RU2089795C1

RU2089795C1 - Vortex heating system

Info

Publication number: RU2089795C1
Application number: RU93058073A
Authority: RU
Original assignee: Чуркин Рудольф Кузьмич; Чуркин Дмитрий Рудольфович
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: system has a reservoir filled with fluid, heat pump made up as vortex chamber 1, pump 6 connected with the tangential inlet of the chamber and submerged into fluid, and ejector 14 mounted at the inlet to pump 6. The motor of pump 6 is enclosed by chamber 5 above the level of fluid. Chamber 5 is provided with pressure- tight cover as well as deaerated and additionally filled with heavy inert gas. The motor has no collector and energized with a higher frequency. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, более конкретно к вихревым теплотрансформаторам, работающим на эффекте Ранка-Хильша, и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов. The invention relates to a power system, and more particularly to vortex heat transformers operating on the Rank-Hills effect, and can be used in heat supply systems of industrial, agricultural, transport and domestic facilities.

Известна вихревая система отопления (1), содержащая цилиндрическую трубку с вихревой камерой, заключенную в резервуаре с циркулирующей жидкостью, и нагнетатель, подключенный к тенгенциальному входу камеры. Known vortex heating system (1), containing a cylindrical tube with a vortex chamber, enclosed in a tank with circulating liquid, and a supercharger connected to the potential input of the chamber.

Недостатком системы является применение легкокипящего фреона, требующего специальной заправки и специального компрессорного оборудования, применения испарителя. The disadvantage of the system is the use of low-boiling freon, which requires special refueling and special compressor equipment, the use of an evaporator.

Предлагаемое устройство имеет целью устранить недостатки известной системы. The proposed device is intended to eliminate the disadvantages of the known system.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель насоса заключен внутри резервуара выше уровня жидкой среды, а последний выполнен с герметичной крышкой, деаэрирован и дополнительно наполнен тяжелым инертным газом, при этом двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой электропитания и снабжен каналом для принудительной самосмазки опор вращения. This goal is achieved by the fact that the pump motor is enclosed inside the tank above the level of the liquid medium, and the latter is made with a sealed cover, deaerated and additionally filled with heavy inert gas, while the motor is made brushless with an increased frequency of power supply and is equipped with a channel for forced self-lubrication of rotation bearings.

Кроме того, в системе в качестве рабочей среды использована эффективная смесь керосина с турбинным маслом, спиртом и даутермом. In addition, an effective mixture of kerosene with turbine oil, alcohol and dauterm was used as a working medium in the system.

Устройство поясняется чертежом. The device is illustrated in the drawing.

Устройство содержит вихревую трубу 1 с тангенциальным сопловым вводом 2, осевым выходом 3, плоским развихрителем 4, теплообменную камеру 5, заполненную жидкой нагреваемой средой, например, на основе эмульсионной смеси керосина, смазочного (турбинного) масла, спирта, погруженный в жидкую нагреваемую среду и присоединенный своим выходом к сопловому вводу насос 6 с рабочим органом, соединенным общим валом 7 с ротором электродвигателя 8, съемную герметичную крышку 9. Вал электродвигателя удлинен, снабжен винтовым осевым каналом 10 и радиальными каналами 11 для охлаждения электродвигателя и смазки опор вращения. Устройство снабжено герметизированными патрубками для наполнения 12 и вывода 13 жидкой нагреваемой среды. The device comprises a vortex tube 1 with a tangential nozzle inlet 2, an axial outlet 3, a flat rotator 4, a heat exchange chamber 5 filled with a liquid heated medium, for example, based on an emulsion mixture of kerosene, lubricating (turbine) oil, alcohol, immersed in a liquid heated medium and a pump 6 connected to its nozzle inlet with a working member connected by a common shaft 7 to the rotor of the electric motor 8, a removable sealed cover 9. The electric motor shaft is elongated, equipped with a helical axial channel 10 and radial shafts 11 for cooling the motor and lubricating the bearings. The device is equipped with sealed nozzles for filling 12 and output 13 of a liquid heated medium.

На входе насоса и выхода вихревой трубы установлен эжектор 14. Камера и съемная крышка теплоизолированы пористой резиной или пенопластом 15. An ejector 14 is installed at the pump inlet and the vortex tube exit. The chamber and the removable cover are thermally insulated with porous rubber or polystyrene 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Электродвигатель насоса включается в сеть электропитания, вращает рабочий орган и при избыточном давлении 10-20 кг/см², впрыскивает в сопловой ввод вихревой трубы рабочий агент. Рабочий агент с высокой скоростью, достигающей 400-500 м/с, вращается внутри тарельчатой камеры вихревой трубы, сжимается и нагревается на периферии, образуя газовую трубку в области низкого давления в приосевой зоне, и по сходящейся спирали истекает через развихритель на вход насоса. Рабочий орган насоса всасывает жидкость и снова нагнетает ее через сопловой ввод камеру вихревой трубы. Истекающая струя агента с выхода вихревой трубы подсасывает с помощью эжектора 14 жидкость, заполняемую объем камеры 5, вовлекая ее в циркуляцию. Вал электродвигателя по осевому каналу 10 с винтовой канавкой всасывает жидкость, поднимает ее до верхних радиальных каналов 11 и разбрызгивает на верхние опоры вращения, при этом смазывает их и охлаждает сами опоры, статор и ротор двигателя. Нагретая охлаждением двигателя жидкость самотеком возвращается в камеру 5 через отверстия в рабочем органе и кольцевую щель в крышке насоса. После нагрева жидкости до заданной температуры открывается внешний клапан за патрубком 13 (на чертеже не показан) и выпускается в линию внешнего теплообмена. Теплоприток в систему складывается из тепловой энергии вносимой источником электропитания электродвигателя, и энергии, инжектируемой вихрем рабочего агента через проникающие поля, в частности центробежное и гравитационное. Общий коэффициент отопления системы как теплового насоса больше 1, т.е. вихревая система отопления создает прирост энергетического тепла за счет инжекции энергии внешних по отношению к системе полей, вихревым потоком рабочего агента. Эта инжекция носит нелинейный характер, т. е. определяется второй степенью линейной и угловой скорости потока.The electric motor of the pump is included in the power supply network, rotates the working body and at an excess pressure of 10-20 kg / cm ² , injects the working agent into the nozzle inlet of the vortex tube. The working agent with a high speed reaching 400-500 m / s rotates inside the disk chamber of the vortex tube, contracts and heats up at the periphery, forming a gas tube in the low-pressure region in the axial zone, and flows along a converging spiral through the swirl to the pump inlet. The working body of the pump sucks in the liquid and again pumps it through the nozzle inlet of the vortex tube chamber. The effluent of the agent from the exit of the vortex tube draws in a liquid, using the ejector 14, to fill the volume of the chamber 5, involving it in the circulation. The motor shaft along the axial channel 10 with a helical groove sucks in the liquid, raises it to the upper radial channels 11 and sprays it on the upper rotation bearings, lubricates them and cools the bearings themselves, the stator and the motor rotor. Heated by cooling the engine fluid gravity returns to the chamber 5 through the holes in the working body and the annular gap in the pump cover. After heating the liquid to a predetermined temperature, an external valve opens behind the nozzle 13 (not shown in the drawing) and is released into the external heat exchange line. The heat influx into the system consists of the thermal energy introduced by the electric motor power source, and the energy injected by the vortex of the working agent through the penetrating fields, in particular centrifugal and gravitational. The total heating coefficient of the system as a heat pump is greater than 1, i.e. the vortex heating system creates an increase in energy heat due to the injection of energy from fields external to the system, by the vortex flow of the working agent. This injection is nonlinear in nature, i.e., it is determined by the second degree of the linear and angular flow velocity.

Таким образом, предложенное устройство выполняет поставленную цель. Благодаря повышенной частоте электропитания двигателя удается выполнить все устройство значительно более компактным, заключив двигатель внутри стакана с опорами вращения под герметической крышкой, тем самым исключив испарение рабочей жидкости и обеспечив возможность применения высокоэффективных жидких сред, повышающих скорость нагрева и отопительный коэффициент. Thus, the proposed device fulfills its purpose. Due to the increased frequency of the engine’s power supply, the entire device can be made much more compact by enclosing the engine inside the glass with rotation supports under the hermetic lid, thereby eliminating the evaporation of the working fluid and providing the possibility of using highly efficient liquid media that increase the heating rate and heating coefficient.

Деаэрация камеры с последующим заполнением инертным газом обеспечивает пожаробезопасность при эксплуатации, одновременно повышая коррозийную устойчивость системы. Deaeration of the chamber with subsequent filling with inert gas ensures fire safety during operation, while increasing the corrosion resistance of the system.

Кроме того, применение тяжелых газов существенно повышает тепловую эффективность отопительный коэффициент и скорость нагрева, благодаря их самой низкой теплоемкости Cp, наивысшего показателя адиабаты К. In addition, the use of heavy gases significantly increases the thermal efficiency of the heating coefficient and heating rate, due to their lowest heat capacity Cp, the highest adiabatic index K.

Использование устройства позволяет улучшить технические характеристики вихревой системы отопления, снизить металлоемкость, повысить отопительный коэффициент. Using the device allows to improve the technical characteristics of the vortex heating system, reduce metal consumption, increase the heating coefficient.

Claims

1. A vortex heating system containing a heat pump in the form of a vortex tube with a tangential nozzle inlet, enclosed inside a heat exchanger chamber filled with liquid medium, and connected to its nozzle inlet by a pump with an electric motor, characterized in that the pump motor is enclosed inside the heat exchange chamber, and the latter made with a removable sealed cover, deaerated and filled with a working agent of the vortex tube, while the electric motor is made brushless, and its shaft is provided with an axial and radial channel for cooling and forced lubrication of the rotation bearings with a working agent.

2. The system according to claim 1, characterized in that as a working agent of the vortex tube used a mixture of kerosene, lubricating oil and (or) alcohol.