СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА КАВИТАЦИОННОГО ТИПА Российский патент 2003 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к способам получения тепловой энергии за счет процесса кавитации в потоке жидкости.

Известен способ получения тепловой энергии, где в потоке жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре посредством насоса создают кавитацию и подвергают поток воздействию переменного давления, накладывая наперед заданные ограничения на величину статического давления в теплогенераторе [1] - прототип.

Недостаток известного способа заключается в том, что практически невозможно в кавитационном генераторе со сложной геометрией рабочего канала заранее определить места и зоны кавитации в зависимости от температур потока, существующей на различных участках рабочего канала, а также и давления на этих участках, тем более, если по условиям эксплуатации необходимо регулировать уровень максимальной тепловой мощности теплогенератора.

Цель данного предложения - повышение эффективности теплогенератора кавитационного типа, работающего в замкнутом циркуляционном контуре, в котором поток жидкости, проходящей через теплогенератор, задают насосом при одновременном обеспечении как надежной работы насоса (наиболее чувствительного к разрушительному воздействию кавитации), так и возможности задания уровня тепловой мощности теплогенератора при максимуме удельного тепловыделения для используемой конструкции теплогенератора.

Данная цель решается тем, что величину давления в контуре циркуляции на входе в насос для рабочего значения температуры жидкости в контуре и заданной геометрии рабочего канала теплогенератора задают по максимуму тепловыделения в кавитационном теплогенераторе, например, по максимуму производной dq/dt, где q - количество тепла (по теплосчетчику), отводимого от теплогенератора, t - время, ограничивая минимальное давление на входе в насос величиной, обеспечивающей его безкавитационную работу для рабочего значения температуры жидкости в контуре циркуляции.

Кроме того, для достижения глобального максимума тепловыделения из контура циркуляции теплогенератора при заданном расходе через кавитационный теплогенератор, регулируют как рабочую температуру, так и величину давления на входе в насос. А для минимизации энергозатрат на приведение насосного агрегата его включают при снижении в контуре циркуляции рабочей температуры ниже заданной минимально допустимой и отключают при достижении в контуре циркуляции максимально допустимой рабочей температуры, непрерывно изменяя при включенном насосе величину давления в контуре циркуляции по температуре в этом контуре, постоянно обеспечивая максимум тепловыделения по мере изменения температуры рабочей жидкости. При этом для регулирования тепловой наибольшей мощности теплогенератора регулируют расход циркуляции через теплогенератор.

На чертеже дан пример реализации данного способа.

Электродвигатель 1 приводит насос 2, подающий рабочую жидкость в теплогенератор кавитационного типа 3, выход которого через теплообменник 4 и шунтирующий его управляемый дроссельный регулятор расхода 5 сообщен с выходом насоса 2, гидролинией, содержащей источник жидкости с регулируемым давлением. В данном случае этот источник выполнен виде пневмогидроаккумулятора 6, давление в котором задается редуктором 7. Теплообменник 4 вторичного контура, отбирающего тепло от циркуляционного контура теплогенератора 3, содержит теплосчетчик 8 тепловой энергии и дифференцирующий блок 9, вырабатывающий сигнал о величине мощности теплового потока, подключенный к входу экстремального регулятора 10, который подключен также к датчикам температуры 11 и давления 12 первичного контура - контура циркуляции теплогенератора 3.

Экстремальный регулятор 10 своим выходом сообщен с регулятором давления 7 и дроссельным регулятором расхода 5 и/или 5 для задания и стабилизации температуры в циркуляционном контуре, а также в варианте выполнения может быть сообщен и с регулятором частоты вращения 13 электродвигателя 1, воздействующим на расход жидкости через теплогенератор 3 и, следовательно, на его тепловую мощность.

Теплогенератор с регулятором 10 может работать в различных характерных режимах, общим для которых является воздействие регулятора 10 на величину давления на входе в насос, посредством регулятора редуктора 7 таким образом, что достигается максимум тепловой мощности, отбираемой от теплогенератора при ограничении минимального значения этого давления значением, обеспечивающим при существующей в контуре теплогенератора температуре рабочей жидкости безкавитационный режим работы насоса 2. В случаях применения теплогенератора, когда допустимо изменение рабочей температуры жидкости в широком интервале, например, при релейном управлении средней теплопроизводительностью, регулятор 10 может воздействовать как на температуру в теплогенераторе, так и на величину давления на входе в насос, обеспечивая достижение глобального максимума тепловыделения при заданном расходе жидкости через теплогенератор, определяемом регулятором 13 мощности (частоты) электродвигателя 1.

При отсутствии регулятора частоты 13 (при стабилизированном расходе через теплогенератор) минимальное время разогрева вторичного контура, например теплообменника 4 (выполняющего и функцию теплового аккумулятора), от минимальной температуры до максимально допустимой, осуществляется регулятором 10 за счет воздействия на регуляторы 5, 5 или 7, что позволяет достигать глобального максимума тепловыделения из теплогенератора в процессе разогрева вторичного контура.

В случае требования стабилизации температуры на заданном значении при переменной мощности отбираемого потока тепла глобальный максимум энерговыделения достигается воздействием регулятора 10 в первую очередь на регулятор 7 с последующим воздействием на регуляторы расхода 5 и частоты 13, когда возможности повышения тепловыделения за счет предыдущего регулятора исчерпываются.

Описанный способ управления позволяет существенно упростить техническую реализацию кавитационных теплогенераторов, имеющих сложный характер течения, изменяющийся при вариации температурных и мощностных режимов, и тем самым обеспечить их максимальную технико-экономическую эффективность.

Источники информации
1. Патент РФ 2054604, кл. F 24 J 3/00.

Изобретение относится к способам получения тепловой энергии за счет процесса кавитации в потоке жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что величину давления в контуре циркуляции на входе в насос для рабочего значения температуры жидкости в контуре и заданной геометрии рабочего канала теплогенератора задают по максимуму тепловыделения в кавитационном теплогенераторе, например, по максимуму производной dq/dt, где q - количество тепла по теплосчетчику, отводимого от теплогенератора, ограничивая минимальное давление на входе в насос величиной, обеспечивающей его безкавитационную работу для рабочего значения температуры жидкости в контуре циркуляции, а для достижения глобального максимума тепловыделения регулируют как температуру в контуре циркуляции, так и величину давления на входе в насос при заданном расходе через теплогенератор, в том числе и в периоды разогрева контура от момента включения насоса при дискретном управлении включением и выключением теплогенератора, например, при его работе в системах отопления. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ повышения эффективности теплогенератора кавитационного типа, работающего в замкнутом циркуляционном контуре, в котором расход циркуляции жидкости, проходящей через кавитационный теплогенератор, задают насосом, отличающийся тем, что величину давления в контуре циркуляции на входе в насос для текущего рабочего значения температуры жидкости в контуре и заданной геометрии рабочего канала теплогенератора задают по максимуму производной dq/dt, где q - количество тепла по теплосчетчику, отводимого от теплогенератора, ограничивая минимальное давление на входе в насос величиной, обеспечивающей его безкавитационную работу для рабочего значения температуры жидкости в контуре циркуляции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в контуре циркуляции регулируют как рабочую температуру, так и величину давления на входе в насос до достижения глобального максимума тепловыделения из контура циркуляции теплогенератора кавитационного типа при заданном расходе через кавитационный теплогенератор. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насосный агрегат включают при снижении в контуре циркуляции рабочей температуры ниже заданной минимально допустимой и отключают при достижении в контуре циркуляции максимально допустимой рабочей температуры, непрерывно изменяя при включенном насосе величину давления в контуре циркуляции по температуре, обеспечивая получение максимума тепловыделения по текущему времени от момента включения насоса. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что задают уровень тепловой мощности теплогенератора, регулируя расход циркуляции в контуре теплогенератора, воздействуя непосредственно на подачу насоса.