Устройство для нагрева жидкости

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ(71) Заявители Лазарчик Павел Дмитриевич Лазарчик Дмитрий Петрович Бадялик Василий Петрович Умрейко Евгений Иванович(72) Авторы Лазарчик Павел Дмитриевич Лазарчик Дмитрий Петрович Бадялик Василий Петрович Умрейко Евгений Иванович(73) Патентообладатели Лазарчик Павел Дмитриевич Лазарчик Дмитрий Петрович Бадялик Василий Петрович Умрейко Евгений Иванович(57) 1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее связанные между собой трубопроводами в замкнутый контур насос, ускоритель движения жидкости с инжекционным патрубком, теплообменник, отличающееся тем, что ускоритель движения жидкости выполнен в виде цилиндроконического циклона, несущего по его оси кавитатор, установленный с возможностью перемещения в направляющей торцовой крышки цилиндрической части циклона. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кавитатор выполнен в виде штока, один конец которого несет конический наконечник, передняя часть которого выполнена сферической, а второй конец штока расположен в направляющей торцовой крышки циклона с возможностью перемещения и неподвижно закреплен в ней после настройки на необходимый КПД. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрическая и коническая части циклона снабжены внутренней винтовой нарезкой. 4. Устройство п. 1, отличающееся тем, что на выходе из ускорителя движения жидкости установлен компенсатор температурного расширения жидкости. 79182012.02.28 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в цилиндроконической части циклона тангенциально установлен инжекционный патрубок для соединения с напорным патрубком насоса. 6. Устройство по п. 1 или 5, отличающееся тем, что выходное отверстие инжекционного патрубка выполнено в виде эллипсного сечения, а отношение площадей его входного и выходного отверстий 2,5. Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к устройствам, где кинетическая энергия движущейся жидкой среды преобразуется в тепловую энергию, и может быть использована для теплового и горячего водоснабжения объектов промышленного, сельскохозяйственного и бытового назначения, для подогрева технологических жидкостей. Известно устройство для нагрева жидкости 1, представляющее собой связанные в замкнутый контур насос, ускоритель движения жидкости, выполненный в виде струйного аппарата, теплообменники. Основными недостатками указанного выше теплогенератора являются недостаточная скорость приращения температуры в начальный период нагрева жидкости, трудность регулирования и поддержания ее в зависимости от изменяющихся условий потребления,низкий коэффициент полезного действия. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для нагрева жидкости 2, содержащее связанные между собой трубопроводами в замкнутый контур насос, ускоритель движения жидкости, теплообменники. Недостатками известного устройства являются его низкая теплопроизводительность и невозможность настройки его на требуемый тепловой режим работы, низкий коэффициент полезного действия. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности тепловыделения, обеспечение возможности настройки устройства на требуемый тепловой режим работы, повышение коэффициента полезного действия. Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для нагрева жидкости,содержащем связанные между собой трубопроводами в замкнутый контур насос, ускоритель движения жидкости с инжекционным патрубком и теплообменник, ускоритель движения выполнен в виде цилиндроконического циклона, несущего по его оси кавитатор,установленный с возможностью перемещения в направляющей торцевой крышки цилиндрической части циклона. Кавитатор выполнен в виде штока, на одном конце несущего наконечник со сферической поверхностью передней части, а задняя часть его коническая, а второй конец штока расположен в направляющей торцевой крышки цилиндрической части циклона и обеспечивает возможность осевого перемещения кавитатора на 2/3 сужающейся конической части циклона и фиксации после настройки устройства на требуемый режим работы. Кроме того, на внутренней поверхности цилиндрической части и конической части циклона выполнена винтовая нарезка, а на свободном конце циклона тангенциально установлен имеющий выходное отверстие эллипсного сечения инжекционный патрубок, соединенный с напорным патрубком насоса, причем отношение площадей входного и выходного отверстий инжекционного патрубка 2,5. Заявляемое устройство представлено на чертежах, где на фиг. 1 показана его общая схема 2 79182012.02.28 на фиг. 2 - продольный разрез ускорителя движения жидкости на фиг. 3 - разрез - ускорителя движения жидкости по инжекционному патрубку. Устройство для нагрева жидкости содержит насос 1, ускоритель движения жидкости 2, теплообменник 3, соединенные в замкнутый контур посредством инжекционного патрубка 4, всасывающего трубопровода 5 и трубопровода 6 подачи горячего теплоносителя к теплообменнику 3. Ускоритель движения жидкости 2 выполнен в виде цилиндроконического циклона 7,внутри которого установлен с возможностью перемещения по его оси в направляющей 8 крышки 9 и фиксации в ней зажимом 10 кавитатор 11. Свободный конец кавитатора шток установлен в направляющей 8 и имеет нарезку для образования винтовой передачи с внутренней винтовой резьбой опоры направляющей 8, а второй конец кавитатора - наконечник имеет сферическую поверхность 13 передней части и коническую 12 задней. При осевом перемещении кавитатора 11 в конической части циклона 7 изменяется расстояние между внутренней конической поверхностью циклона 7 и наружной сферической поверхностью 13 кавитатора, и этим перемещением настраивают устройство на требуемый и наиболее экономичный режим его работы. Для создания турбулентного потока у стенок цилиндрической части циклона и во всей вращающейся массе жидкости на его внутренних цилиндрической и конической поверхностях сделана винтовая нарезка 14. На выходе из ускорителя движения жидкости 2 на трубопроводе 6 установлена расширительная емкость 15 подпитки и выравнивания давления в контуре циркуляции жидкости. На свободном конце цилиндрической части циклона 7 тангенциально установлен инжекционный патрубок 4, соединенный с напорным патрубком насоса 1. Для разгона жидкости, входящей в циклон 2, отношение площадей его входного и выходного отверстий принято 2,5. Устройство для нагрева жидкости работает следующим образом. Перед началом работы через расширительную емкость 15 заполняют контур циркуляции жидкости таким образом, чтобы в объеме емкости осталась свободная воздушная полость для возможности ее дальнейшего заполнения жидкостью при нагревании. После этого включают насос 1, который под давлением 0,4-0,6 МПа обеспечивает непрерывную циркуляцию жидкости в замкнутом контуре. При этом, холодная жидкость от насоса 1 поступает через инжекционный патрубок 4 в ускоритель движения жидкости 2, где жидкостный поток нагревается и по трубопроводу 6 поступает в теплообменник 3, в котором тепло отнимается, а охлажденная жидкость по всасывающему трубопроводу 5 возвращается в насос 1. Процесс нагрева жидкости в ускорителе движения жидкости 2 происходит следующим образом. При выходе из инжекционного патрубка 4, имеющего большую разность площадей входного и выходного отверстий, при входе в цилиндрическую часть циклона жидкостный поток получает огромное приращение скорости и кинетической энергии при одновременном резком снижении давления в потоке. При вращении с большой скоростью жидкостного потока по винтовой поверхности 14 цилиндрической части циклона 7 происходит резкая турбулизация вращающегося потока за счет трения у стенок циклона, и во всем его объеме образуется множество разнообразных по форме, скорости и направлению микропотоков жидкости. В итоге в жидкостном потоке развивается гидродинамическая кавитация, т.е. возникает множество разрывов сплошности жидкостного потока с образованием полостей, заполненных парами жидкости, что сопровождается разогревом жидкости. 79182012.02.28 При перемещении вращающегося жидкостного потока в конической части циклона к кавитатору 11 происходит усиление гидродинамической кавитации и дополнительный нагрев жидкости. Нагретая жидкость с запасом кинетической энергии, попадая между сферической поверхностью 13 кавитатора и внутренней конической винтовой поверхностью циклона 7,разгоняется до скорости, при которой давление в потоке падает ниже давления насыщенных паров данной жидкости. В результате этого жидкостный поток за счет вскипания части жидкости и образования парогазовых пузырьков преобразуется в двухфазный поток. За сферической поверхностью 13 кавитатора двухфазный жидкостный поток тормозится при расширении потока и повышении давления. В результате он преобразуется в однофазный поток с микроскопическими парогазовыми пузырьками. При этом происходит основной его нагрев. При перемещении жидкостного потока к выходу из конической части циклона выделение тепла будет происходить в трубопроводе 6 и теплообменнике 3 по мере того как в потоке нагретой жидкости будут схлопываться микроскопические парогазовые пузырьки из-за торможения потока в трубопроводе и теплообменнике. Кроме этого, выделение тепла будет происходить и в результате химических процессов при гидродинамической кавитации, сопровождающейся разложением молекул воды на 2 и 2 с последующим их объединением (сгоранием) и другими процессами. Выполнение ускорителя движения жидкости в виде цилиндроконического циклона и установка в нем с возможностью перемещения кавитатора, а также выполнение на внутренних цилиндрической и конической поверхностях циклона винтовой нарезки обеспечивает интенсификацию физических и химических процессов, происходящих во вращающемся с большой скоростью жидкостном потоке, в результате чего повышается скорость разогрева жидкости, количество выделяемого тепла и увеличение КПД устройства. Еще в прошлом веке ученые разных стран обратили внимание на изменения состояния закрученных с большой скоростью потоков воды. Возникающая при этом гидродинамическая кавитация сопровождается разогревом жидкости и многими физическими и химическими процессами, еще недостаточно изученными. Однако несмотря на это уже имеется ряд экспериментальных разработок теплогенераторов, КПД которых доходит до 300 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5