СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА Российский патент 2008 года по МПК F24J3/00 

Предложение относится к способам повышения тепловой эффективности гидродинамических теплогенераторов, где процесс разогрева рабочей жидкости, например воды, в контуре ее циркуляции через рабочие органы преимущественно теплогенераторов роторного типа осуществляется за счет вихревых и кавитационных процессов, приводящих к возникновению импульсного повышения давления, температуры и электрического напряжения в кавитационных кавернах при их образовании, деформациях и изменениях объема [1,2].

В известных способах тепловыделение определяется управлением рабочих параметров кавитационно-вихревого процесса в рабочих органах, обеспечивающих возбуждение и частичное (в малых объемах) разложение молекул рабочей жидкости - воды, в том числе приводящее к выделению водорода и приданию воде щелочных свойств за счет сложных электрохимических, электрических, включая электризацию трением, акустических, резонансных и термодинамических процессов, имеющих место при образовании и схлопывании кавитационных каверн (пузырьков) и вихревом движении жидкости и парогазожидкостной среды в рабочих органах гидродинамических теплогенераторов.

С другой стороны известен центробежный электролизер [3], а также устройство для преобразования энергии [4|, которые обеспечивают высокоэффективное получение водорода и кислорода за счет разложения воды как электролита. При этом водород и кислород могут направляться для сгорания в тепловой двигатель, например, автомобиля, а выделяемая электрическая энергия [4] может также передаваться внешним потребителям.

Цель данного предложения - повышение тепловыделения гидродинамических кавитационно-вихревых теплогенераторов за счет высокоэффективного (взаимноусиливающего) совмещения рабочего процесса кавитационно-вихревого теплогенератора и центробежного электролизера, одновременно обеспечивающего как повышение эффективности теплогенератора, так и повышение эффективности центробежного электролизера путем многоуровневого взаимовлияния и взаимодействия их рабочих процессов при одновременном повышении безопасности процесса генерации тепловой энергии.

Поставленная задача решается тем, что в способе повышения эффективности энерговыделения гидродинамического теплогенератора, например, роторного приводного типа, выделение тепла в котором сопровождается процессами вихреобразования и кавитации в рабочей жидкости при ее протекании через рабочие органы, в контур циркуляции рабочей жидкости последовательно-параллельно включают водородно-кислородный генератор роторного типа, а выделяемый им водород и кислород без их разделения непрерывно вводят совместно с рабочей жидкостью в рабочие органы гидродинамического теплогенератора, обеспечивая в его рабочем процессе при схлопывании и деформации парогазовых каверн (пузырьков) создание в парогазожидкостной среде импульсов высокого давления и электрического напряжения до уровня, вызывающего окисление водорода кислородом в указанных кавернах, при этом процесс электролиза активируют подводом к водородно-кислородному генератору возбужденной и разогретой рабочей жидкости, выходящей из рабочих органов теплогенератора;

- рабочие органы роторного водородно-кислородного генератора располагают в зоне аккустического (виброшумового) воздействия рабочих органов кавитационно-вихревого теплогенератора и/или магнитного поля, пересекающего плоскость вращения рабочего органа кислородно-водородного теплогенератора.

- выделяемое тепло регулируют, изменяя интенсивность импульсного повышения давления в рабочих органах теплогенератора, расхода циркуляции разогретой жидкости через водородно-кислородный генератор, а также путем отвода избытка кислородно-водородной смеси внешним потребителям, например, в том числе, для ее сжигания в тепловом двигателе, приводящем гидродинамический теплогенератор и/или водородно-кислородный генератор;

- совмещают рабочие процессы кавитации и электролиза в общих для кавитационно-вихревого и водородного генераторов рабочих органах, например, путем выполнения рабочих органов в виде общего роторного устройства, например, располагаемого на общем регулируемом по оборотам приводном валу.

На фиг.1 и 2 представлены два из числа возможных устройств, реализующих предложенный способ.

Рабочие органы кавитационно-вихревого теплогенератора 1, см. фиг.1, выполненные в данном примере реализации по патенту РФ 2201562, за счет их насосного эффекта обеспечивают циркуляцию жидкости в последовательно параллельном контуре - каналы 2, 3, 4, 5. При этом в канал 3 дополнительно установлен проточный кавитационно-вихревой теплогенератор, например, по патенту РФ 2212596; канал 4 окружает внешнюю поверхность роторного водородно-кислородного генератора, близкого по технической сущности, например, патенту РФ 2174162, особенностью которого является сообщение периферийною канала 4 с внутренней полостью-каналом 5 ротора 6 генератора, торцевая стенка 7 которого со стороны рабочего канала 8 теплогенератора выполнена как его подвижный элемент, что позволяет передавать жидкости-электролиту в полости 5 акустические колебания и вибрации, возникающие в рабочем канале 8 за счет протекания в нем вихревых, кавитационных, электромагнитных возмущений в протекающей среде. Полость 5 выполнена проточной и сообщена через отверстия 9, 10, 11 с зоной рабочего канала, прилегающей к всасывающей полости. Таким образом - выделяемый на анодной поверхности 13 кислород и выделяемый на катодной поверхности 14 водород, сепарируемые к оси вращения, поступают через каналы в зону смешения рабочего канала 8, где в зонах повышенного давления происходит частичное окисление водорода кислородом с выделением тепловой энергии, разогревающей поток жидкости в контуре циркуляции. Разогретый в канале 8 поток энергетически на молекулярном уровне возбужденной жидкости протекает через внутреннюю полость 5, дополнительно интенсифицируя процесс электролиза. Этот процесс также интенсифицируется за счет акустического воздействия на ротор 6 со стороны стенки 7 и канала 4.

Избыток водородно-кислородной смеси сепарируется в полости 15 и, например, подводится по каналу 16 к камере сгорания 17 двигателя 18 для передачи механической энергии валу 19 электродвигателя-генератора 20, на валу которого закреплен и ротор 6 теплогенератора-генератора водородно-кислородной смеси.

За счет насосного эффекта рабочих органов теплогенератора смесь жидкости водорода и кислорода подается в проточный теплогеператор 21, например, выполненный по патенту РФ 2212596, передающий посредством теплообменника 22 тепловую энергию внешнему потребителю.

Таким образом, для упрощения управления, синхронизации и усиления рабочих процессов в гидродинамическом теплогенераторе и водородно-кислородном генераторе совмещают рабочие процессы кавитации и электролиза в общих для кавитационно-вихревого и водородного генераторов рабочих органах, например, путем выполнения рабочих органов в виде общего роторного устройства 6, например, располагаемого на общем регулируемом по оборотам приводном валу 19.

Выделяемое тепло регулируют, изменяя интенсивность импульсного повышения давления в рабочих органах теплогенератора, расхода циркуляции разогретой жидкости через водородно-кислородный генератор посредством дросселей 23, 24, 25, 26, регулированием оборотов ротора 6, а также путем отвода избытка кислородно-водородной смеси, например, для ее сжигания в тепловом двигателе 18, приводящем гидродинамический теплогенератор, или ее подачи другим внешним потребителям через дроссель 27.

На фиг.2 для показа возможности множественной технической реализации предложенного способа применено техническое решение теплогенератора по патенту РФ 2224957, где рабочий орган 28 в виде центробежного колеса насоса снабжен кольцевым соплом по типу Вентури. В сопле Вентури и резонаторах 29 на его поверхностях, а также на входе в кольцевой канал 4 за счет отрывного обтекания кольцевого выступа 30, генерируются импульсы давления, возбуждающие на молекулярном уровне жидкость, протекающую через полость 5 генератора и подаваемую в режиме циркуляции на вход рабочего колеса, что обеспечивает интенсификацию протекающих в роторе 6 процессов как по выделению водородно-кислородной смеси, так и кавитационно-вихревых энерговыделяющих процессов, что совместно увеличивает общее энерговыделение в описанном выше рабочем процессе.

Вывод избыточной кислородно-водородной смеси, оставшейся в полостях теплогенератора после процессов окисления водорода кислородом при схлопывании кавитационных каверн в зонах повышенного давления и воздействия ударных волн, в том числе и за счет импульсных разрядов в парогазовом торцевом жгуте (образующемся в торообразном кольцевом коллекторе корпуса при тангенциальном втекании в него парогазовой струи, выходящей из кольцевого сопла Вентури), посредством импульсного источника электроэнергии 33, осуществляется путем его натекания на приемные сопла 31. Далее указанная смесь пара и газа отводится через трубки 32 и регулируемый вентиль 26 дополнительному потребителю.

Дополнительно процесс энерговыделения может быть увеличен наложением на общий для гидродинамического кавитационно-вихревого теплогенератора и водорода-кислорода ротор 6 магнитного поля, например, посредством указанных в патенте РФ 2224957 технических решений. В примере реализации по фиг.2 магнитное поле, пересекающее ротор 6 с центробежным колесом и сопловым аппаратом, создается постоянным кольцевым магнитом 34, магнитный поток которого замыкается через корпусные элементы данного примера реализации устройства по предложенному способу.

В целом, за счет выделения тепловой энергии непосредственно в циркулирующем потоке жидкости и парожидкостной среде выделяемая тепловая энергия легко регулируется по мощности и может безопасно отводится внешним потребителям посредством теплообменной аппаратуры. При прекращении работы теплогенератора прекращает работу и генератор водорода-кислорода. Данный способ позволяет осуществлять соответствие расхода выделяемой водородно-кислородной смеси расходу ее потребления теплогенератором, который при этом или без остатка обеспечивает окисление выделяемого водорода кислородом или может осуществлять дополнительную и технологически безопасную генерацию водородно-кислородной смеси для внешних потребителей.

Возможны, естественно, и другие технические реализации описанного выше способа повышения энергоэффективности кавитационно-вихревых теплогенераторов.

Литература:

1. Способ повышения эффективности теплогенератора кавитационного типа. Патент РФ 2212597. Опубликован 20.09.2003. Бюл. №26 - Аналог.

2. Способ интенсификации рабочего процесса в вихревых кавитационных аппаратах. Патент РФ 2212596. Опубликован 20.09.2003. Бюл. №26 - Прототип.

3. Центробежный электролизер. Патент РФ 2015395. Опубликован 30.06.1994.

4. Устройство для преобразования энергии. Патент РФ 2174162. Опубликован 27.09.2001.

Предложен способ повышения энергоэффективности гидродинамического теплогенератора роторного типа, выделение тепла в котором сопровождается процессами вихреобразования и кавитации в рабочей жидкости при ее протекании через рабочие органы, в соответствии с которым в контур циркуляции рабочей жидкости последовательно-параллельно включают водородно-кислородный генератор роторного типа, а выделяемый им водород и кислород без их разделения непрерывно вводят совместно с рабочей жидкостью в рабочие органы гидродинамического теплогенератора, обеспечивая в его рабочем процессе при схлопывании и деформации парогазовых каверн (пузырьков) создание импульсов высокого давления и/или электрического напряжения до уровня, вызывающего окисление водорода кислородом, при этом процесс электролиза активируют подводом к водородно-кислородному генератору возбужденной и разогретой рабочей жидкости, выходящей из рабочих органов ротора теплогенератора, и регулируют энерговыделение, изменяя рабочие параметры процесса. Таким образом в заявленном способе совмещаются рабочие процессы кавитации и электролиза в общих рабочих органах, что обеспечивает упрощение управления, синхронизации и усиления рабочих процессов в гидродинамическом теплогенераторе. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения эффективности энерговыделения гидродинамического теплогенератора, например, роторного приводного типа, выделение тепла в котором сопровождается процессами вихреобразования и кавитации в рабочей жидкости при ее протекании через рабочие органы, отличающийся тем, что в контур циркуляции рабочей жидкости последовательно-параллельно включают водородно-кислородный генератор роторного типа, а выделяемый им водород и кислород без их разделения непрерывно вводят совместно с рабочей жидкостью в рабочие органы гидродинамического теплогенератора, обеспечивая в его рабочем процессе при схлопывании и деформации парогазовых каверн (пузырьков) создание в парогазожидкостной среде импульсов высокого давления и электрического напряжения до уровня, вызывающего окисление водорода кислородом в указанных кавернах, при этом процесс электролиза активируют подводом к водородно-кислородному генератору возбужденной и разогретой рабочей жидкости, выходящей из рабочих органов теплогенератора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие органы роторного водородно-кислородного генератора располагают в зоне акустического (вибро-шумового) воздействия рабочих органов кавитационно-вихревого теплогенератора или/и магнитного поля, пересекающего плоскость вращения рабочего органа кислородно-водородного теплогенератора.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделяемое тепло регулируют, изменяя интенсивность импульсного повышения давления в рабочих органах теплогенератора, расхода циркуляции разогретой жидкости через водородно-кислородный генератор, а также путем отвода избытка кислородно-водородной смеси внешним потребителям, например, в том числе для ее сжигания в тепловом двигателе, приводящем гидродинамический теплогенератор и/или водородно-кислородный генератор.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что совмещают рабочие процессы кавитации и электролиза в общих для кавитационно-вихревого и водородного генераторов рабочих органах, например, путем выполнения рабочих органов в виде общего роторного устройства, например, располагаемого на общем регулируемом по оборотам приводном валу.