ВИХРЕВОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ РОТОРНОГО ТИПА
ROTOR TYPE WHIRL HEATER

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, содержащим вращающиеся элементы для нагрева нейтральных и слабоагрессивных сред.
Известно устройство для нагрева жидкости, принятое за прототип (см. патент RU N2290573, F24J 3/00, публ.27.12.06 г.). Устройство для нагрева жидкости содержит неподвижный цилиндрический корпус с отверстиями входного и выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на вале ротор с глухими отверстиями.
Недостатком прототипа является необходимость установки насоса перед поступлением рабочей среды в отверстие входного канала, низкая коррозионная стойкость в агрессивных средах.
Предлагаемым изобретением решается задача: сокращение энергозатрат и увеличение долговечности нагревательных элементов, использующихся при работе в слабоагрессивных средах.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении кпд нагревательного устройства, увеличении его надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом вихревом нагревателе роторного типа, состоящем из неподвижного цилиндрического корпуса с отверстиями входного и выходного канала, цилиндрической полости, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на вале ротор с глухими отверстиями, новым является то, что цилиндрическая полость неподвижного цилиндрического корпуса выполнена в виде цилиндрической полости большего диаметра, к которой соосно с обеих сторон прилегают цилиндрические полости меньшего диаметра, а ротор выполнен в виде диска большего диаметра и двух крыльчаток меньшего диаметра, размещенных на торцевых поверхностях диска и выполненных заодно с ним, соосно с отверстием выходного канала расположен двухканальный завихритель, причем нагреватель содержит дополнительное отверстие входного канала.
Все поверхности, соприкасающиеся с рабочей средой, покрыты агрессивно-стойким защитным покрытием на основе фторопласта, а в качестве уплотнения используется торцевое уплотнение для слабоагрессивных сред.
В качестве привода нагревателя может использоваться электродвигатель обычного исполнения, причем дополнительное отверстие входного канала размещено с противоположной стороны корпуса, а при использовании погружного электродвигателя дополнительное отверстие входного канала расположено между валом электродвигателя и корпусом.
Выполнение цилиндрической полости неподвижного цилиндрического корпуса в виде цилиндрической полости большего диаметра, к которой соосно с обеих сторон прилегают цилиндрические полости меньшего диаметра, обусловлено необходимостью создания трех рабочих полостей: нагревательной полости, предназначенной для обеспечения генерации тепловой энергии и двух, расположенных симметрично относительно центральной полости нагнетательных полостей, через которые прокачивается рабочая среда.
Выполнение ротора в виде диска большего диаметра и двух крыльчаток меньшего диаметра, размещенных на торцевых поверхностях диска и выполненных заодно с ним, обусловлено исходя из решения задач, изложенных выше. Крыльчатка, размещенная с обеих сторон диска, создает необходимый напор, необходимый для обеспечения высокоэффективной генерации тепловой энергии в центральной полости, где размещена дисковая часть ротора с глухими отверстиями, в зоне которых происходит наиболее активный процесс нагрева рабочей среды.
Размещение соосно с отверстием выходного канала двухканального завихрителя обусловлено необходимостью разделения одного потока на два и придания им вращательной составляющей, необходимой для более эффективного перемешивания разнотемпературных слоев рабочей среды и более быстрому достижению ее однородного температурного состояния в рабочей камере исполнительного устройства (стиральная машина, посудомоечная машина, емкость для обезжиривания деталей после механообработки и т.п.).
Выполнение нагревателя с дополнительным отверстием входного канала обусловлено необходимостью ввода рабочей среды в обе нагнетательные полости, где при помощи крыльчатки происходит формирование двух встречно направленных потоков с высоким давлением. Их столкновение после предварительного разогрева в зонах глухих отверстий происходит в области выходного канала, которое также сопровождается нагревом рабочей среды.
Ввиду того, что в качестве рабочей среды в вышеперечисленных устройствах бытового и технологического назначения используются слабоагрессивные среды (растворы моющих средств, слабощелочные растворы и т.п.), то все поверхности, соприкасающиеся с рабочей средой, обработаны агрессивно-стойким защитным покрытием на основе фторопласта, предохраняющим детали от коррозионного, а также кавитационного воздействия в процессе функционирования вихревого нагревателя роторного типа. Из-за этих же причин в качестве уплотнения используется уплотнение для слабоагрессивных сред, выполненное из стойких к агрессивным средам материалов и позволяющее обеспечить эффективное уплотнение рабочей среды.
В качестве привода нагревателя может использоваться электродвигатель как обычного исполнения, так и погружной электродвигатель. При использовании в качестве привода электродвигателя обычного исполнения корпус с ротором размещается внутри рабочей камеры с нагреваемой рабочей средой. Однако в данном случае происходит частичная потеря тепловой энергии от нагрева корпуса электродвигателя. При использовании в качестве привода погружного электродвигателя данный недостаток устраняется, но ввиду того, что при более низкой цене электродвигателя обычного исполнения и его более высоком ресурсе, оба варианта имеют равные конкурентные преимущества.
Компоновка вихревого нагревателя роторного типа в различных исполнительных устройствах отличается незначительно.
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 нагревателя роторного типа с электродвигателем обычного исполнения; на фиг.2 - общая схема вихревого нагревателя роторного типа с погружным электродвигателем; на фиг.3 - схема использования вихревого нагревателя роторного типа с электродвигателем обычного исполнения; на фиг.4 - схема использования вихревого нагревателя роторного типа с погружным электродвигателем.
Вихревой нагреватель роторного типа с электродвигателем обычного исполнения состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 1, имеющего нагнетательные полости 2 и нагревательную полость 3, которые образуют общую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения ротор, состоящий из диска 4 большего диаметра с глухими отверстиями 5 и прилегающих к нему с обеих сторон крыльчаток 6 меньшего диаметра. Аналогичные глухие отверстия 5 выполнены на торцевых поверхностях нагревательной полости 3. Вал 7 установлен в подшипниковой опоре 8 и уплотнен торцевым уплотнением 9. Торцевое уплотнение 9 размещено в камере 10, которая связана с дополнительным отверстием входного канала 11. Отверстие входного канала 12 размещено соосно с валом 7 на противоположной торцевой стороне корпуса 1. На гильзе корпуса 1, предназначенной для установки подшипниковых опор 8 и торцевых уплотнений 9, имеется установочный фланец 13, предназначенный для установки корпуса 1 на стенке рабочей камеры исполнительного устройства. Отверстие выходного канала 14 выполнено по центру корпуса 1 и соединено с двухканальным завихрителем 15. Вал 7 связан посредством муфты 16 с валом электродвигателя 17.
При использовании в вихревом нагревателе роторного типа погружного электродвигателя 18 на корпусе 1 выполнены приливы 19, предназначенные для выполнения в них резьбовых отверстий, связывающих корпус 1 с погружным электродвигателем 17. Рабочая среда в этом случае попадает вовнутрь корпуса 1 через зазор 20 между валом 21 и корпусом 1, являющийся дополнительным отверстием входного канала.
В данном случае отпадает необходимость в установке подшипниковых опор и торцевых уплотнений, т.к. ротор установлен на вале 21 погружного электродвигателя 18. Корпус 1 жестко закреплен в рабочей камере исполнительного устройства.
Вихревой нагреватель роторного типа работает следующим образом. После заполнения рабочей камеры исполнительного устройства рабочей средой включается электродвигатель 17 или 18. Вращение от электродвигателя 17 через муфту 16 передается на вал 7, установленный в подшипниковой опоре 8, с ротором при использовании двигателя обычного исполнения. При использовании погружного электродвигателя 18 ротор размещен на вале 21 погружного электродвигателя 18. Начинается процесс нагрева рабочей среды. Рабочая среда за счет разрежения, создаваемого крыльчатками 6, поступает в отверстия входного канала 11, 12. Со стороны ротора она поступает непосредственно в нагнетательную полость 2 к крыльчатке 6, а с другой - через камеру 10 для установки торцевого уплотнения 9, а при использовании погружного электродвигателя - через зазор 20. Крыльчатки 6 подают два потока рабочей среды в зазор между диском 4 и торцевыми поверхностями нагревательной полости 3 с глухими отверстиями 5. Здесь происходит интенсивный процесс нагрева рабочей среды под давлением. Два потока нагретой рабочей среды сталкиваются с выделением тепла в зоне отверстия выходного канала 14 и через него после перемешивания попадают в двухканальный завихритель 15, где поток приобретает вращательную составляющую движения и перемешивается с менее прогретыми слоями рабочей среды рабочей камеры исполнительного агрегата.