ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический полый корпус с соосно расположенным внутри ротором, который вместе с внутренней поверхностью корпуса образует кольцевой зазор для прохождения нагреваемой жидкости, коллекторные камеры, подключенные к корпусу и имеющие лопаточные колеса для прокачки нагреваемой жидкости. Внешняя поверхность корпуса покрыта термостойкой электроизоляцией, поверх которой расположена токоведущая обмотка с магнитопроводами из шихтованной, электротехнической стали. Индукционная обмотка также закрыта термостойкой электротеплоизоляцией, которая уменьшает теплопотери в окружающую среду и обеспечивает электробезопасность. Магнитопроводы и электротеплоизоляция фиксируются и удерживаются на корпусе с помощью кожуха, который защищает от случайных повреждений и случайного проникновения жидкости. Данная совокупность деталей: токоведущая обмотка, магнитопроводы, термически стойкая электротеплоизоляция совместно со стальной стенкой корпуса - образует греющий элемент (ИГЭ) аппарата.

К корпусу с помощью присоединительного фланца крепится коллекторная камера. Коллекторная камера имеет всасывающую полость, насосный узел в виде лопаточного колеса, нагнетательные патрубок и камеру, которая выполнена в виде кольцевой полости, охватывающей корпус с отверстиями по его периметру, сообщающими нагнетательную камеру с кольцевым зазором. Насосный узел, служащий для прокачки жидкости через кольцевой зазор теплообменного аппарата, присоединен к корпусу соосно. Лопаточное колесо присоединено к ротору со стороны всасывания. Диаметр лопаточного колеса превышает диаметр ротора. С противоположного конца ротор имеет лопатки, высота которых близка к внутреннему диаметру корпуса и которые служат для усиления насосного эффекта (например, для увеличения напора и, как следствие, увеличения производительности теплообменного аппарата).

Нагнетательный и всасывающий патрубки соединены перепускной трубкой, концы которой загнуты и заведены в полости нагнетательного и всасывающего патрубков. Причем загнутая часть трубки в нагнетательном патрубке установлена своим отверстием встречно к потоку жидкости, а загнутая часть трубки, установленная в полости всасывающего патрубка, своим отверстием расположена по ходу потока жидкости, что обеспечивает устойчивую циркуляцию отбираемой жидкости для ее нагревания. Перепускная трубка снабжена регулировочным органом (клапаном), который позволяет регулировать объем отбираемой жидкости для нагрева до более высокой температуры. Для нагрева жидкости до умеренной температуры регулировочный клапан частично прикрывается или закрывается полностью.

Таким образом, применение данного способа нагрева дает возможность осуществлять нагрев теплопередающей стенки корпуса аппарата до очень высоких температур, создавая предельный температурный напор при нагреве жидкости. Это позволяет при данном способе турбулизации обеспечить максимальный теплосъем, так как тепловая энергия сосредоточивается в теплообменной стенке корпуса и почти полностью передается жидкости, уменьшая этим потери в окружающую среду, что является важным свойством теплообменного аппарата.

Кроме этого, за счет интенсивной турбулизации пограничного слоя посредством вихревых течений исключается образование накипи или пригорание жидкости к теплообменной стенке, вследствие чего греющая поверхность остается в процессе всей работы чистой, при этом интенсивность теплообмена сохраняется на постоянном уровне, т.е. данный аппарат является теплообменником с незагрязняющейся теплообменной поверхностью, работающим с неизменяющимся коэффициентом теплообмена.

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, соосно расположенный внутри корпуса ротор, который вместе с внутренней поверхностью корпуса образует кольцевой зазор для прохождения нагреваемой жидкости, коллекторные камеры, подключенные к корпусу, лопаточные колеса для прокачивания нагреваемой жидкости. Внешняя поверхность корпуса покрыта термостойкой электроизоляцией, поверх которой расположена токоведущая обмотка (например, индукционная) с магнитопроводами из шихтованной, электротехнической стали. Всасывающая коллекторная камера снабжена нагнетательной камерой, в которую поступает жидкость с лопаточного колеса. Нагнетательная камера выполнена в виде кольцевой полости с отверстиями на корпусе по периметру, которые сообщают полость нагнетательной камеры с кольцевым зазором. Диаметр лопаточного колеса превышает диаметр ротора. Аппарат также снабжен перепускной трубкой с регулирующим органом (клапаном), концы трубки загнуты и заведены в полости нагнетательного и всасывающего патрубков, причем загнутая часть перепускной трубки в нагнетательном патрубке установлена своим отверстием встречно к потоку жидкости, а загнутая часть трубки во всасывающем патрубке своим отверстием расположена по ходу потока жидкости, идущей в аппарат для нагрева.

Тугоплавкая электроизоляция на внешней поверхности корпуса, установленная на ней токоведущая обмотка с магнитоприводами и защитный кожух с теплоизоляцией обеспечивают высокую эффективность нагрева жидкости за счет передачи почти всей энергии индуктивности греющей стенке корпуса и через нее жидкости. Одновременно уменьшаются потери тепла в окружающую среду (теплопотери минимальные, так как большая часть энергии индуктивности идет непосредственно на нагрев стальной греющей стенки).

При вращении ротора в кольцевом зазоре образуются вихревые течения Тэйлора, которые способствуют интенсивной турбулизации потока нагреваемой жидкости, что приводит к разрушению пограничного слоя жидкости на внутренней цилиндрической стенке корпуса, которая нагревается токами Фуко (индукционный нагрев).

Интенсивная турбулизация жидкости, разрушая пограничный слой, увеличивает теплообмен, препятствует перегреву теплопередающей стенки корпуса, обеспечивает создание максимального температурного напора, а радиальные потоки (течения Тэйлора) исключают пригорание жидкости или образование накипи.

Немаловажным является наличие нагнетательной камеры в виде кольцевой полости, в которой размещено лопаточное кольцо, диаметр которого превышает диаметр ротора, к которому оно присоединено. Это улучшает гидродинамические качества насосного узла, а именно, повышает напор жидкости, улучшая прокачку жидкости через аппарат, что в итоге увеличивает производительность аппарата. Кроме того, нагнетательная камера выполняет роль ресивера, выравнивая поток жидкости, входящий с лопаток колеса перед входом в кольцевой зазор через отверстия, расположенные по периметру корпуса.

Наличие обводной трубки с регулирующим органом позволяет регулировать в широком диапазоне нагрев жидкости до необходимой температуры путем многократной прокачки жидкости через кольцевой зазор аппарата для ее повторного нагрева. Тем самым имеется возможность быстрого нагрева жидкости до высокой температуры.

Таким образом, в данном теплообменном аппарате обеспечиваются эффективность нагрева жидкости без образования накипи и пригорания на греющей поверхности аппарата, уменьшение потерь тепла в окружающую среду, повышение гидродинамических характеристик и возможность регулирования нагрева жидкости в широком диапазоне.