ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ Российский патент 2007 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах отопления, а также для подогрева воды и других жидких материалов для бытовых и производственных нужд.

Известен теплогенератор «Рязань», используемый для нагрева жидкости путем превращения механической энергии вращения рабочего колеса сначала в гидравлическую, а затем в тепловую. Из нагнетателя через напорный патрубок жидкость поступает в трубопровод. Затем часть ее направляется в струйный аппарат и через сопло, и всасывающий патрубок возвращается в нагреватель. Другая часть жидкости направляется в теплообменник, где отдает часть тепла потребителю, затем отсасывается струйным аппаратом и с повышенным давлением, предотвращающим кавитацию, подается к нагнетателю. Отвод и подвод жидкости осуществляется через два патрубка. Нагревание происходит за счет потерь гидравлической энергии на вихреобразование и трение в потоке оборотной жидкости (авт.свид. №1703924, МПК 24 Н 3/02).

Недостатками данной конструкции являются низкий КПД установки, повышенный уровень шума.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявленному является теплогенератор, позволяющий генерировать тепловую энергию путем изменения давления и скорости рабочей среды, в качестве которой используется вода. Конструкция состоит из корпуса с цилиндрической частью. Ускоритель движения жидкости выполнен в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с основанием цилиндрической части корпуса. В противоположном основании цилиндрической части корпуса смонтировано тормозное устройство, вслед за которым установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, соединенным с циклоном с помощью перепускного патрубка. Соединение выполнено на торце циклона, противолежащем цилиндрической части корпуса и соосно с последним. Тормозное устройство выполнено из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке. В перепускном патрубке установлено дополнительное тормозное устройство (патент №2045715, МПК 6 F25В 29/00). Основными недостатками прототипа являются:

- низкая эффективность обводной трубы, не позволяющая получить максимальную тангенциальную скорость вращения жидкости в цилиндрической части корпуса теплогенератора, что в свою очередь снижает общий КПД установки;

сравнительно низкая эффективность генерации тепла из-за неполного использования эффекта гидродинамического «взрыва» [1], связанного с отсутствием трущейся поверхности в центральной части вихревого потока рабочей жидкости - теплоносителя;

- низкий темп нагрева воды, связанный с отсутствием возможности его стартового нагрева до температуры 35-40°, при которой удельная теплоемкость воды имеет минимальное значение [6].

Цель изобретения - повышение КПД теплогенератора, ускорение темпа нагрева теплоносителя, снижение вибраций и шума установки, а также пульсаций потока рабочей жидкости (теплоносителя), создаваемых нагнетающим насосом, и, как следствие, дополнительное повышение эффективности извлечения тепловой энергии в процессе разгона и торможения жидкости в цилиндрической части теплогенератора.

Поставленная цель достигается в теплогенераторе электрогидродинамическом, содержащем инжекционный входной патрубок, корпус, имеющий цилиндрическую часть, торцевой стороной к которой соединен циклон - ускоритель и завихритель движения рабочей жидкости, в противоположном основании которой установлено тормозящее устройство, тем, что в цилиндрическую часть корпуса вдоль ее оси введен электрод в виде шнека (завихрителя) с переменными диаметром и шагом закрутки, выполняющий роль вспомогательного насоса и создающий дополнительную поверхность трения с теплоносителем; а между корпусом и упомянутым электродом приложено низковольтное электрическое напряжение для пускового (стартового) нагрева рабочей жидкости (теплоносителя) путем пропускания тока через нее, т.е. используя кондуктивный метод нагрева слабых электролитов.

При этом электрод - завихритель помимо переменного шага закрутки витка должен иметь и переменный по длине завихрителя диаметр (см. фиг.1). Такая форма завихрителя позволяет сохранить постоянной скорость вращения жидкости по всей длине цилиндрической части теплогенератора.

Электрод - завихритель также выполняет роль вспомогательного насоса и, кроме того, создает дополнительную поверхность трения с теплоносителем, усиливая тем самым эффект гидродинамического взрыва.

Так как эффект гидродинамического взрыва выражен сильнее в жидкостях с высоким значением вязкости, то в случае применения воды в качестве рабочей жидкости (теплоносителя) в нее целесообразно добавлять вещества, повышающие вязкость (например, соль, сахар и т.п.). При этом усиливается и эффект кондуктивного нагрева воды, т.к. повышается ее электропроводность.

Общий вид конструкции теплогенератора приведен на фиг.1; фиг.2 иллюстрирует инжекционный патрубок и циклон теплогенератора в разрезе.

Теплогенератор содержит контакты для подключения источника стартового кондуктивного нагрева жидкости (воды) 1, изолятор 2, циклон 3, инжекционный патрубок 4, стержни для крепежа 5, электрод в виде шнека (завихрителя) для кондуктивного нагрева жидкости 6, цилиндрическую часть теплогенератора 7, подводящую трубу 8, седативное (тормозящее) устройство - изолятор 9.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый теплогенератор отличается от прототипа наличием 2 существенно новых признаков:

- введением в цилиндрическую часть корпуса теплогенератора электрода - завихрителя, имеющего переменный диаметр и шаг закрутки в виде шнека (фиг.1);

- применением кондуктивного нагрева рабочей жидкости в начале работы теплогенератора.

Генерация тепла в заявляемом устройстве осуществляется, в основном, за счет 2 эффектов:

- гидродинамического эффекта, заключающегося в выделении тепла в процессе разгона и резком торможении потока рабочей жидкости (воды), являющейся одновременно и энерго- и теплоносителем;

- эффекта гидродинамического «взрыва» [1-3], сущность которого заключается в лавинообразном росте температуры вихревого потока рабочей жидкости (воды) по схеме: разогрев ее из-за трения и гидродинамического эффекта, снижение вязкости рабочей жидкости, и, как следствие, увеличение скорости ее движения, и дальнейший рост тепловыделения. При этом зависимость вязкости η от температуры Т подчиняется экспоненциальному закону η≈e^Δ/kT, (где Δ имеет смысл потенциального барьера, k - постоянная Больцмана), а скорость тепловыделения (где V_p - градиент давления; S - площадь сечения трубы теплогенератора).

Теплогенератор работает следующим образом. Поток жидкости под давлением через выходное щелеобразное отверстие 11 (фиг.2) инжекционного патрубка 4 (фиг.1) поступает в циклон 3, ускоряется и закручивается, приобретая вихреобразную форму, и распространяется по цилиндрической части 7 теплогенератора до седативного (тормозящегося) устройства 9, где происходит его резкое торможение. Далее поток рабочей жидкости через выходное отверстие 10 теплогенератора поступает в замкнутую систему (фиг.3), состоящую из резервуара 12, подводящей 8 и соединительной 13 труб и электронасоса 14. В этой системе в ходе циркуляции жидкости происходит нарастающее повышение ее температуры благодаря вышеописанным эффектам, имеющим место в теплогенераторе.

Для предварительного (стартового) нагрева теплоносителя контакты 1 теплогенератора подключаются к источнику низковольтного напряжения 15 (фиг.3).

С целью экспериментального исследования теплогенератора был изготовлен его опытный образец и собрана установка по схеме, приведенной на фиг.3. Она содержит источник низковольтного (регулируемого от 0 до 36 В) напряжения 15, одноступенчатый центробежный насос 14 типа СМ 130/51М итальянской фирмы NOCCHI мощностью 2,3 кВт, рассчитанный на сетевое напряжение 220 В, теплогенератор 16, изготовленный по чертежам, соответствующим фиг.1 и 2; резервуар с водой (емкостью 40 литров), подводящую 8 и соединительную трубы 13.

Экспериментальное исследование опытного образца заявляемого генератора показало, что по сравнению с прототипом его КПД выше в 1,5 раза, а скорость нагрева рабочей жидкости - в 2 раза.

Предлагаемый теплогенератор обладает высоким КПД, экологичен, прост в изготовлении и эксплуатации, пожаробезопасен.

Системы отопления на основе предлагаемого теплогенератора имеют сравнительно низкую себестоимость, низкие затраты при эксплуатации и независимы от сетей централизованного отопления.

Источники информации

1. Мержанов А.Г., Руманов Э.Н. Горение без топлива. - М.: Знание, 1978 - 34 с.

2. Бондарь Т.А. Тепловой взрыв восходящего потока жидкости в кольцевом канале.//ПМТФ. - 1994, № 5. - С. 12-22.

3. Адиев Э.Ф. и др. Эффект гидродинамического "взрыва" как разгадка "феномена Потапова".//Вестник Дагестанского научного центра. - 1998, № 2. - С. 30-32.

4. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиции теории движения. - Кишинев-Черкассы: ОКО-Плюс, 2000. - 387 с.

5. Атака на термояд. -Поиск, № 18-19, 8 мая 2002.

6. Фрадкин Б.З. Белые пятна безбрежного океана. - М.: Недра, 1983. - 92 с.

Теплогенератор предназначен для применения в составе различных отопительных систем (преимущественно в системах автономного типа), а также для подогрева воды и других жидких материалов для бытовых и производственных нужд. Цель его создания - повышение эффективности генерации тепла достигается путем введения в цилиндрическую часть корпуса теплогенератора электрода в виде шнека (завихрителя) с переменным диаметром и шагом закрутки и подачей между корпусом и этим электродом низковольтного напряжения для стартового нагрева рабочей жидкости (теплоносителя), например воды. Генерация тепла в теплогенераторе происходит, в основном, за счет разгона и торможения рабочей жидкости (в т.ч. воды). Теплогенератор обладает высокими КПД и скоростью нагрева, экологичен, пожаробезопасен, прост в изготовлении, обслуживании и эксплуатации. Системы отопления на базе предлагаемого теплогенератора имеют сравнительно низкие себестоимость и затраты при эксплуатации. 3 ил.

Теплогенератор электрогидродинамический, содержащий инжекционный входной патрубок, корпус, имеющий цилиндрическую часть, торцевой стороной к которой присоединены циклон-ускоритель и завихритель движения рабочей жидкости, в противоположном основании которой установлено тормозящее устройство, отличающийся тем, что в цилиндрическую часть корпуса вдоль ее оси введен электрод в виде шнека (завихрителя) с переменными диаметром и шагом закрутки, выполняющий роль вспомогательного насоса и создающий дополнительную поверхность трения с теплоносителем, а между корпусом и упомянутым электродом приложено низковольтное электрическое напряжение для пускового (стартового) нагрева рабочей жидкости (теплоносителя) путем пропускания тока через нее, т.е. используя кондуктивный метод нагрева слабых электролитов.