Теплогенератор для нагрева жидкой среды (варианты)

Теплогенератор для нагрева жидкой среды (варианты). Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для нагрева жидкой среды, например воды, в различных системах потребления, вчастности, в системах водяного отопления, а также для разогрева различных жидких (текучих) сред.
Известен теплогенератор для нагрева жидкой среды путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую энергию. Нагрев жидкой среды происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкой среды (см., например, авторское свидетельство СССР №1703924, МПК F 24 Н 3/02).
Данный теплогенератор имеет низкий КПД и достаточно высокий уровень шума при работе.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является теплогенератор, содержащий насос, подключенный нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды, которое на выходе сообщено с циклоном, а последний подключен к цилиндрической трубе, при этом на выходном участке последней размещено тормозное устройство, (см., например, патент Российской Федерации №2045715, МПК 7 F 25 В 29/00, опубл. 10.10.1995).
S  V 1
МПК7 F 24 D 3/02
жидкой среды. Однако, эффективность работы данного теплогенератора может быть повышена путем оптимизации его размеров и более полного использования кинетической энергии жидкой среды для дополнительного ее нагрева.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение эффективности нагрева жидкой среды за счет оптимизации конструкции и размеров теплогенератора.
Указанная задача решается за счет того, что выполненный согласно настоящей полезной модели теплогенератор содержит насос, подключенный нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды, которое на выходе сообщено с циклоном, а последний подключен к цилиндрической трубе, при этом на выходном участке цилиндрической трубы размещено тормозное устройство, причем устройство для ускорения движения жидкой среды выполнено в виде сопла, цилиндрическая труба установлена соосно циклону, а тормозное устройство установлено соосно цилиндрической трубе, отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы к внутреннему диаметру выходного сечения сопла составляет от 1,5 до 4,0, цилиндрическая труба на выходе подключена к подающему трубопроводу системы потребления и посредством перепускного патрубка к всасывающему патрубку насоса, который одновременно подключен к обратному трубопроводу системы потребления, при этом в перепускном патрубке установлено дополнительное тормозное устройство с возможностью изменения проходного сечения перепускного патрубка.
Кроме того, дополнительное тормозное устройство может быть выполнено в виде заслонки, а подающий и обратный трубопроводы могут быть выполнены с регуляторами расхода жидкой среды, например с задвижками или вентилями.
В другом варианте выполнения теплогенератора последний содержит насос, подключенный нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды, которое на выходе сообщено с циклоном, а последний подключен к цилиндрической трубе, при этом на выходном участке цилиндрической трубы размещено тормозное устройство, отличающийся тем, что устройство для ускорения движения жидкой среды выполнено в виде сопла, цилиндрическая труба установлена соосно циклону, а тормозное устройство установлено соосно цилиндрической трубе, отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы к внутреннему диаметру выходного сечения сопла составляет от 1,5 до 4,0, цилиндрическая труба на выходе подключена к баку-накопителю нагретой жидкой среды и посредством перепускного патрубка к всасывающему патрубку насоса, который также подключен к баку-накопителю, при этом в перепускном патрубке установлено дополнительное тормозное устройство с возможностью изменения проходного сечения перепускного патрубка, а бак-накопитель подключен к подающему и обратному трубопроводам системы потребления, причем последняя снабжена, по крайней мере, одним циркуляционным насосом, а бак-накопитель снабжен регулятором температуры.
В ходе исследований было выявлено, что эффективность работы теплогенератора зависит как от взаимного расположения элементов конструкции теплогенератора, так и от относительных размеров этих элементов конструкции.
Выполнение теплогенератора с соплом, установленным на входе в улитку позволяет с наименьшими гидравлическими потерями преобразовать поток жидкой среды после насоса в скоростной поток, который подают из улитки в цилиндрическую трубу. На это же направлено выполнение теплогенератора со строго определенными размерами. Одним из наиболее характерных размеров является соотношение размеров между выходным сечением сопла и сечением цилиндрической трубы на выходе из улитки. В ходе исследования было установлено, что наиболее целесообразно цилиндрическую трубу устанавливать соосно улитке, а тормозное устройство устанавливать соосно цилиндрической трубе, при этом отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы к внутреннему диаметру выходного сечения сопла должно составлять от 1,5 до 4,0. Другой момент на который следует обратить серьезное внимание - это торможение скоростного потока жидкой среды. Для эффективной работы установки важно наиболее полно использовать энергию вихревого потока жидкой среды и в тоже время максимально снизить затраты электрической энергии, учитывая реальные потребности в нагреве жидкой среды. Данная задача решается путем двухступенчатого нагрева жидкой среды, причем первая ступень нагрева представляет собой стационарно установленное тормозное устройство.
например стакан, а второе тормозное устройство позволяет изменять проходное сечение для протекания жидкой среды в месте установки этого дополнительного тормозного устройства. В результате в зависимости от потребности в нагретой среде представляется возможность регулировать степень нагрева жидкой среды и одновременно, если, например, потребность в горячей жидкой среде снижается, уменьшать нагрузку на насосе, а, следовательно, экономить электрическую энергию.
Дополнительные возможности по оптимизации работы теплогенератора могут быть получены путем снабжения его баком-накопителем жидкой среды. Данный вариант выполнения теплогенератора предпочтителен при переменном потреблении нагретой жидкой среды, например, когда потребление нагретой жидкой среды меняется в зависимости от времени  или в результате перепадов погоды в осенний и весенний периоды времени года. В результате достигается стабильная работа теплогенератора на оптимальном режиме его работы, либо работа с плавным изменением режима его работы, а посредством циркуляционного насоса изменяется потребление нагретой жидкой среды в системе отопления.
Таким образом, выполнение теплогенератора описанным выше образом позволяет достигнуть выполнения поставленной в полезной модели задачи повышения эффективности нагрева жидкой среды за счет снижения непроизводительных гидравлических потерь, а также оптимизации конструкции и размеров теплогенератора.
Проведенный заявителем информационный поиск показал, что из уровня техники неизвестно устройство подобного назначения и конструкции, а именно теплогенератор, характеризующийся указанной совокупностью конструктивных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности новизна и возможности предоставления упомянутому решению охраны в качестве полезной модели.
Сущность заявляемого технического решения иллюстрируется чертежами, на которых:
на фиг. 1 представлен продольный разрез теплогенератора;
на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1;
на фиг.3-вариант выполнения теплогенератора с баком-накопителем.
Теплогенератор, выполненный согласно настоящей полезной модели и предназначенный для работы в системе отопления, содержит насос 1, подключенный нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды 2, которое на выходе сообщено с циклоном 3, а последний подключен к цилиндрической трубе 4. Привод насоса 1 осуществляют от электрического двигателя 5, а на выходном участке цилиндрической трубы 4 размещено тормозное устройство 6. Устройство для ускорения движения жидкой среды 2 выполнено в виде сопла. Цилиндрическая труба 4 установлена соосно циклону 3, а тормозное устройство 6 установлено соосно цилиндрической трубе 4. Отношение внутреннего диаметра DJ цилиндрической трубы 4 к внутреннему диаметру D2
выходного сечения сопла составляет от 1,5 до 4,0. Цилиндрическая труба 4 на выходе подключена к подающему трубопроводу 7 системы отопления и посредством перепускного патрубка 8 к всасывающему патрубку 9 насоса 1, который одновременно подключен к обратному трубопроводу 10 системы отопления. В перепускном патрубке 8 установлено дополнительное тормозное устройство 11с возможностью изменения проходного сечения перепускного патрубка 8. Дополнительное тормозное устройство 11 может быть выполнено в виде заслонки. Подающий и обратный трубопроводы 6 и 9 могут быть выполнены с регуляторами расхода жидкой среды 12, например с задвижками или вентилями.
Представленный на фиг.З вариант выполнения теплогенератора, предназначенного для тех же целей, дополнительно содержит бак-накопитель нагретой жидкой среды 13 и, по крайней мере, один циркуляционный насос 14, при этом выход цилиндрической трубы 4, всасывающий патрубок 9 насоса 1, подающий и обратный трубопроводы 7, 10 подключены к баку-накопителю нагретой жидкой среды 13. Циркуляционный насос 14 системы отопления может быть установлен на обратном трубопроводе 10, а бак-накопитель 13 может быть снабжен регулятором температуры (не показан).
Выполненный указанным образом теплогенератор работает следующим образом. При подаче жидкой среды насосом 1 через устройство для ускорения движения жидкой среды 2, выполненное в виде сопла, в циклон 3, ее движение приобретает вихревой характер. Из циклона 3 вихревой поток поступает в цилиндрическую трубу 4. Далее жидкая среда, омывая внутреннюю
поверхность цилиндрической трубы 4, движется по спирали в направлении тормозного устройства 6. При спиралевидном движении жидкая среда за счет центробежной силы активно взаимодействует с внутренней поверхностью цилиндрической трубы 4 теплогенератора, что приводит к нагреву жидкой среды и нагреву цилиндрической трубы 4. Далее, жидкая среда набегает на тормозное устройство 6. В результате торможения потока жидкой среды происходит дальнейший нагрев жидкой среды, которая из тормозного устройства 6 поступает в систему отопления, по подающему трубопроводу 7 через регулятор расхода 12. Из системы водяного отопления охлажденная жидкая среда по обратному трубопроводу 10 поступает через всасывающий патрубок 9 в насос 1 и далее последним направляется для последующего нагрева в циклон 3 и далее в цилиндрический трубу 4. Часть жидкой среды через перепускной патрубок 8 и дополнительное тормозное устройство 11 направляется во всасывающий патрубок 9 насоса 1. Это позволяет на начальном этапе работы разогреть жидкую среду до нужной температуры и в процессе работы регулировать режим нагрева жидкой среды с помощью дополнительного тормозного устройства 11 за счет усиления или уменьшения режима торможения жидкой среды в перепускном патрубке 8 с соответствующим увеличением или уменьшением нагрева жидкой среды. Регулирование подачи жидкой среды потребителю тепла может быть также осуществлено регуляторами расхода жидкой среды 12, например задвижками или вентилями, которые могут быть установлены на подающем и обратном трубопроводах 7 и 10.
Другой вариант работы теплогенератора отличается от описанного выше тем, что из цилиндрической трубы 4 нагретая жидкая среда поступает в бакнакопитель жидкой среды 13. В него же поступает из обратного трубопровода 10 охлажденная жидкая среда. Одновременно часть нагретой жидкой среды из бака-накопителя 13 отводится в подающий трубопровод 7 системы отопления и часть жидкой среды из бака-накопителя 13 поступает во всасывающий патрубок 9 насоса 1 и последним жидкая среда подается для нагрева в циклон 3 и цилиндрическую трубу 4. Циркуляция жидкой среды в системе отопления осуществляют с помощью циркуляционного насоса 14.
Испытания показали высокую надежность работы теплогенератора при значительном упрощении его конструкции.
Данный теплогенератор может быть использован в качестве автономного источника тепловой энергии в отдаленных районах и местах, где отсутствует централизованное тепло- и водоснабжение.