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 связанные между собой электронасос с трубопроводом для подачи холодной воды, основной корпус, часть которого выполнена конусообразной и в виде улитки, меньшее основание которого расположено со стороны насоса, другая часть выполнена цилиндрической для обеспечения возможности образования процесса кавитации и разделена тормозным средством на два отсека, выполненным в виде диска с отверстиями, несущего попарно расположенные в одном отсеке лопатки со скосами на свободных концах, расположенные с обеспечением возможности торможения вращательного движения воды, нагреваемой за счет разрыва образованных кавитационных пузырьков и для его преобразования в поступательное движение, на выходе другого отсека установлена металлическая сетка для обеспечения возможности окончательного преобразования вращательного движения полученной горячей воды в поступательное при выходе ее из другого отсека основного корпуса (см. патент РФ на полезную модель №46837, 2005 - аналог и прототип).
Недостатком известного устройства является низкая интенсивность нагрева теплоносителя.
Техническим результатом полезной модели является повышение
интенсивности нагрева теплоносителя и увеличение тепловыдения при обогреве помещений.
Достигается это тем, что устройство содержит дополнительный корпус, внутренний канал которого выполнен улиткообразным и соединен посредством трубопровода с насосом и с полостью конусообразной части основного корпуса посредством тангенциально расположенного у его меньшего основания улиточного соплового элемента для обеспечения возможности образования центробежных сил, способствующих предварительному нагреву холодной воды.
Причем, лопатки выполнены длиной, составляющей 1/3 длины одного отсека, а металлическая сетка выполнена с суммарным проходным сечением не менее 0,5 от проходного сечения цилиндрической части основного корпуса.
При этом, электронасос установлен с обеспечением возможности подачи холодной воды под давлением в 4÷6 атм.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на Фиг.1 изображено устройство для нагрева жидкости, в сборе.
Устройство для нагрева жидкости содержит связанные между собой электронасос 1 с трубопроводом для подачи холодной воды, основной корпус 2, часть 3 которого выполнена конусообразной и в виде улитки, меньшее основание 4 которого расположено со стороны насоса 1, другая часть 5 выполнена цилиндрической для обеспечения возможности образования процесса кавитации и разделена тормозным средством 6 на два отсека 7, 8, выполненным в виде диска с отверстиями, несущего поперечно расположенные в одном отсеке 7 лопатки 9 со скосами 10 на свободных концах, расположенные с обеспечением
возможности торможения вращательного движения воды, нагреваемой за счет разрыва образованных навигационных пузырьков и для его преобразования в поступательное движение.
На выходе 11 другого отсека 8 установлена металлическая сетка 12 для обеспечения возможности окончательного преобразования вращательного движения полученной горячей воды в поступательное при выходе ее из другого отсека 8 основного корпуса 2.
Устройство содержит дополнительный корпус 13, внутренний канал которого выполнен улиткообразным и соединен посредством трубопровода с насосом 1 и с полостью конусообразной части 3 основного корпуса 2 посредством тангенциально расположенного у его меньшего основания 4 улиточного соплового элемента 14 для обеспечения возможности образования центробежных сил, способствующих предварительному нагреву холодной воды.
Лопатки 9 выполнены с длиной "ℓ", составляющей 1/3 длины одного отсека 7, а металлическая сетка 12 выполнена с суммарным проходным сечением не менее 0,5 от проходного сечения цилиндрической 5 части основного корпуса 2.
Электронасос 1 установлен с обеспечением возможности подачи холодной воды под давлением в 4÷6 атм.
Функционирует устройство для нагрева жидкости следующим образом.
Устройство для нагрева жидкости, в частности, воды - вихревой теплогенератор- пассивный элемент нагревательной системы, в котором при достаточном давлении и количестве
поступающей жидкости происходит вращательно-поступательное турбулентное движение, создающее вихревой кавитационный процесс на выходе тормозного средства 6 и в результате схлопывания кавитационных пузырьков происходит интенсивный нагрев воды за счет преобразования кинетической энергии в тепловую.
Устройство не имеет движущихся и трущихся частей и за счет завихрения воды (жидкости) от одного участка к другому обеспечивается возрастающая интенсивность выделения тепла.
Холодная вода из электронасоса 1 подается под давлением 4÷6 атм.
Пройдя через улиткообразный канал корпуса 13 и через улиточный сопловой элемент 14, а также через конусообразную часть 3 корпуса 2 вода попадает в цилиндрическую часть 5 корпуса 2, которая является кавитационной камерой. 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 6, где падает ее скорость и изменяется давление. Происходит схлопывание кавитационных образований, что соответственно приводит к дальнейшему повышению температуры воды. Далее она под действием лопатой 9 приобретает поступательное движение и поступает через металлическую сетку 12 на выход 11 (теплообменник), в котором установлен датчик регулирования и контроля
температуры горячей воды.
Причем, в устройстве происходит непрерывный процесс образования кавитационных пузырьков по всей внутренней поверхности соприкосновения вихря со столбом воды. Образовавшиеся микроскопические пузырьки перемешиваясь, насыщают воду 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 воды пузырьками в ней аккумулируется энергия сил их поверхностного натяжения, которая при схлопывании пузырьков преобразуется в тепловую энергию, нагревая воду (жидкость).
2
3
в отсеке 7 вихри в микроструях сопровождаются схлопыванием кавитационного пузырька и выходу внутренней энергии. Размеры кавитационных пузырьков составляют порядка (1÷10) мкм, давление при разрыве соответствует 10÷10 атм., а изменение температуры в микрообласти - порядка 1000°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.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить интенсивность нагрева теплоносителя (вода) 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.