Теплогенератор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское государственно-общественное объединение Белорусское добровольное пожарное общество(72) Авторы Астапов Валерий Петрович Жидович Анатолий Иосифович Михальченя Станислав Францевич(73) Патентообладатель Республиканское государственно-общественное объединение Белорусское добровольное пожарное общество(57) Теплогенератор, содержащий корпус, имеющий цилиндрическую полость для нагреваемой жидкости, выполненный в форме диска и установленный в цилиндрической полости ротор, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности ротора образованы выступы, в каждом из которых выполнено сопло Лаваля, ориентированное в направлении вращения ротора таким образом, что входная часть сопла обращена навстречу набегающему потоку жидкости. Фиг. 1 Теплогенератор относится к области теплотехники и предназначен для обогрева жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения. 16232 1 2012.08.30 Известен теплогенератор патент 2319 1, 1996, содержащий емкость с жидкостью и установленный на приводе с вертикальной осью ротор в виде центробежного колеса. Цилиндрическая поверхность колеса охвачена обечайкой с прорезями. Внутри емкости установлены тормозные устройства для предотвращения вращения жидкости, возникающего при работе ротора. Устройство работает следующим образом. При включении электропривода ротор осуществляет забор жидкости из емкости и центробежными силами выдавливает ее через прорези обратно в емкость. Жидкость, вытекающая из прорезей, тормозится на тормозных ребрах, и ее кинетическая энергия превращается в тепло. Основной недостаток устройства - низкая эффективность преобразования электрической энергии в механическую и затем в тепловую. Известен теплогенератор патент 2159901 2, имеющий полый корпус, в котором установлен ротор в виде центробежного колеса с отверстиями и статор также с отверстиями, установленный коаксиально ротору. Отверстия в роторе выполнены в виде насадок Вентури. При вращении ротора периодически происходит совмещение отверстий ротора и статора. В эти моменты жидкость, нагнетаемая лопатками ротора, поступает в сборный напорный кольцевой коллектор, т.е. жидкость подается импульсно в моменты совмещения отверстий. Это является недостатком теплогенератора, поскольку в паузы перекрытия отверстий устройство не работает, что приводит к снижению эффективности. Известен также теплогенератор патент 2231004 1, который является усовершенствованием устройства по патенту 2159901 и отличается установкой на выходе из отверстий статора стержневых излучателей, которые повышают эффективность. Однако дискретная работа устройства остается, что не позволяет получить достаточно высокого преобразования электрической энергии в тепловую. Известно устройство для нагрева жидкости патент 2270965 1, 2004, наиболее близкое к предлагаемому и принятое в качестве прототипа. Устройство содержит корпус,в котором выполнены цилиндрической формы полость и каналы для подвода и отвода жидкости. В корпусе установлен с зазором по отношению к его внутренним поверхностям ротор в форме диска, закрепленного на валу электродвигателя. На торцевых поверхностях диска и противолежащих им поверхностях корпуса выполнены несквозные отверстия,располагающиеся концентрическими рядами. Устройство работает следующим образом. Через входные каналы в зазор между ротором и корпусом подается жидкость. Включается электродвигатель, который вращает диск со скоростью 3000 об./мин. Жидкость под действием центробежных сил движется в зазоре между ротором и корпусом, при этом возникают трение и нагрев жидкости. Далее нагретая жидкость через канал выхода поступает в систему отопления или горячего водоснабжения. Недостаток прототипа - низкая эффективность преобразования электрической энергии в тепло. Нагрев жидкости происходит в слоях, расположенных между внутренними стенками корпуса и боковыми поверхностями дисков. В зоне отверстий, выполненных на поверхности ротора и корпуса, возникают кавитационные процессы, приводящие к выделению тепла. При вращении ротора в круговое движение также вовлекаются слои жидкости, находящиеся в зазоре между цилиндрической поверхностью ротора и корпуса. В этой области происходят затраты энергии на круговое движение жидкости, однако нагрев этой жидкости остается неэффективным, что является недостатком прототипа. Цель настоящего изобретения - повышение эффективности нагрева жидкости. Поставленная цель достигается тем, что теплогенератор, содержащий корпус, имеющий цилиндрическую полость для нагреваемой жидкости, выполненный в форме диска и установленный в цилиндрической полости ротор, отличается тем, что на цилиндрической поверхности ротора образованы выступы, в каждом из которых выполнено сопло Лаваля, 2 16232 1 2012.08.30 ориентированное в направлении вращения ротора таким образом, что входная часть соплаобращена навстречу набегающему потоку жидкости. На фиг. 1 схематически изображен теплогенератор в разрезе на фиг. 2 - ротор в плане,на фиг. 3 - фрагмент выступа ротора с соплом Лаваля. Теплогенератор устроен следующим образом. Он имеет корпус 1, в котором выполнена полость 2 цилиндрической формы, в которой размещен ротор 3 в форме диска, закрепленный на валу электродвигателя 4. В корпусе имеются патрубки 5 подачи жидкости и напорный патрубок 6. На цилиндрической поверхности ротора образованы выступы 7, в которых выполнены сопла Лаваля 8. Стрелкой на фиг. 2 и фиг. 3 показано направление течения жидкости. Теплогенератор работает следующим образом. При включении электродвигателя 4 приводится во вращение ротор 3. Через входные отверстия 5 жидкость втягивается в полость 2 корпуса. Центробежные силы выталкивают жидкость в напорный патрубок 6, а в свободный объем поступает жидкость через патрубки 5. При вращении ротора находящаяся в полости корпуса жидкость поступает на вход сопла Лаваля (стрелка на фиг. 2 и 3). Оценим, с какой скоростью жидкость входит в сопло. Характерный диаметр ротора равен 400 мм. Предположим, что ось сопла располагается на диаметре 400 мм. Ротор вращается со скоростью 3000 об./мин. Это означает, что скорость жидкости на входе в сопло равна 62,8 м/с. Угол раскрытия сопла подбирается таким образом, чтобы организовать в его расширяющейся части отрывное течение. В прилегающей к поверхности сопла области возникает пониженное давление, и эта область заполняется парами жидкости. Так формируется зона развитой кавитации. В образовавшейся парожидкостной смеси происходит схлопывание кавитационных пузырей и восстановление жидкостной среды, при котором выделяется тепло. Кроме того, выступы, в которых выполнены сопла Лаваля, имеют острые кромки, на которых при приведенных выше скоростях движения жидкости возникают разрывы сплошности среды и парообразование с образованием кавитационных пузырей. Эффекты образования двухфазной однородной среды (паржидкость) за счет внешнего обтекания выступа и внутреннего течения в сопле суммируются, что приводит к повышению эффективности нагрева жидкости. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4