ВИХРЕВОЙ КАВИТАЦИОННЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплотехнике, точнее к устройствам нагрева воды и прочих жидкостей и может быть использовано в системах теплоснабжения как в промышленности, так и в быту.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков относится известный кавитационный теплогенератор - устройство для нагрева жидкостей. (Прототип - патент РФ №2045715).
Известный кавитационный теплогенератор состоит из рабочей камеры с входным и выходным патрубками, со съемной крышкой, механического кавитатора с приводным электродвигателем, выполняющим одновременно и функцию электронасоса.
Сущность его работы состоит в создании мощной кавитации в воде в рабочей камере при вращении в ней от электродвигателя -механического кавитатора - рабочего диска со специальной шероховатой поверхностью. Вследствие мощной кавитации в воде - она нагревается.
При всех достоинствах прототипа, существующий кавитационный теплогенератор обладает пониженной надежностью и из-за использования такого вращающегося механического кавитатора и несовершенного энергозатратного электромеханического насоса-нагнетателя. Данное теплогенерирующее устройство обладает в итоге также и пониженной экономичностью и пониженным КПД.
задачей создания предлагаемого технического решения совпадающей с техническим результатом является повышение КПД и улучшение экономичности.
Решение указанной задачи достигнуто в вихревом кавитационном теплогенераторе, содержащем рабочую цилиндрическую камеру со съемной верхней крышкой, плотно соединенной с рабочей камерой на резьбовом соединении, а также впускной и выпускной патрубки, кавитаторы, тем, что входной патрубок соединен тангенциально с полостью рабочей камеры, причем полость входного патрубка выполнена в виде конусного сопла, причем внутрь рабочего цилиндра вставлен соосно дополнительный внутренний полый цилиндр, герметично соединенный с основанием рабочего цилиндра, и выходящий за пределы рабочей камеры в виде выходного патрубка, внутренний полый цилиндр имеет рабочие зазоры относительно боковой поверхности рабочего цилиндра и относительно верхней крышки, причем устройство снабжено двумя неподвижными перфорированными кавитаторами, размещенными на боковых поверхностях этих цилиндров внутри рабочей камеры, причем цилиндрическая крышка рабочей камеры выполнена с перфорированными отверстиями по всему периметру ее горизонтальной поверхности, по условию равенства суммарной площади этих отверстий площади отверстия в внутреннем цилиндре, а устройство дополнено кольцевым постоянным магнитом с осевой намагниченностью, размещенным своей плоскостью на металлическом стальном кольце в основании рабочего цилиндра.
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг.
Описание устройства в статике
Данная полезная модель показана упрощенно в самом простом его варианте конструкции (в разрезе) на блок-схеме (фиг.).
Это вихревое кавитационное устройство - предназначено для экономичного нагрева воды - и может быть широко применено в различных сферах народного хозяйства и в разных технологиях получения тепловой энергии, например и в быту, для приготовления теплой воды в домашних условиях, для собственных нужд и для обогрева жилищ, а также и в городской и централизованной промышленной теплоэнергетике. Вихревой кавитационный теплогенератор - это простое вихревое устройство нагрева воды кавитацией при ее вихревом вращении в рабочей камере за счет напора воды. Самое его простое применение может быть например при его соединении с водопроводным краном. Вихревое кавитационное устройство нагрева воды содержит рабочий полый цилиндр 1, - иначе главную рабочую, входной тангенциальный патрубок 2, со сквозным отверстием 3 с конфигурацией сопла Лаваля, верхняя крышка 3, соединенную на резьбе с цилиндром 1, причем рабочий цилиндр 1 дополнен внутренним полым цилиндром 5, вставленным внутрь рабочего цилиндра соосно с ним, герметично соединенный с основанием рабочего цилиндра, со сквозным отверстием 6, причем это внутренний цилиндр 5 имеет рабочие зазоры относительно боковой поверхности рабочего цилиндра 1 и относительно верхней крышки 4, а кавитаторы 7, 8 размещены на боковых поверхностях этих цилиндров 1 и 5 и выполнены в виде тонкой перфорированной металлической ленты, шероховатой с одной стороны, прочно закрепленной гладкой поверхностью этой ленты на внутренней поверхности рабочего цилиндра (кавитатор 7) и на наружной поверхности дополнительного цилиндра 5 (кавитатор 8), причем устройство дополнено также кольцевым постоянным магнитом 9 с осевой намагниченностью, размещенным своей плоскостью на металлическом стальном кольце 10 в основании рабочего цилиндра 1, причем выходной патрубок 11 является продолжением внутреннего цилиндра 5 с общим отверстием 6. Для интенсификации нагрева воды на выходе патрубка 11 цилиндрическая крышка 4 выполнена с перфорированными отверстиями 12 по всему периметру ее горизонтальной поверхности по условию равенства суммарной площади этих отверстий площади отверстия 6 в внутреннем цилиндре 5.
Описание устройства в работе
Ниже описана для простоты работа предлагаемого устройства нагрева воды от напора воды в водопроводном кране(электронасос не показан). Рассмотрим вначале работу данного устройства нагрева воды (рис.1) в случае его присоединения шлангом к обычному водопроводному крану (не показан). В этом простейшем случае тангенциальный патрубок 2 рабочей камеры 1 вначале присоединяется шлангом соответствующего диаметра и длины к водопроводному крану (для упрощения на рис.1 они не показаны). Затем подаем с напором воду из водопроводного крана через этот тангенциальный патрубок 2 внутрь рабочего цилиндра 1. Вода под напором поступает сначала в коническое сопло 3 - сопло Лаваля, размещенного внутри патрубка 2, ускоряется в нем, и затем тангенциально поступает в рабочую полость камеры 1, в которой она начинает интенсивно раскручиваться внутри рабочей цилиндрической полости, образованной боковыми поверхностями двух цилиндров 1,5. В результате интенсивного скоростного вращения воды и соприкосновении с двумя неподвижными кавитаторами 7,8 вследствие их шероховатостей, возникает активная кавитация(вспенивание) в этой воде, вследствие которой начинает разрушаться кластерная структура воды и возникает ее интенсивный нагрев. Более нагретые слои завихренной кавитирующей воды концентрируются в ее центральном потоке вокруг кавитатора 8. Эти нагретые слои воды доходят до центральной части сплошной нижней поверхности крышки 4 и затем отражаются от нее, после чего попадают в сквозное отверстие 6 в дополнительном полом цилиндре 5, после чего через это сквозное отверстие 6 и выходной патрубок 11 теплая вода выводится наружу из устройства, а отсепарированная вихрем в периферийную часть рабочей камеры 1 охлажденная вода выводится через отверстия 12 в крышке 4.. Кольцевой постоянным магнит 9, размещенный на металлической стальной шайбе 10 осуществляет дополнительную очистку воды посредством удержания им мелких ферромагнитных микрочастиц из поступаемой в камеру 1 воды и одновременно ее активацию и переструктурирование. Стальная шайба 10 является экраном для магнитного поля препятствует выходу магнитного поля магнита 9 за пределы дна камеры 1
При этом эффективный нагрев воды внутри рабочего пространства камеры и происходит путем сепарация и различного нагрева отдельных слоев и фракций воды в поперечном сечении рабочей камеры 1 в этом вихревом потоке воды вследствие возникновению в ней несколько взаимодополняющих процессов:
- активное первичное дробление водных кластеров и прочих структурных соединений кавитацией в поступаемой в устройство под напором холодной воды уже в патрубке 2 с кавитатором 3 в виде сопла Лаваля
- вследствие активной кавитации воды непосредственно в рабочей полости в камере 1 вследствие возникновения в ней интенсивных вихревых и кавитационных процессов в ней по мере движения вихря воды к выходному отверстию 6
- вследствие сепарации воды на теплую и холодную фракции воды в водяном вихре в камере 1 с последующим раздельным отводом их в разные отверстия, причем с отводом самых нагретых слоев воды в отверстие 6 выходного патрубка 11 и отводом охлажденной воды в отверстия 12 крышки 4.
Применение полезной модели дало следующие положительные эффекты:
О достижении положительного эффекта нагрева воды
Достоинства данного вихревого кавитационного устройства очистки воды по сравнению с прототипом состоят в простоте, повышению надежности, долговечности, в применении неподвижных двух кавитаторов взамен вращающегося кавитатора. Благодаря наличию скоростного вихря воды в рабочей зоне рабочей камеры 1 и благодаря применению двух неподвижных кавитаторов 7 и 8 особой формы и посредством раздельного отвода теплой и холодной воды из рабочей камеры удается значительно интенсифицировать процесс нагрева воды, по сравнению с прототипом.
Устройство уже изготовлено, апробировано и подтвердило свою работоспособность.