устройство для преобразования механической энергии в тепловую (патент на полезную модель РФ №97889, МПК Н05В 6/10) [2]. В данном устройстве технический результат достигается за счет того, что обмотка возбуждения, по которой протекает постоянный ток, создает постоянное магнитное поле, при вращении ротора с обмоткой переменное магнитное поле создает вихревые токи в ферромагнитном цилиндре, обеспечивая его нагревание. Недостаток такого устройства связан с использованием источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения, поэтому для обеспечения автономной работы такого устройства необходим аккумулятор, что усложняет конструкцию и снижает надежность устройства.
Известно устройство для нагрева жидкого теплоносителя (патент на полезную модель РФ №176672, МПК Н05В 6/10) [3]. С одной и другой стороны цилиндрической емкости с теплоносителем расположены по одному диску с возможностью вращения относительно емкости, на дисках размещены по окружности постоянные магниты, при вращении дисков приводным двигателем в стенках емкости возникают вихревые токи, которые нагревают емкость и теплоноситель внутри нее. Недостаток такого устройства связан с тем, что при вращении дисков с магнитами происходит вентиляция воздуха вокруг емкости, поэтому часть тепла рассеивается в окружающую среду и не идет на нагрев теплоносителя.
Известен вихревой ветротеплогенератор (патент на изобретение РФ №2656515, МПК F03D 3/00) [4], содержащий ортогональный ветродвигатель, преобразователь механической энергии в тепловую энергию в виде мешалки с подвижными лопастями. В таком устройстве нагревание теплоносителя осуществляется при вращении лопастей мешалки в жидкости, при этом механическая энергия затрачивается на преодоление сил трения и преобразуется в тепловую энергию. Мешалка с подвижными лопастями, работающая по принципу регулятора Уатта, позволяет регулировать число оборотов ортогонального ветродвигателя для обеспечения необходимой частоты вращения ротора ветродвигателя при разной скорости ветра. Недостаток такого устройства связан с тем, что мешалка с подвижными лопастями имеет сложную кинематическую схему, что снижает надежность ветротеплогенератора.
Наиболее близким по технической сущности является устройство (патент на изобретение РФ №2303861, МПК Н05В 6/10) [5], принятое за прототип. Устройство для нагрева жидкости содержит емкость для жидкости, индуктор, состоящий из цилиндрического элемента из магнитного материала с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, цилиндрический элемент и металлическая цилиндрическая емкость расположены коаксиально, а цилиндрический элемент индуктора установлен с возможностью вращения, при этом цилиндрический элемент с магнитами размещен внутри емкости с нагреваемой жидкостью. В таком устройстве технический результат достигается за счет нагрева вихревыми токами емкости, изготовленной из электропроводящего материала. Недостаток этого устройства для нагрева жидкости в том, что часть тепловой энергии будет рассеиваться в окружающую среду, потому что внешняя поверхность цилиндрической емкости, которая нагревается вихревыми токами, окружает воздух с температурой ниже, чем температура нагретой емкости.
Цель полезной модели - уменьшить рассеивание тепловой энергии в окружающую среду при нагреве жидкого теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения объектов жизнедеятельности.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен главный вид устройства для нагрева жидкого теплоносителя, на фиг. 2 - вид сверху устройства для нагрева жидкого теплоносителя.
Устройство для нагрева жидкого теплоносителя содержит емкость 1 для нагреваемой жидкости 2, индуктор 3, состоящий из цилиндрического элемента с размещенными на нем постоянными магнитами 4 с чередующимися полюсами по окружности, причем цилиндрический индуктор и металлическая цилиндрическая емкость 1 расположены коаксиально, а цилиндрический индуктор 3 установлен с возможностью вращения, в емкость с нагреваемой жидкостью вокруг боковой поверхности цилиндрического индуктора 3 установлена неподвижная металлическая решетка 5 цилиндрической формы коаксиально с индуктором, индуктор 3 приводится во вращение от любого привода, например, электрического двигателя, ветродвигателя и т.д.
Принцип действия устройства для нагрева жидкого теплоносителя.
Привод 7 обеспечивает вращение вала 6, механическая энергия передается индуктору цилиндрической формы 5 с размещенными на нем постоянными магнитами 4, при вращении индуктора 5 постоянные магниты 4 перемещаются относительно неподвижной металлической решетки цилиндрической формы 5, которая установлена внутри емкости с жидким теплоносителем вокруг боковой поверхности цилиндрического индуктора коаксиально с индуктором. В стержнях металлической решетки 5 появляются вихревые токи, которые обеспечивают ее нагрев. Металлическая решетка находится в емкости с жидким теплоносителем, поэтому тепловая энергия передается от металлической решетки 5 к жидкому теплоносителю 2, так же во время вращения индуктора 4 внутри емкости происходит перемешивание жидкого теплоносителя 2 и более равномерный его нагрев.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, - уменьшение рассеивания тепловой энергии в окружающую среду источника тепловой энергии, потому что нагревательный элемент расположен в жидком теплоносителе и вся его поверхность соприкасается с жидким теплоносителем.
Размещение постоянных магнитов на индукторе возможно по различным схемам и с различным количеством пар полюсов: с радиальным намагничиванием, с тангенциальным намагничиванием, с радиально-тангенциальным намагничиванием (цилиндр Хальбаха), с V-образным размещением магнитов, так, чтобы обеспечить максимальную индукцию магнитного поля с наружной стороны цилиндрического индуктора, что позволит увеличить нагрев металлической решетки вихревыми токами.
Источники информации:
1. Пат. RU (11) 2097946 (13) С1 МПК Н05В 6/10. Устройство для преобразования механической энергии в тепловую / А.И. Елшин, В.М. Казанский, Е.Д. Карманов, В.И. Михеев. - №95117680/06; Заявлено 17.11.1997; Опубл. 27.11.1997. Бюл. №5.
2. Пат. RU (11) 97889 (13) U1 МПК Н05В 6/10. Устройство для преобразования механической энергии в тепловую / А.В. Толмачева, А.В. Иванов, А.В. Бичков. - №2010115801/07; Заявлено 20.04.2010; Опубл. 20.09.2010. Бюл. №26.
3. Пат. RU (11) 176672 (13) U1 МПК Н05В 6/10. Устройство для нагрева жидкого теплоносителя / В.Н. Комаров. - №2017139964; Заявлено 17.11.2017; Опубл. 25.01.2018. Бюл. №3.
4. Пат. RU (11) 2656515 (13) С1 МПК F03D 3/00. Вихревой ветротеплогенератор / Н.А. Седых. - №2017102162; Заявлено 23.01.2017; Опубл. 05.06.2018. Бюл. №16.
5. Пат. RU (11) 2303861 (13) С2 МПК Н05В 6/10. Устройство для нагрева жидкости / В.Г. Поляков, А.А. Афанасьев, В.А. Нестерин и др. - №2005125676/09; Заявлено 12.08.2005; Опубл. 27.07.2007. Бюл. №21.