ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
VORTEX HEAT GENERATOR

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к вихревым теплогенераторам, и может быть использовано в системах теплопотребления и горячего водоснабжения промышленных и бытовых объектов для подогрева различных технологических жидкостей с неблагоприятными физико-химическими свойствами при температуре как минимум 90°С.
Известна вихревая система отопления, принятая за прототип (см. патент №2089795, МПК F25B 29/00, публ. 10.09.97 г.). Вихревая система отопления содержит теплоизолированный резервуар с жидкой рабочей средой, тепловой насос, выполненный в виде вихревой камеры с присоединенным к ее тангенциальному вводу нагнетательным насосом с электродвигателем.
Недостатком прототипа является низкая теплопроизводительность, сложность конструкции, особые требования к жидкой среде.
Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат, увеличение срока эксплуатации устройства.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности нагрева жидкой рабочей среды, повышении механической надежности устройства при одновременном упрощении конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом вихревом теплогенераторе, состоящем из теплоизолированного резервуара с жидкой рабочей средой, теплового насоса, выполненного в виде вихревой камеры с присоединенным к ее тангенциальному вводу нагнетательного насоса с электродвигателем, новым является то, что нагнетательный насос выполнен погружным, размещенным с вихревой камерой на кронштейне, связанном с внутренней поверхностью резервуара через амортизационные подушки, а внутренняя поверхность тангенциального ввода вихревой камеры выполнена в виде поверхности, придающей потоку жидкости значительное ускорение.
Регулирование теплопроизводительности возможно за счет регулирования частоты оборотов электродвигателя погружного насоса.
Использование в качестве нагнетательного насоса насоса погружного типа, предназначенного для работы в рабочей среде с неблагоприятными физико-химическими свойствами при температуре как минимум 90°С, обусловлено несколькими факторами.
Во-первых, исключаются тепловые потери от нагретого корпуса электродвигателя, что дает значительный прирост произведенной полезной тепловой энергии. При этом не требуется каких-либо дополнительных требований к данной схеме компановки, что придает резервуару оптимальную геометрическую форму и размеры, облегчает эксплуатацию устройства.
Во-вторых, использование погружного насоса, способного работать при повышенной загрязненности и неблагоприятных химических свойствах рабочей жидкости, значительно расширяет возможности применения вихревого теплогенератора. Причем в данном случае отсутствуют экономические затраты на механическую очистку и химическую подготовку рабочей жидкости, которая помимо остальных затрат является постоянно действующим фактором, влияющим на снижение технико-экономических показателей устройства.
Размещение погружного насоса с вихревой камерой на кронштейне, который связан с внутренней поверхностью резервуара через амортизационные подушки, обусловлено тем, что эти элементы являются основными источниками вибрации при работе вихревого теплогенератора. Их жесткая установка неизбежно привела бы к повышенному уровню вибрации в зоне установки резервуара, нарушению санитарных норм и преждевременному износу прежде всего самого погружного насоса как наиболее сложного устройства в теплогенераторе.
Выполнение внутренней поверхности тангенциального ввода вихревой камеры в виде поверхности, придающей потоку жидкости значительное ускорение (диффузорное сопло, сопло Лаваля и т.п.), обусловлено необходимостью максимального ускорения подаваемого в вихревую камеру потока жидкой рабочей среды с целью обеспечения высокой эффективности теплообразования при его вращательно-поступательном движении и дальнейшем торможении при истечении из вихревой камеры.
Полное заполнение резервуара жидкой рабочей средой однородного химического состава (вода, тосол, антифриз и т.п.) вытекает из возможности нормальной работы погружного насоса в подобных рабочих средах, которые являются основными и наиболее распространенными в теплотехнике.
При необходимости теплопроизводительность регулируется за счет регулирования частоты оборотов электродвигателя погружного насоса, что позволяет поддерживать оптимальный режим эксплуатации вихревого теплогенератора.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема вихревого теплогенератора, на фиг.2 - схема тангенциального ввода с внутренней поверхностью в форме сопла Лаваля, на фиг.3 - схема тангенциального ввода с внутренней поверхностью в форме диффузорного сопла.
Вихревой теплогенератор состоит из теплоизолированного резервуара 1 с патрубком для наполнения 2 и вывода 3 жидкой рабочей среды. Погружной насос 4 и вихревая камера 5 с тангенциально установленным вводом 6 и тормозным устройством 7 перед выходным отверстием 8 закреплены внутри теплоизолированного резервуара 1 на кронштейне 9, связанном с его внутренней поверхностью через амортизационные подушки 10. Погружной насос 4 имеет всасывающую камеру 11 и нагнетательный патрубок 12.
Внутренняя поверхность тангенциального ввода 6 вихревой камеры 5 выполнена в виде поверхности, придающей потоку жидкости дополнительное ускорение (диффузорное сопло, сопло Лаваля и т.п.).
Вихревой теплогенератор работает следующим образом. После заполнения теплоизолированного резервуара 1 рабочей средой через патрубок для наполнения 2 включается погружной насос 4. Всасывающая камера 11 погружного насоса 4 забирает жидкую рабочую среду. Далее она под давлением через нагнетательный патрубок 12 поступает к тангенциальному вводу 6, из которого с ускорением попадает в вихревую камеру 5, где начинает перемещаться вращательно-поступательно к тормозному устройству 7, расположенному перед выходным отверстием 8, с возрастанием температуры. В области тормозного устройства происходит резкое торможение рабочей среды, нарушение ее вращательно-поступательного направления движения, и дальнейшее истечение из выходного отверстия 8. Данная область является также активной областью теплообразования. Нагретая рабочая среда поступает через патрубок вывода 3 в прямой трубопровод системы теплопотребления, а через патрубок наполнения 2 из обратного трубопровода в теплошумоизолированный резервуар 1 и далее - к всасывающей камере 11 погружного насоса 4.