КАВИТАЦИОННО-ВИХРЕВОЙ ЭНЕРГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
CAVITATION-VORTEX ENERGY CONVERTER

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений, транспортных средств, подогрева воды для производственных и бытовых нужд.
Известно устройство теплового насоса (авторское свидетельство СССР №458591, F25B 29/00, 1972), выполняющего функцию теплогенератора, рабочей средой которого является жидкость - вода, содержащее корпус в виде герметичного сферического сосуда, наполненного рабочей средой с расположенным в нем теплообменником, сетевой насос, обеспечивающий сжатие среды внутри корпуса, подающую и обратные тепломагистрали, оснащенные запорными вентилями, и потребитель тепла.
В известном устройстве в качестве среды может быть использована, например, паровоздушная смесь или жидкость. В этом устройстве путем изменения давления и скорости среды генерируется тепловая энергия, позволяющая снизить затраты электроэнергии для получения тепла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является теплогенератор (патент РФ №2045715, МПК 6 F25B 29/00, 1995.10.10), рабочей средой которого является жидкость - вода, содержащий вихревую камеру с одним инжекционным патрубком, корпус в форме цилиндрической трубы, байпас, соединяющий вихревую камеру с основанием корпуса, причем соединение выполнено на торце вихревой камеры, противолежащем корпусу и соосно последнему, тормозное устройство, установленное в основании корпуса, противолежащем вихревой камере и тормозное устройство, установленное в байпасе.
Основным недостатком описанного устройства является то, что пропускная способность ограничивается при заданном напоре на входе сечением соплового ввода и может быть увеличена только увеличением давления на входе.
Задача изобретения - повышение эффективности нагрева жидкости за счет увеличения скорости закрученного потока, что обеспечивается увеличением пропускной способности.
Поставленная задача выполняется благодаря тому, что в кавитационно-вихревом энергопреобразователе, содержащим вихревую камеру с первым инжекционным патрубком, корпус в форме цилиндрической трубы, байпас, соединяющий вихревую камеру с основанием корпуса, причем соединение выполнено на торце вихревой камеры, противолежащем корпусу и соосно последнему, тормозное устройство, установленное в основании корпуса, противолежащем вихревой камере, тормозное устройство, установленное в байпасе, в отличие от прототипа, имеет второй инжекционный патрубок, расположенный относительно первого под углом 180°.
Кроме того, торцевая сторона вихревой камеры соединена с корпусом посредством конфузора.
Кроме того, в основании вихревой камеры может быть установлен конический насадок, связанный с байпасом.
Кроме того, в области первого инжекционного патрубка внутренняя полость вихревой камеры может быть выполнена по криволинейному профилю.
Тормозное устройство выполнено из восьми радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке.
Подобное исполнение внутренней полости вихревой камеры в области первого инжекционного патрубка способствует снижению гидравлических потерь. За счет соединения вихревой камеры с корпусом посредством конфузора повышается градиент изменения скорости. Наличие двух инжекционных патрубков обеспечивает большую скорость закрученного потока по сравнению с прототипом. Инжекционные патрубки разнесены по длине вихревой камеры с обеспечением совместного течения потоков. Конический насадок, установленный в основании вихревой камеры, обеспечивает отток излишков жидкости из центра.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема установки, на фиг.2 - общий вид энергопреобразователя.
В устройстве для нагрева жидкости, содержащем кавитационно-вихревой энергопреобразователь 1, рабочий сетевой насос 2 с электроприводом 3, соединенный с корпусом энергопреобразователя, подающий и обратный трубопроводы 4 с запорными вентилями 5, обеспечивающие взаимосвязь кавитационно-вихревого энергопреобразователя с теплообменником 6, кавитационно-вихревой энергопреобразователь имеет вихревую камеру 7, связанную с насосом посредством инжекционных патрубков 8, 9, разнесенных по длине вихревой камеры. Инжекционные патрубки соединены в одну общую подающую магистраль.
Кавитационно-вихревой энергопреобразователь содержит вихревую камеру 7, торцевая сторона которой соединена с корпусом 10. Вихревая камера 7 имеет два разнесенных по длине инжекционных патрубка 8, 9, обеспечивающих наибольшую скорость закрутки жидкости. В области первого инжекционного патрубка 8 внутренняя полость 11 вихревой камеры 7 выполнена по криволинейному профилю для снижения гидравлических потерь. В основании вихревой камеры 7 установлен конический насадок 12, обеспечивающий отток излишков жидкости из центра второго вихря. В основании корпуса 10, противолежащем вихревой камере 7, установлено тормозное устройство 13, предусматривающее несколько ребер 14, закрепленных на центральной втулке 15. Основание корпуса посредством байпаса 16 соединено с вихревой камерой 7 на торце, противолежащем корпусу 10 и соосно ему. В байпасе 16 установлено дополнительное тормозное устройство 17.
При включении в работу насоса 2 жидкость через инжекционные патрубки 8, 9 под давлением попадает в вихревую камеру 7, имеющий по контуру вид спирали. Здесь происходит приращение механической энергии жидкости, и она попадает в цилиндрическую часть корпуса 10. Диаметр цилиндрической части корпуса 10 значительно больше диаметра инжекционных патрубков 8, 9. Проходя по корпусу 10 энергопреобразователя, жидкость попадает на тормозное устройство 13, где возникает кавитация, что приводит к повышению температуры жидкости. На выходе из тормозного устройства 13 корпуса энергопреобразователя жидкость проходит через выходное отверстие 18. Ввиду того, что диаметр выходного отверстия 18 в несколько раз меньше диаметра корпуса 10, вновь изменяется кинетическая энергия жидкости, что способствует повышению эффективности нагрева. Дополнительное тормозное устройство 17, установленное в байпасе 16, способствует повышению эффективности нагрева жидкости.
3
В соответствии с сущностью изобретения был изготовлен опытный образец устройства. В устройстве был использован центробежный консольно-моноблочный насос. Диаметр корпуса энергопреобразователя 70 мм. Объем первого контура составил 100 литров. Объем системы отопления из 6 регистров составил 680 литров. Температура воды в первом контуре составляет порядка 100° при давлении 5,4 атм. Установка была использована для обогрева площади 7063 м. Температура в помещении поддерживалась на уровне 15°. Темп нагрева жидкости составляет 3-5° в 1 мин.
Основным преимуществом предлагаемого кавитационно-вихревого энергопреобразователя является то, что благодаря конструктивному выполнению его вихревой камеры и корпуса, пропускная способность увеличивается в два раза при заданном напоре, без изменения давления на входе.