УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ

Полезная модель предназначена для нагрева теплоносителя без применения электрических, пламенных и других нагревателей и может быть использована для теплоснабжения объектов в различных отраслях промышленности, в частности, для отопления жилищных объектов- коттеджей и теплоемких технологических производств.
Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее соединенный с насосом с трубопроводом для подачи холодной воды корпус, выполненный с обеспечением возможности ускорения движения воды и несущий тормозное средство для нагрева воды (см. патент РФ №2045715, 10.10.1995 - аналог и прототип).
Недостатком известного устройства является снижение интенсивности нагрева теплоносителя из-за уменьшения скорости вращения по мере его удаления от тормозного средства и из-за потери тепла в перепускном патрубке.
Техническим результатом полезной модели является повышение интенсивности нагрева теплоносителя и увеличение тепловыделения при обогреве помещений.
Достигается это тем, что часть корпуса выполнена конусообразной и в виде улитки, меньшее основание которого расположено со стороны насоса, а другая часть - цилиндрической для обеспечения возможности образования процесса кавитации, разделенной тормозным средством на два отсека, причем тормозное средство выполнено в виде диска с отверстиями, несущего поперечно расположенные лопатки с длиной, составляющей 1/3 длины одного отсека и со скосами на свободных концах, расположенные с обеспечением возможности торможения
вращательного движения нагретой за счет разрыва образованных навигационных пузырьков воды и для его преобразования в поступательное движение, а во втором отсеке, на выходе из него установлена металлическая сетка, выполненая с суммарным проходным сечением не менее 0,5 от проходного сечения цилиндрического корпуса для обеспечения возможности окончательного преобразования вращательного движения горячей воды в поступательное при выходе ее из корпуса, при этом трубопровод размещен тангенциально относительно конусообразной части корпуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на:
Фиг.1 изображено устройство для нагрева жидкости в сборе,
Фиг.2 - сечение А-А,
Фиг.3 - сечение Б-Б.
Устройство для нагрева жидкости содержит соединенный с насосом 1 с трубопроводом 2 для подачи холодной воды корпус 3, выполненный с обеспечением возможности ускорения движения воды и несущий тормозное средство для нагрева воды.
Часть 4 корпуса 3 выполнена конусообразной и в виде улитки (его внутренняя часть), меньшее основание которого расположено со стороны насоса 1.
Другая часть 5 выполнена цилиндрической для обеспечения возможности образования процесса кавитации, разделенной тормозным средством на два отсека 6.7.
Тормозное средство выполнено в виде диска 8 с отверстиями 9, несущего поперечно расположенные лопатки 10 с длиной, составляющей 1/3 длины одного 6 отсека и со скосами
11 на свободных концах, расположенные с обеспечением возможности торможения вращательного движения нагретой за счет разрыва образованных навигационных пузырьков воды и для его преобразования в поступательное движение.
Во втором 7 отсеке, на выходе 12 из него установлена металлическая сетка 13, выполненная с суммарным проходным сечением не менее 0,5 от проходного сечения цилиндрического корпуса 5 для обеспечения возможности окончательного преобразования вращательного движения горячей воды в поступательное при выходе ее из корпуса 3.
Трубопровод 2 размещен тангенциально относительно конусообразной 4 части корпуса 3.
Позицией 14 обозначено направление движения воды.
Функционирует устройство для нагрева следующим образом.
Устройство для нагрева воды - гидродинамический тепловой генератор - пассивный элемент нагревательной системы, в котором при достаточном давлении и количестве поступающей жидкости происходит вращательно-поступательное турбулентное движение, создающее кавитационный процесс на выходе тормозного средства и в результате схлопывания кавитационных пузырьков происходит интенсивный нагрев жидкости за счет преобразования кинетической энергии жидкости в тепловую.
Гидродинамический тепловой генератор не имеет движущихся и трущихся частей и за счет завихрения жидкости от одного участка к другому обеспечивается возрастающая интенсивности выделения тепла.
Его работа основана на возбуждении в жидкости акустических колебаний в результате истечения из круглого сопла быстро вращающейся струи с навигационным вихревым потоком.
Конусообразный в виде улитки корпус 4 выполняет функцию
ускорителя движения жидкости с преобразованием поступательного движения во вращательно-поступательное на выходе. Струя воды из улитки по касательной направляется в отсек 6.
Причем, при тангенциальной подаче холодной воды через трубопровод 2 и через улитку 4 и постоянной закрутке потока значительно возрастает окружная составляющая скорости и возникают центробежные силы, прижимающие поток воды к стенам и образуется тонкая пленка. Вдоль оси корпуса 3 образуется воздушный вихрь. Поскольку струя жидкости за счет центробежных сил вращения разрывается при образовании вихря, то внутри самого вихря пониженное давление заставляет соприкасающуюся с ним поверхность жидкости интенсивно "закипать". Происходит непрерывный процесс образования кавитационных" пузырьков по всей внутренней поверхности соприкосновения вихря со столбом воды. Образовавшиеся микроскопические пузырьки перемешиваясь насыщают жидкость и уносятся потоком дальше, а на их месте непрерывно образуются новые.
3
2
Сила поверхностного натяжения в таких пузырьках достигает величины 10 кГ/см. При насыщении всей массы жидкости пузырьками в ней аккумулируется энергия сил их поверхностного натяжения, которая при схлопывании пузырьков преобразуется в тепловую энергию, нагревая жидкость.
В отсеке 6 вихри в микроструях сопровождаются
2
3
схлопыванием навигационного пузырька и выходу внутренней энергии. Размеры навигационных пузырьков составляют порядка (1-10) мкм. давление при разрыве соответствует 10-10 атм., а изменение температуры в микрообласти порядка 100°С и времени нагрева; менее 1 мкс. Несмотря на то. что локальные значения температуры и давления, достигаемые при схлопывании пузырька экстремальны, можно успешно контролировать протекание процесса. На интенсивность схлопывания пузырьков и, следовательно, на характер процесса влияют такие факторы, как частота ультразвуковой волны, ее амплитуда, температура окружающей среды, статическое давление, природа жидкости и газа, растворенного в ней. Таким образом, гидродинамическая кавитация возбуждает в жидкости акустические колебания в результате вихревых потоков, образуемых из быстро вращающейся струи.
холодная вода из трубопровода 2 подается под давлением 4-6 атм. При достижении величины давления насыщенных паров образуется кавитационная полость, в хвостовой части которой возникает поле микропузырьков, а за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих развитию кавитационных пузырьков. Вода с большим запасом кинетической энергии попадает в тормозное средство, где падает ее скорость и изменяется давление. Происходит схлопывание кавитационных образований, что соответственно приводит к дальнейшему повышению температуры жидкости, палее вода под действием лопаток 10 приобретает поступательное движение. Далее вода. после тормозного соедства поступает через металлическую сетку 13 на выход 12 (теплообменник),
в котором установлен датчик регулирования и контроля температуры.
Далее циркуляция повторяется.
Таким образом, обеспечивается ускоренное вращение потока жидкости из улитки в отсеки 6, 7 с преобразованием механической и внутренней энергии жидкости в тепловую на выходе тормозного средства.
Таким образом, полезная модель повышает интенсивность нагрева теплоносителя и увеличивает тепловыделение при обогреве помещений.
Промышленная применимость.
Полезная модель может быть использована для автономного водяного отопления взамен централизованного. Это позволит ликвидировать затраты на транспортировку теплоносителей, избавиться от низкоэффективных мелких котельных, снизить затраты на содержание обслуживающего персонала и улучшить экологию окружающей среды. Полезная модель может быть использована для отопления железнодорожных вагонов, нагрева воды и других технологических нужд.