Патент на изобретение №2310798

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в качестве источника тепловой энергии в системах отопления и горячего водоснабжения. Технический результат – повышение теплопроизводительности. Устройство для нагрева жидкости содержит статор, имеющий полость, входной канал для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор с несквозными отверстиями. Полость статора и ротор выполнены в форме усеченного конуса, на поверхности вершины образующего конуса ротора выполнены радиальные пазы, а на противолежащей ей поверхности статора по ее центру выполнено выходное отверстие, соосно с которым размещен выходной патрубок, внутри которого неподвижно установлены перфорированная гильза и тормозное устройство, на торце выходного патрубка, противолежащем выходному отверстию, размещено дно с выходным каналом. Цилиндрические поверхности ступеней ротора и статора имеют друг относительно друга разнонаправленное смещение. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в качестве источника тепловой энергии в системах отопления и горячего водоснабжения.

Известно устройство для нагрева жидкости (см. заявку RU №2002113432/06 от 23.05.02 г., опубл. №32, 20.11.03 г.), принятое за прототип. 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 с несквозными отверстиями.

Недостатком данного устройства является низкая теплопроизводительность.

Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении теплопроизводительности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, имеющий полость, входной канал для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор с несквозными отверстиями, новым является то, что полость статора и ротор выполнены в форме ступенчатого усеченного конуса, на поверхности вершины образующего конуса ротора выполнены радиальные пазы, а на противолежащей ей поверхности статора по ее центру выполнено выходное отверстие, соосно с которым размещен выходной патрубок, внутри которого неподвижно установлены перфорированная гильза и тормозное устройство, на торце выходного патрубка, противолежащем выходному отверстию, размещено дно с выходным каналом, цилиндрические поверхности ступеней ротора и статора имеют друг относительно друга разнонаправленное смещение.

Выполнение полости статора и ротора в виде ступенчатого усеченного конуса обусловлено несколькими причинами.

Во-первых, ступенчатая форма зазора между внутренней поверхностью статора и наружной поверхностью ротора удлиняет путь прохождения жидкости от входного канала к выходному, несколько раз с торможением меняется направление ее движения, что в совокупности с размещенными на статоре и роторе несквозными отверстиями приводит к разрушению целостности потока жидкости, созданию многочисленных вихревых образований, вовлеченных в общий вращающийся поток жидкости, что приводит в конечном итоге к интенсификации процессов выделения тепловой энергии.

Во-вторых, по мере уменьшения диаметра цилиндрических поверхностей ступеней полости статора и ротора происходит снижение окружных скоростей в зонах этих поверхностей, что явилось бы причиной снижения давления в этой области с последующим неизбежным снижением теплопроизводительности. Но так как жидкость через входной канал поступает под давлением, то по мере ее результирующего перемещения между ступенчатыми конусными поверхностями полости статора и ротора от основания к усеченной вершине образующего конуса, давление поддерживается на высоком уровне за счет уменьшения проходного сечения, а скорость, с которой она через выходное отверстие, размещенное по центру статора, поступает в выходной патрубок также, увеличивается. Таким образом, при ступенчатой конической форме полости статора и ротора возможно уменьшение диаметра полости статора и ротора при сохранении на одном уровне теплопроизводительности по сравнению с аналогичными устройствами, имеющими цилиндрическую или дисковую форму ротора.

Выполнение на поверхности вершины образующего ступенчатого усеченного конуса ротора радиальных пазов обусловлено необходимостью сохранения, упорядочения и активизации вращательного движения жидкости перед выходным отверстием в выходной патрубок. При этом в зонах радиальных пазов происходит процесс выделения тепловой энергии.

Размещение на поверхности вершины образующего ступенчатого усеченного конуса полости статора выходного отверстия, выполненного на одной оси с ротором, обусловлено необходимостью обеспечения поступления нагретого вращающегося потока жидкости в выходной патрубок, размещенный соосно с выходным отверстием. В выходном патрубке установлена перфорированная гильза, в зонах отверстий которой происходит образование дополнительных областей, где происходит выделение тепловой энергии за счет разрыва сплошной вращающейся жидкостной среды и процессов трения. Одновременно при этом происходит снижение кинетической энергии жидкости. Для того чтобы перед поступлением в прямой трубопровод потребителя жидкость не имела формы устойчиво вращающегося потока, со стороны, противоположной выходному отверстию, в выходном патрубке установлено тормозное устройство произвольной формы и дно с выходным каналом, в области которых при торможении происходит выделение тепловой энергии и придание потоку поступательного движения.

Размещение цилиндрических поверхностей образующего ступенчатого конуса полости статора и ротора с разнонаправленным смещением друг относительно друга обусловлено необходимостью создания на всей протяженности движения жидкости между ступенями полости статора и ротора поступательно-вращательно движущегося потока жидкости, разнонаправлено пульсирующего в зонах цилиндрических поверхностей ступеней полости статора и ротора, что обеспечивает дополнительное выделение тепловой энергии при образовании зон с различным пульсирующим давлением.

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 размещения цилиндрических поверхностей полости статора и ротора.

Устройство для нагрева жидкости содержит статор, состоящий из жестко и герметично связанных между собой корпуса 1 и крышки 2, имеющий полость 3 в форме ступенчатого усеченного конуса, входной канал 4, соединенный с полостью 5 для установки уплотнения 6, которая связана с полостью 3, выходной канал 7 для отвода жидкости, выполненный по центру дна 8, установленного на торце цилиндрического выходного патрубка 9, внутри которого неподвижно установлена перфорированная гильза 10 и тормозное устройство 11, и который расположен соосно с выходным отверстием 12, размещенным по центру поверхности вершины образующего ступенчатого усеченного конуса корпуса 1. В полости 3 корпуса 1 и крышки 2 установлен с зазором и возможностью вращения ротор 13, имеющий форму, аналогичную форме полости корпуса 1 и крышки 2, и закреплен на вале 14, который установлен в подшипниковой опоре 15 крышки 2, уплотнен относительно крышки 2 уплотнением 6 и связан посредством муфты 16 с электродвигателем 17. На внутренних торцевых поверхностях крышки 2 и торцевых и цилиндрических поверхностях ротора 13 выполнены несквозные отверстия 18, а на поверхности вершины образующего ступенчатого усеченного конуса ротора 13 – радиальные пазы 19. Цилиндрические поверхности ступеней ротора (с диаметрами образующих окружностей d₁, d₂, d₃, d₄) и статора (с диаметрами образующих окружностей d₁, d₂, d₃, d₄) имеют друг относительно друга разнонаправленное смещение (а₁, а₂, а₃, а₄)

Устройство работает следующим образом.

После заполнения устройства жидкостью включается электродвигатель 17, который приводит в движение посредством муфты 16 вал 14 с закрепленным на нем ротором 13. Под давлением жидкость поступает через входной канал 4 и полость 5 для установки уплотнения 6 в полость 3. Далее под действием давления, приложенного со стороны входного канала 4, и под действием центробежных сил она перемещается между внутренней поверхностью крышки 2 и поверхностью основания образующего ступенчатого конуса ротора 13. Дальнейшее продвижение жидкости происходит на ступенчатом участке зазора между корпусом 1 и ротором 13 с пульсацией и интенсивным выделением тепловой энергии в зонах несквозных отверстий 18 в условиях повышенного давления из-за действия центробежных сил. Далее жидкость за счет пазов 19 приобретает более упорядоченное вращательное движение и через выходное отверстие 12 поступает, вращаясь, в выходной патрубок 9 с перфорированной гильзой 10 и устремляется ко дну 8 с выходным каналом 7, перед которым размещено тормозное устройство 11. Из выходного канала 7 жидкость поступает в прямой трубопровод системы отопления или горячего водоснабжения.

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, имеющий полость, входной канал для подвода жидкости и выходной канал для отвода жидкости, а также установленный с зазором в эту полость ротор с несквозными отверстиями, отличающееся тем, что полость статора и ротор выполнены в форме усеченного конуса, на поверхности вершины образующего конуса ротора выполнены радиальные пазы, а на противолежащей ей поверхности статора по ее центру выполнено выходное отверстие, соосно с которым размещен выходной патрубок, внутри которого неподвижно установлены перфорированная гильза и тормозное устройство, на торце выходного патрубка, противолежащем выходному отверстию, размещено дно с выходным каналом.

2. Устройство для нагрева жидкости по п.1, отличающееся тем, что цилиндрические поверхности ступеней ротора и статора имеют относительно друг друга разнонаправленное смещение.

РИСУНКИ