ВЕТРОВОЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ
WIND-DRIVEN WATER HEATER

Изобретение относиться к энергетике, а именно к энергетическим установкам, использующим для своей работы энергию ветра, и предназначено для нагрева воды для бытовых и производственных нужд.
Известен фрикционный нагреватель, содержащий бак с нагреваемой средой, на дне которого установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, имеющий с боков лопасти, причем он через вертикальный вал соединен с ветродвигателем (А.С. №1627790, СССР)
В известном нагревателе теплопередача производиться только через стенку бака, перенос тепла теплоносителем отсутствует.
Известен теплогенератор гидравлический, включающий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, вертикальный вал, размещенный в опорном и упорном подшипниках, патрубки входа холодной и выхода горячей воды и закручивающего устройства, состоящего из полуцилиндров в два ряда (Патент РФ №2228503).
В известном теплогенераторе отсутствует фрикционный нагреватель и емкость с теплоаккумулирующим составом.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является пылеконструктор, содержащий корпус с установленным в его нижней части завихрителем, патрубок для отвода аэросмеси, выхлопную трубу для отвода паров и трубопровод для подачи воздуха, установленный по оси корпуса (АС №317863, СССР)
Известный пылеконструктор не предназначен для нагрева воды, в его конструкции не предусмотрено преобразование одного вида энергии в другую.
Технический результат, заключающийся в максимальном использовании энергии ветра и преобразовании ее в тепловую энергию для нагрева воды, обеспечивается за счет того, что ветровой водонагреватель содержит цилиндрический корпус, крышку и внизу емкость, по оси корпуса установлен вертикальный вал, имеющий сверху полумуфту отбора мощности, а снизу к нему жестко прикреплен подвижный диск с лопастями, контактирующий с неподвижным диском. Согласно изобретению неподвижный диск установлен на параболической емкости, жестко прикрепленной нижним и верхним завихрителями к корпусу. В крышке установлен опорный подшипник, через который проходит вал, имеющий в верхней части прикрепленные к нему верхнюю и нижнюю насосные крыльчатки, а также ниже них подвижные лопасти, установленные порядно между неподвижными лопастями, прикрепленные к внутренней стенке корпуса. Снаружи к корпусу с обеих сторон через патрубки сверху и снизу присоединены теплообменники типа «труба в трубе», состоящее из нижних и внутренних труб, причем внутренние трубы снабжены оребрением и присоединены к корпусу, в нижней его части, между завихрителями, а в верхней части они размещены в крестовинах, прикрепленные внутри наружных труб, имеют сверху шайбы с калиброванными отверстиями. Внутри теплообменника, слева, через патрубок с фланцем установлен электрический петлевой нагреватель, электрически через провода связан с электрощитом. Справа, внизу теплообменника установлена задвижка, связанная с системой холодного водоснабжения, а на крышке, слева, установлена задвижка, связанная с системой горячего водоснабжения, завихрители, установленные в нижней части корпуса, выполнены из расчета производить крутку движущейся жидкости в разных направлениях, т.е. один по часовой стрелке, а другой против, если смотреть сверху.
На чертеже показан схематично вертикальный разрез предложенного ветрового водонагревателя.
Водонагреватель содержит цилиндрический корпус 1 крышку 2 и внизу емкость 3. Внутри корпуса 1, по его оси, установлен вертикальный вал 4, имеющий сверху полумуфту 5 отбора мощности, а снизу к нему жестко прикреплен подвижный диск 6 с лопастями 7, контактирующий с неподвижным диском 8, установленным на параболической емкости 9, жестко прикрепленной нижним 10 и верхним 11 завихрителями к корпусу 1 соответственно. В крышке 2 установлен опорный подшипник 12, через который проходит вал 4, имеющий в верхней части прикрепленные к нему верхнюю 13 и нижнюю 14 насосные крыльчатки, а также ниже них подвижные лопасти 15, установленные порядно между неподвижными лопастями 16, прикрепленные к внутренней стенке корпуса 1. Снаружи к корпусу 1, с обеих сторон, через патрубки 17 и 18 сверху и патрубки 19 и 20 снизу присоединены теплообменники типа «труба в трубе», состоящие из наружных труб 21 и внутренних труб 22, снабженные оребрением 23, присоединенные к корпусу 1, в нижней его части, между завихрителями 10 и 11. Трубы 22 в верхней части размещены в крестовинах 24, прикрепленные внутри труб 21, имеют сверху шайбы 25 с калиброванными отверстиями. Внизу теплоообменника, слева, через патрубок 26 с фланцем установлен электрический петлевой нагреватель 27, электрически через провода связан с электрощитом (не показан). Корпус 1 и теплообменники установлены на опорах 28 и 29 соответственно. Внизу теплообменника, справа, установлена задвижка 30, связанная с системой холодного водоснабжения (не показана), а на крышке 2, слева, установлена задвижка 31, связанная с системой горячего водоснабжения различного назначения объектов.
Насосные крыльчатки 13 и 14 могут быть по конструкции одинаковыми или разными, а также и по производительности. Подвижные лопасти 15 выполнены в виде полуцилиндров, четыре и более штук в одном ряду. Лопасти 7, прикрепленные с торцов диска 6, четыре и более штук, при вращении прижимают его к неподвижному диску 8. Параболическая емкость 9 заполнена теплоаккумулирующим составом, изменяющего свое агрегатное состояние в зависимости от температуры проходящей вдоль ее вверх жидкости (воды). Внутренние трубы 22 могут быть снабжены оребрением 23 с убыванием из высоты по ходу движения жидкости или возрастанием (см. чертеж), а также могу быть выполнены одинаковой высоты по всей длине трубы 22. Завихрители 10 и 11, установленные в нижней части корпуса, выполнены из расчета производить крутку движущейся жидкости в разных направлениях, т.е. один по часовой стрелке, а другой против, если смотреть сверху.
Ветровой водонагреватель работает следующим образом.
Задвижку 30 подключают к системе холодного водоснабжения, открывают задвижку 31 и задвижку 30. Вода снизу будет подниматься вверх и вытеснять воздух, как в корпусе 1, так и в теплообменниках. При выходе из задвижки 31 воды ее закрывают и подключают к системе горячего водоснабжения. Подключают вал 4 полумуфтой 5 к полумуфте ветродвигателя (не показан) и тем самым начнется процесс вращения вала 4 крыльчаток 13 и 14, подвижных лопастей 15 и подвижного диска 6. Насосные крыльчатки 13 и 14 в средней нижней части засасывают воду и своими лопастями отбрасывают ее к внутренней стенке корпуса 1. Через патрубки 17 и 18 вода попадает в теплообменники, т.е. в наружные 21 и внутренние 22 трубы и через патрубки 19 и 20 попадает в емкость 3 и нижнюю часть корпуса 1. Затем вода завихряется в завихрителе 10 в одну сторону, а в завихрителе 11 - в другую, обтекает емкость 9, неподвижный 8 и подвижный 6 диски, поступает к подвижным 15 и неподвижным 16 лопаткам и затем снова к насосным крыльчаткам 14 и 13. Процесс циркуляции продолжается и остановится только при отсутствии ветра, т.е. перестанет работать ветродвигатель. Преобразование механической энергии, трение потока воды об стенки труб 21 и 22, оребрение 23, стенки завихрителей 10 и 11, а также скольжение и отбрасывание воды лопастями 15 преобразуется в тепловую энергию, за счет которой вода и теплоаккумулирующий состав в емкости 9 будут нагреваться. Нагрев воды будет также производиться за счет трения подвижного диска 6 об неподвижный диск 8. При нагреве воды, например, до 65÷70°С в корпусе 1 задвижку 31 открывают и горячую воду используют на бытовые или технические нужды.
При временном отсутствии ветра аккумулирующий состав емкости 9 отдает свое избыточное тепло оставленному потоку воды и через задвижку 31 будет выходить вода с приемлемой для потребителя температурой. При возобновлении ветра и работы ветродвигателя вода снова начнет нагреваться. При длительном прекращении ветра включают в работу электрический нагреватель 27, а при его возобновлении нагреватель 27 отключают.
Установка на внутренних трубах 22 шайб 25 уменьшает до 50% поток воды по их прохождению, заставляя основной его поток двигаться внутри наружных труб 21.
Предлагаемый ветровой водонагреватель прост по конструкции, надежный в работе, не требует постоянного наблюдения, экономия электрической энергии очевидна. Он может использоваться в садовых домиках, чабанских точках, фермерских хозяйствах, турбазах и др., а также в объектах в качестве водонагревателя или отопительного котла при закрытых задвижках 30 и 31.