Вихревая система отопления

Вихревая система отопления – это не новое слово в технике. Специалистам известно устройство, включающее цилиндрическую трубку с камерой, расположенной в резервуаре с циркулирующей жидкостью, и нагнетатель, подключенный к входу камеры.

Недостаток такой системы – в применении фреона, требующего специальной заправки и специального компрессорного оборудования, а также необходимость испарителя в конструкции.

Предлагаемое авторами устройство устраняет недостатки этой системы.

В новом агрегате двигатель насоса заключен внутри резервуара выше уровня жидкой среды. Резервуар имеет герметичную крышку, деаэрирован и дополнительно наполнен тяжелым инертным газом. При этом двигатель выполнен бесколлекторным с повышенной частотой электропитания и снабжен каналом для принудительной самосмазки опор вращения.

Кроме того, в качестве рабочей среды использована эффективная смесь керосина с турбинным маслом, спиртом и даутермом.

Устройство содержит вихревую трубу с тангенциальным сопловым вводом, осевым выходом и плоским развихрителем, а также теплообменную камеру, заполненную жидкой нагреваемой средой (например, на основе эмульсионной смеси керосина, смазочного масла и спирта); погруженный в эту среду и присоединенный своим выходом к сопловому вводу насос с рабочим органом, соединенным общим валом с ротором электродвигателя.

Вал электродвигателя удлинен, снабжен винтовым осевым каналом и радиальными каналами для охлаждения электродвигателя и смазки опор вращения. Кроме того, система снабжена герметизированными патрубками для наполнения и вывода жидкой нагреваемой среды.

На входе насоса и выхода вихревой трубы установлен эжектор. Камера и съемная крышка теплоизолированы пористой резиной или пенопластом.

Устройство работает следующим образом.

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.

По сходящейся спирали он истекает через развихритель на вход насоса. Рабочий орган насоса всасывает жидкость и снова нагнетает ее через сопловой ввод в камеру вихревой трубы. Истекающая струя агента с выхода вихревой трубы подсасывает с помощью эжектора жидкость, заполняющую объем камеры, вовлекая ее в циркуляцию. Вал электродвигателя по осевому каналу с винтовой канавкой всасывает жидкость, поднимает ее до верхних радиальных каналов 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 через отверстия в рабочем органе и кольцевую щель в крышке насоса. После нагрева жидкости до заданной температуры открывается внешний клапан за патрубком, и она 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 единицы. То есть вихревая система отопления создает прирост энергетического тепла за счет инжекции энергии внешних по отношению к системе полей с помощью вихревого потока рабочего агента. Эта инжекция носит нелинейный характер, т. е. определяется второй степенью линейной и угловой скорости потока.

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.

Деаэрация камеры с последующим заполнением инертным газом обеспечивает пожаробезопасность при эксплуатации, одновременно повышая коррозийную устойчивость системы.

Кроме того, применение тяжелых газов существенно повышает тепловую эффективность, отопительный коэффициент и скорость нагрева благодаря их самой низкой теплоемкости.

В итоге – применение устройства позволяет улучшить технические характеристики вихревой системы отопления, снизить металлоемкость, повысить отопительный коэффициент.

Источник: «Энергетика и промышленность России»