1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29678
(51) F24D 3/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1898.1
(22) 13.12.2013
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Яковлев Александр Александрович; Саркынов
Ербол; Асанбеков Бакдаулет Абибуллаевич;
Тлеукулов Алмас Токтасынович; Алиханов
Джахфер Музаферович; Сапаров Нуртас
Манатбекұлы
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный аграрный университет"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) RU 2135903 C1, 27.08.1999
KZ 6900 В, 15.10.2002
KZ 23562 A4, 15.12.2010
RU 26639 U1, 10.12.2002
(54) СТРУЙНЫЙ ТЕПЛОВОЙ МОДУЛЬ
(57) Изобретение относится к области
теплотехники, в частности, к конструкции
струйного теплового модуля и может быть
использовано для автономного теплоснабжения,
нагрева воды, очистки воздуха и технологических
процессов на объектах.
Конструкция струйного теплового модуля
обеспечивает повышение энергетических
показателей - увеличения КПД от использования
суммарного эффекта нагрева воды за счёт трения
встречных противоположно направленных слоёв
воды вращательного и поступательного движения и
сил трения движущихся струй воды и воздуха с
разной скоростью и передаче тепловой энергии
воздуха воде при воздействии создаваемого
вакуумного.
Струйный тепловой модуль (Фиг.1, 2 и 3)
содержит теплогенераторы 1, бак 2, электронасос 3
и соединяющие их трубопроводы 4, 5, 6, входные
патрубки 7 и 8 теплогенераторов 1 соединены с
установленным коллектором 9 с входным 10 и
выходными 11 патрубками, связанным через
трубопровод 5 с напорным патрубком 12
электронасоса 3, а выходные патрубки 13 и 14
теплогенераторов 1 соединены с теплообразующим
устройством 16 и далее с баком 2, при этом
теплогенераторы 1 содержат камеры закрутки 15,
соединённые между собой через выходные патрубки
13 и 14 соединительным трубопроводом 6
теплообразующего устройства 16 с входным 17 и
выходным 18 патрубками. Камеры закрутки 15
теплогенераторов 1 установлены к коллектору 9 с
асимметричным расположением диагональных
патрубков 7 и 8, при которых движение
закручиваемой жидкости в камерах закрутки 15 и
выход её из выходных патрубков 13 и 14 в
теплообразующее устройство 16 направлено с
противоположным вращением и навстречу друг к
другу. Теплообразующее устройство 16 выполнено
в виде соединительного трубопровода 6 и струйного
эжектора, включающего подающий патрубок 19 с
активным соплом 20, соединённый через патрубок
17 и соединительный трубопровод 6 с выходными
патрубками 13 и 14 теплогенераторов 1,
всасывающего патрубка 21 пассивного сопла 22,
соединённого через смесительную камеру 23 и
диффузор 24 с водонагревательным баком 2 и
сообщённого в зоне образования вакуума с
атмосферным воздухом, например, через
трубопровод 25, соединённый с вентиляционным
патрубком 26 бака 2, при этом внутри подающего
патрубка активного сопла установлено Г-образное
пассивное сопло 27, сообщённое через вентиль 28 с
атмосферой. Входная часть коллектора 9 снабжена
вентилем 31, соединённым с нагнетательным
патрубком 12 насоса 3 через тройник 5, который
снабжён отводом 32 с вентилем 33 для подключения
напорной части 12 насоса 3 к отопительной системе
трубопроводом 34. Бак 2 для нагреваемой воды в
нижней его части снабжён отводным патрубком 35 с
вентилем 36 для подключения сливной части
отопительной системы трубопроводом 37, а в
верхней - вентиляционным патрубком 26 с крышкой
38. Режим работы насоса 3, теплогенераторов 1,
струйного эжектора 16 и отопительной системы
регулируется вентилями 31, 33, 36 и 28 методом
дросселирования и контролируется по
установленным манометрам 39 и 40.
(19)KZ(13)B(11)29678
2. 29678
2
Изобретение относится к области теплотехники,
в частности, к конструкции струйного теплового
модуля и может быть использовано для автономного
теплоснабжения, нагрева воды, очистки воздуха и
технологических процессов на объектах.
Известен теплогенератор для нагрева жидкости
(Патент RU №2045715, кл. В25/5, В29/00, 2000г.),
состоящий из корпуса с цилиндрической частью,
оснащённого циклоном, торцевая сторона которого
соединена с цилиндрической частью корпуса, в
основании которой противолежащей циклону
смонтировано тормозное устройство. За тормозным
устройством в цилиндрической части корпуса
установлено дно с выходным отверстием,
сообщающимся с выходным патрубком,
соединённым с циклоном с помощью перепускного
патрубка, причём соединение выполнено на торце
циклона, противолежащей цилиндрической части
корпуса и соосно последнему.
Тормозное устройство выполнено, по меньшей
мере из двух радиально расположенных рёбер,
закреплённых на центральной втулке. В
перепускном патрубке, ниже зоны его соединения с
циклоном, установлено дополнительное тормозное
устройство. Отношение диаметра цилиндрической
части корпуса и выходного отверстия
инжекционного патрубка равно или больше 2. В
устройстве для нагрева жидкости, содержащем
теплогенератор, подающие и обратные
трубопроводы, усилитель движения жидкости
связан с насосом посредством инжекционного
патрубка. Принцип нагрева воды основан на
использовании эффекта создаваемого вихревого
потока воды в циклоне и процесса его торможения в
основном тормозном устройстве и дополнительном.
Недостатком указанного теплогенератора для
нагрева жидкости являются большие потери напора
за счёт используемого технологического процесса
нагрева воды - в начале создающего вихревой поток
нагреваемой воды, а затем его торможение, т.е.
дважды искусственно создаются потери напора
насоса, а также не используется в технологическом
процессе отбор тепла от атмосферного
окружающего воздуха, что приводит к ухудшению
энергетических показателей - снижению общего
КПД теплогенератора для нагрева жидкости.
Причиной недостатка является конструкция
теплогенератора для нагрева жидкости.
Известна схема нагрева системы водяного
отопления теплогенератором (Патент PU №2202740,
кл. C2 F24D 3/02 F25B 29/00, 2003г.), состоящий из
теплогенератора, сетевого водяного насоса с
электроприводом, соединённого с корпусом
теплогенератора с помощью инжекционного
патрубка, подающего и обратного трубопроводов с
индивидуальными вентилями. Вентили подающего
и обратного трубопроводов соединены параллельно
между собой так, что входной патрубок вентиля,
сообщающегося своим выходным патрубком с
подающей линией трубопровода, соединён
параллельно с входным патрубком вентиля,
сообщающегося своим входным патрубком с линией
обратного трубопровода, а начальный конец линии
обратного трубопровода соединён с выходным
патрубком теплообменника самого отдалённого
потребителя.
Недостатком данной схемы нагрева системы
водяного отопления теплогенератором являются
также большие потери напора за счёт используемого
технологического процесса нагрева воды в виде
создаваемого вихревого потока нагреваемой воды и
его торможения, а также не использования в
технологическом процессе отбора тепла от
атмосферного окружающего воздуха, что приводит
к ухудшению энергетических показателей -
снижению общего КПД теплогенератора для нагрева
жидкости. Причиной недостатка является
конструкция теплогенератора для нагрева системы
водяного отопления.
Известна термогенерирующая установка (Патент
RU №2190162, кл. C2 F24D 3/02, F25B 29/00,
2001г.), содержащая теплообменную обойму с
выходным патрубком, внутри которой установлена
цилиндрическая вихревая труба с тангенциальным
сопловым вводом и выходом на одном конце
первого цилиндрического корпуса, тормозным
устройством и выходом на противоположном конце
второго цилиндрического корпуса, отличающаяся
тем, что центральная часть цилиндрической
вихревой трубы выполнена в виде полой спирали с
входным и выходным патрубками, витки которой
жестко соединены друг с другом и навиты под
углом 10-14° относительно перпендикуляра к оси
вихревой трубы, при этом спираль выполнена одно-,
двух- или n-заходной и многорядной из
специального профиля, например, полукруглой,
квадратной, треугольной, на входе в спираль на
заданном расстоянии установлены лопасти для
придания вращательного движения жидкости, а на
выходе - тормоз, например, в виде крестовины.
Недостатком данной термогенерирующей
установки для отопления, горячего теплоснабжения
и нагрева различных жидкостей являются также
большие потери напора за счёт используемого в
технологическом процессе нагрева жидкостей в
виде создаваемого вихревого потока нагреваемой
жидкости и её торможения, а также не
использования в технологическом процессе отбора
тепла от атмосферного окружающего воздуха, что
приводит к ухудшению энергетических показателей
- снижению общего КПД термогенерующей
установки для нагрева различных жидкостей.
Причиной недостатка является конструкция
термогенерующей установки для нагрева различных
жидкостей.
Известна установка для нагрева жидкости
(Патент RU №2135903, кл. C2 F24D 3/02, F25B
29/00, 1999г.), содержащая два или более
теплогенератора, бак, электронасос и соединяющие
их трубопроводы, отличающаяся тем, что входные
патрубки теплогенераторов соединены с
установленным на баке коллектором, связанным
через трубопровод с напорным патрубком
электронасоса, а выходные патрубки
теплогенераторов соединены с баком, при этом
теплогенератор, содержащий камеру закрутки и
3. 29678
3
решетку в виде отдельной камеры с входными и
выходными патрубками и сплошной перегородкой с
пазами на периферии, установленной в камере
между патрубками перпендикулярно потоку
жидкости, соединены между собой корпусом,
выполненным в виде тора, полувитки которого
расположены по винтовой линии, а отношение
длины тора по осевой линии к его внутреннему
диаметру равно или больше 8 и диаметр сплошной
части перегородки выполнен по меньшей мере на
10% больше внутреннего диаметра патрубков,
торцы которых установлены от перегородки на
расстоянии 25-35% от внутреннего диаметра
патрубков.
Недостатком данной установки для нагрева
жидкости, а также смешивание жидкостей при
различных технологических процессах являются
также большие потери напора за счёт используемого
в технологическом процессе нагрева жидкостей в
виде создаваемого разгона, вращательного
движения нагреваемой жидкости и её торможения, а
также не использования в технологическом
процессе отбора тепла от атмосферного
окружающего воздуха, что приводит к ухудшению
энергетических показателей - снижению общего
КПД установки для нагрева жидкости. Причиной
недостатка является конструкция теплогенератора
установки.
Задачей изобретения является создание
конструкции струйного теплового модуля с
улучшенными энергетическими показателями и
расширением функциональных возможностей его
использования, например, с возможностью
использования отработанных насыщенных водяных
паров, геотермальных вод, отработанных
газовоздушных смесей, улучшения качества
атмосферного воздуха (очистки от запылённости,
твёрдых частиц и запахов), обеспечение
воздухообмена и требуемой влажности внутри
помещения, универсальность использования для
теплиц по выращиванию овощных культур,
обеспечивающих выполнение всех необходимых
технологических процессов — от теплоснабжения,
качественного микроклимата до напорного полива.
Технический результат изобретения - повышение
энергетических показателей по увеличению общего
КПД струйного теплового модуля и расширение
функциональных возможностей его использования.
Технический результат достигается тем, что
струйный тепловой модуль, содержащий два или
более теплогенератора, бак, электронасос и
соединяющие их трубопроводы, входные патрубки
теплогенераторов соединены с установленным
коллектором, связанным через трубопровод с
напорным патрубком электронасоса, а выходные
патрубки теплогенераторов сообщены с баком, при
этом теплогенератор содержит камеру закрутки и
теплообразующее устройство с входным и
выходным патрубками, согласно изобретению,
камеры закрутки теплогенератора установлены к
коллектору с асимметричным расположением
диагональных патрубков, при которых движение
закручиваемой жидкости в камерах закрутки и
выход её из выходных патрубков в
теплообразующее устройство направлено с
противоположным вращением и навстречу друг к
другу, а теплообразующее устройство выполнено в
виде соединительного трубопровода и струйного
эжектора, включающего подающий патрубок с
активным соплом, соединённый через патрубок и
соединительный трубопровод с выходными
патрубками теплогенераторов, всасывающего
патрубка пассивного сопла, соединённого через
смесительную камеру и диффузор с
водонагревательным баком и сообщённого в зоне
образования вакуума с атмосферным воздухом,
например, через трубопровод, соединённый с
вентиляционным патрубком бака, при этом внутри
подающего патрубка активного сопла установлено
Г-образное пассивное сопло, сообщённое через
вентиль с атмосферой. Активное сопло эжектора
выполнено съёмным и по отношению к пассивному
соплу регулируемой в осевом направлении
посредством, например, регулируемых прокладок, а
Г- образное пассивное сопло по отношению к
активному соплу - регулируемое, например,
посредством резьбового соединения. Входная часть
коллектора снабжена вентилем, соединённым с
нагнетательным патрубком насоса через тройник,
который снабжён отводом с вентилем для
подключения напорной части насоса к отопительной
системе. Бак для нагреваемой воды в нижней его
части снабжён отводным патрубком с вентилем для
подключения сливной части отопительной системы,
а в верхней - вентиляционным патрубком с
крышкой.
Причинно-следственная связь между
техническим результатом и существенными
признаками очевидна:
1. Установление камер закрутки теплогенератора
к коллектору с асимметричным расположением
диагональных патрубков, при которых движение
закручиваемой жидкости в камерах закрутки и
выход её из выходных патрубков в
теплообразующее устройство направлено с
противоположным вращением и навстречу друг к
другу, позволяет эффективнее использовать процесс
нагрева воды за счёт трения встречных
противоположно направленных слоёв воды
вращательного и поступательного движения при
минимальных потерях напора.
2. Выполнение теплообразующего устройства в
виде соединительного трубопровода и струйного
эжектора, включающего подающий патрубок с
активным соплом, соединённого через патрубок и
соединительный трубопровод с выходными
патрубками теплогенераторов, а всасывающего
патрубка пассивного сопла, соединённого через
смесительную камеру и диффузор с
водонагревательным баком и сообщённого в зоне
образования вакуума с атмосферным воздухом,
например, через трубопровод, соединённый с
вентиляционным патрубком бака, а также
установление внутри подающего патрубка
активного сопла Г-образного пассивного сопло,
сообщённого через вентиль с атмосферой, позволяет
4. 29678
4
технологический процесс нагрева воды производить
за счёт выделения тепла от трения движущихся с
разной скоростью струйных потоков воды и
воздуха, создаваемых эжектором при
технологическом процессе вакуумирования, а также
использование в технологическом процессе отбора
тепла от атмосферного окружающего воздуха, что
приводит к улучшению энергетических показателей
- повышению общего КПД струйного теплового
модуля.
3. Выполнение активного сопла эжектора
съёмным и по отношению к пассивному соплу
регулируемого в осевом направлении посредством,
например, регулируемых прокладок, а Г-образного
пассивного сопла по отношению к активному соплу
- регулируемого, например, посредством резьбового
соединения, позволяет устанавливать щелевое
сечение между активным и пассивным соплами в
оптимальном режиме в зависимости от исходных
параметров подающей насосом нагреваемой воды и
эжектором атмосферного воздуха, увеличивая
эффективность технологического процесса нагрева
воды и очистки окружающего воздуха.
Таким образом, заявленная группа признаков
обеспечивает повышение энергетических
показателей струйного теплового модуля, т.е.
технический результат достигается.
Сущность изобретения поясняется чертежом
фиг.1, 2 и 3.
Струйный тепловой модуль содержит
теплогенераторы 1, бак 2, электронасос 3 и
соединяющие их трубопроводы 4,5,6, входные
патрубки 7 и 8 теплогенераторов 1 соединены с
установленным коллектором 9 с входным 10 и
выходным 11 патрубками, связанным через
трубопровод 5 с напорным патрубком 12
электронасоса 3, а выходные патрубки 13 и 14
теплогенераторов 1 соединены с теплообразующим
устройством 16 и далее с баком 2, при этом
теплогенераторы 1 содержат камеры закрутки 15,
соединённые между собой через выходные патрубки
13 и 14 соединительным трубопроводом 6
теплообразующего устройства 16 с входным 17 и
выходным 18 патрубками. Камеры закрутки 15
теплогенератора 1 установлены к коллектору 9 с
асимметричным расположением диагональных
патрубков 7 и 8, при которых движение
закручиваемой жидкости в камерах закрутки 15 и
выход её из выходных патрубков 13 и 14 в
теплообразующее устройство 16 направлено с
противоположным вращением и навстречу друг к
другу. Теплообразующее устройство 16 выполнено в
виде соединительного трубопровода 6 и струйного
эжектора, включающего подающий патрубок 19 с
активным соплом 20, соединённый через патрубок
17 и соединительный трубопровод 6 с выходными
патрубками 13 и 14 теплогенераторов 1,
всасывающего патрубка 21 пассивного сопла 22,
соединённого через смесительную камеру 23 и
диффузор 24 с водонагревательным баком 2 и
сообщённого в зоне образования вакуума с
атмосферным воздухом, например, через
трубопровод 25, соединённый с вентиляционным
патрубком 26 бака 2, при этом внутри подающего
патрубка активного сопла установлено Г-образное
пассивное сопло 27, сообщённое через вентиль 28 с
атмосферой. Активное сопло 20 эжектора 16
выполнено съёмным и по отношению к пассивному
соплу 22 регулируемой в осевом направлении
посредством, например, регулируемых прокладок
29, а Г-образное пассивное сопло 27 по отношению
к активному соплу 20 - регулируемое, например,
посредством резьбового соединения 30. Входная
часть коллектора 9 снабжена вентилем 31,
соединённым с нагнетательным патрубком 12
насоса 3 через тройник 5, который снабжён отводом
32 с вентилем 33 для подключения напорной части
12 насоса 3 к отопительной системе трубопроводом
34. Бак 2 для нагреваемой воды в нижней его части
снабжён отводным патрубком 35 с вентилем 36 для
подключения сливной части отопительной системы
трубопроводом 37, а в верхней - вентиляционным
патрубком 26 с крышкой 38.
Струйный тепловой модуль работает следующим
образом.
Запускается центробежный насос 3 через пульт
управления. Нагреваемая вода из бака 2
центробежным насосом 3, соединённым
всасывающей частью через патрубок 4, подаётся по
нагнетательному патрубку 12, тройнику 5 и
открытому вентилю 31 в коллектор 9 и далее через
входные патрубки 7, 8 и 11 поступает в камеры
закрутки 15 теплогенераторов 1, в которых вода за
счёт напора и тангенсального подвода
преобразуется во вращательное её движение и через
выходные патрубки 13 и 14 с противоположным
вращением и поступательным движением навстречу
друг к другу под напором подаётся в
теплообразующее устройство 16, где, начиная в
соединительном трубопроводе 6, происходит
процесс нагрева воды за счёт трения встречных
противоположно направленных слоёв воды
вращательного и поступательного движения. Далее,
частично подогретая вода, из соединительного
трубопровода 6 поступает по патрубку 17 в
струйный эжектор 16, в котором вода, проходя через
активное сопло 20 подводящего патрубка 19, создаёт
разряжение (вакуум) в Г-образном пассивном сопле
27 и воздух при открытии вентиля 28 засасывается в
активное сопло 20. Струи воды и воздуха, двигаясь с
разной скоростью через сопло 20 и далее через
смесительную камеру 23 за счёт сил трения
кинетическая энергия воды переходит в тепловую и
вода нагревается. Одновременно струя воды и
воздуха, выходя из активного сопла 20, создаёт в
щелевом отверстии пассивного сопла 21 эжектора
разряжение (вакуум), который через
воздуховпускной трубопровод 25 засасывает воздух
из помещения, который вместе со струйным
движением воды, отдавая тепловую энергию воде,
поступает в бак 2. В баке 2 воздух отделяется от
воды и выходит часть в помещение, часть повторно
засасывается в струйный эжектор 16.
Струйный тепловой модуль после нагрева воды
подключается к системе отопления через отводной
патрубок 32, вентиль 33 и трубопровод 34 к
5. 29678
5
напорной линии, а через патрубок 35 бака 2, вентиль
36 и трубопровод 37 к обратной линии. Режим
работы насоса 3, теплогенераторов 1, струйного
эжектора 16 и отопительной системы регулируется
вентилями 31, 33, 36 и 28 методом дросселирования
и контролируется по установленным манометрам 39
и 40.
Таким образом, предлагаемая конструкция
струйного теплового модуля обеспечивает
повышение энергетических показателей -
увеличения КПД от использования суммарного
эффекта нагрева воды за счёт трения встречных
противоположно направленных слоёв воды
вращательного и поступательного движения и сил
трения движущихся струй воды и воздуха с разной
скоростью и передаче тепловой энергии воздуха
воде при воздействии создаваемого вакуумного.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Струйный тепловой модуль, содержащий два
или более теплогенератора, бак, электронасос и
соединяющие их трубопроводы, входные патрубки
теплогенераторов соединены с коллектором,
связанным через трубопровод с напорным
патрубком электронасоса, а выходные патрубки
теплогенераторов сообщены с баком, при этом
теплогенераторы содержат камеры закрутки и
теплообразующее устройство с входным и
выходным патрубками, отличающийся тем, что
камеры закрутки теплогенераторов установлены к
коллектору с асимметричным расположением
диагональных патрубков, при котором движение
закручиваемой жидкости в камерах закрутки и
выход её из выходных патрубков в
теплообразующее устройство направлено с
противоположным вращением и навстречу друг к
другу, а теплообразующее устройство выполнено в
виде соединительного трубопровода и струйного
эжектора, включающего подающий патрубок с
активным соплом, соединённый через патрубок и
соединительный трубопровод с выходными
патрубками теплогенераторов, всасывающего
патрубка пассивного сопла, соединённого через
смесительную камеру и диффузор с
водонагревательным баком и сообщённого в зоне
образования вакуума с атмосферным воздухом,
например, через трубопровод, соединённый с
вентиляционным патрубком бака, при этом внутри
подающего патрубка активного сопла установлено
Г-образное пассивное сопло, сообщённое через
вентиль с атмосферой.
2. Струйный тепловой модуль, отличающийся
тем, что активное сопло эжектора выполнено
съемным и по отношению к пассивному соплу
регулируемым в осевом направлении посредством,
например, регулируемых прокладок, а Г-образное
пассивное сопло по отношению к активному соплу -
регулируемым, например, посредством резьбового
соединения.
3. Струйный тепловой модуль, отличающийся
тем, что входная часть коллектора снабжена
вентилем, соединённым с нагнетательным
патрубком насоса через тройник, который снабжён
отводом с вентилем для подключения напорной
части насоса к отопительной системе.
4. Струйный тепловой модуль, отличающийся
тем, что бак для нагреваемой воды в нижней его
части снабжён отводным патрубком с вентилем для
подключения сливной части отопительной системы,
а в верхней - вентиляционным патрубком с
крышкой.
