Патент на изобретение №2270965

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Устройство для нагрева жидкости относится к области теплотехники. Устройство содержит статор,имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленного на валу диска с несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцев. Входные каналы размещены на торцевых стенках статора вокруг вала ротора с противоположных сторон от диска и снабжены дроссельными шайбами, а выходной канал размещен на цилиндрической стенке статора и образует с прилегающими участками торцевых стенок статора и участком цилиндрической поверхности диска выходной коллектор, на периферии торцевых стенок статора выполнены несквозные отверстия, подобные несквозным отверстиям на диске ротора, при этом несквозные отверстия на обоих торцах диска и противолежащих им торцевых стенках статора выполнены в виде радиальных рядов и в каждом несквозном отверстии выполнена фаска или округление. Несквозные отверстия на диске ротора и на торцевых стенках статора могут быть выполнены в форме цилиндрической, конусной или шаровой поверхности. Такое выполнение устройства повышает эффективность нагрева жидкости за счет более плотного прилегания жидкости к торцевым поверхностям ротора и статора и усиления эффекта трения жидкости о стенки.1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для обогрева жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения.

Известен нагреватель жидкого теплоносителя (см. патент RU N 2094711 кл. F 24 J 3/00, публ. 17.08.95 г.), содержащий камеру с жидкостью, снабженную патрубками подвода и отвода последней и установленный в камере ротор в виде закрепленных на валу перфорированных дисков. В камере дополнительно закреплены пары неподвижных перфорированных дисков, в каждой из которых между последними с образованием зазоров для прохода жидкости установлен соответствующий диск ротора.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции из-за наличия большого количества дисков.

Известно устройство для нагрева жидкости, принятое за прототип (см. заявку RU N 2002113432/06 от 23.05.2002 г.). Устройство содержит статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков со сквозными и несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцев.

Недостатками прототипа является следующее. Хаотичное расположение сквозных и несквозных отверстий ведет к неуправляемости вихревых потоков жидкости, возможности взаимного гашения, что снижает эффективность нагрева жидкости.

Наличие острой кромки в каждом отверстии дисков повышает местное сопротивление и приводит к неравномерности движения жидкости вдоль диска, тем самым уменьшая пограничное трение – эффект нагрева жидкости, а также к разрушению острой кромки, к появлению микротрещин, к последующим разрушениям конструкции. Устройство не позволяет изменить коэффициент нагрева жидкости, т.е. увеличить скорость движения жидкости вдоль диска, не изменяя скорость вращения электродвигателя.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности нагрева жидкости при одновременном упрощении конструкции.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленного на валу диска с несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцев, входные каналы размещены на торцевых стенках статора вокруг вала ротора с противоположных сторон от диска и снабжены дроссельными шайбами, а выходной канал размещен на цилиндрической стенке статора и образует с прилегающими участками торцевых стенок статора и участком цилиндрической поверхности диска выходной коллектор, на периферии торцевых стенок статора выполнены несквозные отверстия, подобные несквозным отверстиям на диске ротора, при этом несквозные отверстия на обоих торцах диска и противолежащих им торцевых стенках статора выполнены в виде радиальных рядов и в каждом несквозном отверстии выполнена фаска или округление.

Несквозные отверстия на диске ротора и на торцевых стенках статора могут быть выполнены в форме цилиндрической, конусной или шаровой поверхности.

Размещение входных каналов на торцевых стенках статора вблизи вала ротора позволяет, во-первых, увеличить путь прохождения жидкости под действием центробежной силы от вала ротора до выходного коллектора, тем самым увеличить зону трения жидкости о поверхность диска, а следовательно, повысить эффективность нагрева жидкости. Во-вторых, введение жидкости в полость статора вблизи центра диска и с противоположных торцев диска позволяет уменьшить дисбаланс диска, возникающий от истечения жидкости с большой скоростью из входных каналов на поверхность диска, что повышает надежность работы устройства. Снабжение входных каналов дроссельными шайбами позволяет увеличить скорость движения жидкости, не меняя скорость вращения электродвигателя, а следовательно, увеличить эффективность нагрева жидкости.

Размещение выходного канала на цилиндрической стенке статора и образование там коллектора, где сталкиваются вихревые потоки нагретой жидкости с обоих торцев диска ротора, в результате чего выделяется дополнительная энергия – тепло, позволяет также повысить эффективность нагрева жидкости.

Размещение на периферии торцевых стенок статора несквозных отверстий, подобных несквозным отверстиям на диске ротора, позволяет усилить эффект трения жидкости о торцевые стенки статора, что также позволяет повысить эффективность нагрева жидкости. При этом выполнение несквозных отверстий на роторе и статоре в виде радиальных рядов способствует перемещению жидкости в определенном направлении так, как если бы она перемещалась лопатками турбины, т.е. способствует более плотному прилеганию жидкости к торцевым поверхностям ротора и статора, что способствует эффективности нагрева жидкости.

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 схема устройства для нагрева жидкости; на фиг.2 – схема расположения несквозных отверстий на диске ротора и статора; на фиг.3 – вид А на фиг.1; на фиг.4 – вид Б на фиг.1.

Устройство для нагрева жидкости содержит статор 1, имеющий цилиндрическую полость 2, входные каналы 3 для подвода жидкости и выходной канал 4 для отвода жидкости. В полости 2 статора установлен с зазором ротор, выполненный в виде диска 5, закрепленного на валу 6, электродвигателя 7. На периферии торцев диска 5 и на противолежащих им торцах статора 1 выполнены несквозные отверстия 8, которые размещены по окружности в виде радиальных рядов. В каждом несквозном отверстии выполнена фаска или округление 9 (см. фиг.4). Входные каналы 3 размещены на торцевых стенках статора 1 вокруг вала 6 ротора с противоположных сторон от диска и снабжены дроссельными шайбами 10 (см. фиг.3), а выходной канал 4 размещен на цилиндрической стенке статора и образует с прилегающими участками торцевых станок статора 1 и участком цилиндрической поверхности диска выходной коллектор 11. Несквозные отверстия 8 выполнены в форме конусной поверхности.

Устройство работает следующим образом.

Через входные каналы 3 с противоположных сторон от диска 5 ротора в полость 2 статора подается жидкость. Включают электродвигатель 7, вал 6 которого вращается со скоростью 3000 об/мин, с этой же скоростью вращается диск 5. Жидкость под действием центробежной силы движется между торцами диска 5 и торцевыми стенками статора 1, заходя в несквозные отверстия 8, при этом возникает трение и нагрев жидкости (эффект Ранке). Перемещаясь вдоль поверхности диска 5, нагретая жидкость стремится в коллектор, где вихревые потоки с одной торцевой поверхности диска 5 сталкиваются с вихревыми потоками, образующимися на другой торцевой поверхности диска 5, выделяя при этом дополнительную энергию – тепло. Далее нагретая жидкость через выходной канал 4 поступает в систему отопления или горячего водоснабжения.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленного на валу диска с несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцов, отличающееся тем, что входные каналы размещены на торцевых стенках статора вокруг вала ротора с противоположных сторон от диска и снабжены дроссельными шайбами, а выходной канал размещен на цилиндрической стенке статора и образует с прилегающими участками торцевых стенок статора и участком цилиндрической поверхности диска выходной коллектор, на периферии торцевых стенок статора выполнены несквозные отверстия, подобные несквозным отверстиям на диске ротора, при этом несквозные отверстия на обоих торцах диска и противолежащих им торцевых стенках статора выполнены в виде радиальных рядов, и в каждом несквозном отверстии выполнена фаска или округление.

2. Устройство для нагрева жидкости по п.1, отличающееся тем, что несквозные отверстия на диске ротора и на торцевых стенках статора выполнены в форме цилиндрической, конусной или шаровой поверхности.

РИСУНКИ