| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Винаходи / Альтернативна енергетика / |
|
ДЖЕРЕЛА ТЕПЛА НА БАЗІ НАСОСНИХ АГРЕГАТІВ
Залиште коментар
Механічний вплив на рідину призводить до її нагрівання, встановили Д. Джоуль і Р. Майєр. І півтора століття потому створювалися винаходу на цю тему [1]. Виявлено, що в тепло може бути перетворена і внутрішня енергія рідини (в режимі кавітації), при цьому температура води може не відповідати витраченої механічної енергії, http://www.jurle.com/. Для збудження кавитационного режиму використовується вихровий ефект. Першість у створенні вихрового нагрівача рідини (ВНЖ) належить професору Куйбишевського авіаційного інституту А.П.Меркулову (1960-ті роки). Енергоресурси в ті роки особливо не вважали, тому відкриття ще довго не отримувало розвитку.
В даний час в Росії ВНЖ виробляються рядом фірм (Москва, Санкт-Петербург, Тула і ін.). Використання ВНЖ вигідно при будівництві електрифікованих об'єктів, прокладання газових комунікацій і труб ТЕЦ до яких неможлива або не економічно. ККД апаратів може бути досить високим, оскільки "втрати" в насосі повністю йдуть на нагрів опалювальної системи. За допомогою ВНЖ можна нагрівати будь-які рідини, в той час як ТЕНи пожежонебезпечні і схильні до дії накипу.
Відомо два типи ВНЖ. Статичні апарати не содержащат рухомих деталей і відрізняються низькою собівартістю, високою надійністю в роботі; містять завихритель, камеру з вихідним патрубком і гальмівним пристроєм; ефективність статичних ВНЖ мала, вони не економічні. До динамічному типу відносяться ВНЖ, в яких є ротори, пов'язані кінематично з джерелом крутного моменту. Динамічні ВНЖ забезпечують значно більшу ефективність, ніж статичні, але мають свої недоліки. Детальніше обидва типи описані нижче.
Авторська різновид ВНЖ (гідроімпульсними, турбінного типу) являє собою новий тип нагрівача (змішаний), що поєднує переваги статичних і динамічних ВНЖ. Робочий процес ВНЖ описаний на основі теорії структурування рідини, розробленої київським професором І.М.Федоткіним.
Відповідно до цієї теорії, значення відносної статичної діелектричної проникності 
, Теплоємності С, інших показників структурованої води можуть істотно відрізнятися від довідкових значень (прийнятих для звичайної води). Причиною цих відмінностей служать кавитационні явища. Розвинена кавітація в робочому тілі (в кожному кубічному мілілітрі рідини міститься до 10 5 кавітаційних каверн із середнім діаметром близько 10 мкм). Питома теплоємність структурованої води З в може наближатися до параметрів твердої фази. Оскільки питома теплоємність води в 2 рази перевищує питому теплоємність льоду, зміна теплоємності води при переході з рідкого стану L 1 в структуроване, подібне льоду стан L 2, супроводжується надмірним виділенням тепла Q хат:
Кількість тепла Q, що виділяється при роботі ВНЖ, являє собою суму двох складових:
де Q хат викликана екзотермічним перетворенням води (теплота переходу 
), А 
отримана шляхом перетворення електроенергії U в еквівалентну їй теплоту.
Q хат залежить від інтенсивності кавітації, ступеня відмінності молярних теплоємність води у вільному і структурованому станах, а й початкової температури води:
де: C в1 і C в2 - питомі теплоємності при постійному тиску вільної води L 1 і кавітуючій води L 2, відповідно.
C в2 можна представити у вигляді C в2 = k 2 C л, де:
-
- Константа, що характеризує ступінь відмінності теплоємності C в2 структурованої води (фаза L 2) від теплоємності льоду C л; - k 1 - коефіцієнт структурування води, викликаного кавітацією (масова парціальна частка частково впорядкованої фази В 2 в активованої воді),
; - m - маса структурованої води;
- T 1 і T пл - температура води, що надходить в ВНЖ, і крапка плавлення льоду, відповідно;
- m = 18,015 - молярна маса води.
У разі повного структурування 
, Де k - постійна, 
.
Т.ч., в ВНЖ відбувається суттєве додаткове тепловиділення Qизб.
У замкнутої схеми роботи (ВНЖ 1, насос 2 і теплообмінник 3 з'єднані послідовно, рис.1) виділення теплоти Q хат відбувається без зміни енергосодержанія контуру.
рис.1
Теплопродуктивність контуру за час 
визначають по перепаду температури на теплообміннику 
і витраті G води:
,
де k - коефіцієнт пропорційності.
Ефективність роботи ВНЖ:
,
де U - електроенергія, споживана насосом за час , а 
завжди 
, оскільки 
.
Ефективність ВНЖ визначається за допомогою калориметра 4 (на рис. 1 зображено пунктиром). За зміною температури Т зразковою рідини в резервуарі за час , Можна визначити кількість тепла 
, Відданого теплообмінником зразковою рідини за цей час, і достовірно оцінити ефективність ВНЖ за формулою (5). Спочатку виділяється, а потім поглинається теплота не може змінити продуктивність генератора таким чином, щоб його ефективність перевищила одиницю.
Але зовсім інша справа при розімкнутої схемою роботи ВНЖ (від «магістралі-донора» - трубопроводу проточної води), рис.2. Якщо повертати в магістраль - донор релаксуючу воду, а в ВНЖ постійно подавати «свіжу» (з невикористаної для тепловиділення внутрішньою енергією), ефективність нагрівальної системи помітно перевищить одиницю! Закон збереження енергії не порушується, процес проходить по зворотному термодинамическому циклу [44], [45]. Такий режим забезпечується не тільки самим ВНЖ, але і методом відбору тепла від зовнішнього низькотемпературного джерела - системи водопостачання, з витратою механічної роботи.
рис.2
З урахуванням викладених тенденцій автором розроблено принципово новий різновид ВНЖ з роторним активатором-турбіною, що приводиться поточним робочим тілом (патентна заявка RU2005136836), рис.3.
рис.3
Вихрові камери в апараті нового типу розташовані на периферії першого ротора, що є активною гідротурбіною. Другий ротор виконаний у вигляді реактивної гідротурбіни. Ротори обертаються в протилежному напрямку, при цьому циклічно генеруються гідроудари (шляхом перекриття другим ротором зрізів частини вихрових камер). Гідроударні хвилі перепускає в тилові зони відкритих камер. Передбачено й кошти саморегулювання енергообміну роторів з робочим тілом. Все це забезпечує велику амплітуду і широкий частотний спектр коливань, а й високу ефективність кавітації при малому гідравлічному опорі. Конструкція апарату по рис.3 забезпечує відхід від загального недоліку аналогів - наявності валів з жорстко посадженими на них роторами (см .Нижче). Оптимальними за співвідношенням «собівартість - ефективність» засобами підвищена ефективність і розширено його функціональні можливості апарату (спрямовані, зокрема, на підвищення ККД парових котлів).
Щоб принципові відмінності нового ВНЖ стали зрозумілі читачеві, розглянемо особливості відомих типів КА.
У статичних КА відсутні рухомі конструктивні елементи [2] - [19], [21] - [26] і необхідна наявність гальмівного пристрою, що має велике гідравлічний опір (наприклад, [11] і 18]). Відомі й гідродинамічні генератори хвиль у рідині [27]. Відомі каскадні з'єднання таких генераторів - послідовні і паралельні [28]. Ці апарати не нагрівають робоче тіло і не можуть бути засобом підвищення ККД парових котлів.
Динамічні КА мають роторні (перфоровані [20], [25], [31], [33] - [40], або лопаткові [32]) активатори, жорстко скріплені з приводними валами, а й освічені порожниною корпусу нерухомі робочі камери з вхідним і вихідним патрубками. Великий момент інерції роторів, кінематично пов'язаних з валом приводного електродвигуна - загальний недолік всіх відомих ВНЖ динамічного типу. Цей недолік властивий і ВНЖ «ТС» (м Тула), рис.4. Апаратам «ТС» необхідний енергоємний привід валу ротора, дорога динамічне балансування масивного ротора, застосування виносних підшипникових опор з радіальними ущільненнями. «ТС» вимагають застосування апаратури плавного пуску і непридатні для підвищення ККД парових котлів при спільній роботі зі штатними поживними насосами котлів без додаткового електроприводу.
рис.4
Автор має документальними свідченнями ростовських підприємців про низькі споживчі якості і надійності «ТС», що обумовлено згаданими вище органічними властивостями конструкції.
Серед аналогів такого роду відомі засоби створення автоколивань в робочій камері [20], [41], схожого з тим, що заявляється пристроєм призначення. Наприклад, в «роторним гідроударному насосі - теплогенераторі» [42] поєднана зона кавітації з робочим колесом насоса, що знижує ККД останнього [29] і ефективність всієї нагрівальної системи. Це властиво й іншим подібним КА [32], [35], [38], [39].
Нагрівання робочого тіла при автономній роботі розглянутих вище КА починається з початкової (мережевою) температури, що не перевищує зазвичай двадцяти градусів Цельсія. Це тягне великі витрати енергії і збільшує термін окупності КА.
ЗАСТОСУВАННЯ ВИНАХОДИ СПІЛЬНО З КОТЛАМИ
У сучасних котлах робоче тіло живильним насосом прокачується через економайзер в зону пароутворення. При цьому не використовується вперше знайдена автором можливість підвищити температуру робочого тіла прямим впливом штатного живильного насоса. Згідно винаходу, у паровому котлі робоче тіло і прокачують живильним насосом через економайзер, де тепло продуктів згоряння палива нагріває робоче тіло до температури не нижче 336 ок. З економайзера робоче тіло направляють в зону кавітаційного і хвильового впливу, яку створює генератор. Час стиснення кавітаційного пухирця дуже мало, процес його колапсу відбувається адіабатично. Усередині бульбашок тиск може підвищуватися до величини 10 8 Па, а температура збільшуватися до 10 4 ° С [43]. Відбувається вивільнення внутрішньої енергії робочого тіла, в результаті чого останній стрибкоподібно закипає [10]. Схлопування кавітаційних каверн призводить до генерування ультразвукових коливань. Це викликає вторинну кавітацію (лавиноподібний процес з позитивним зворотним зв'язком). При цьому витрати енергії живильного насоса на генерацію кавітації і хвиль непорівнянно менше, ніж вивільнена внутрішня енергія робочого тіла (в формі теплоти). Підігрів живильної води котла газами в економайзері до температури не нижче 336 ° К, подальший напрям її в генератор, а з нього - в зону підведення зовнішньої теплоти, забезпечує сверхсуммарним ефект - підвищення ККД котла при незрівнянно малих витратах енергії живильного насоса на проштовхування води через генератор.
 |
Необхідно звернути увагу і та на доцільність використання винаходу для інтенсифікації та скорочення токсичності згоряння важких фракцій нафти (шляхом кавітаційно - хвильової обробки паромазутні суміші перед подачею в пальники або камери згоряння). Схема роботи апарату в такій якості наведена на рис.5, де позиціями позначені: 20 - гідродинамічний генератор, 21- насос, 22- форсунка, 23 - камера згоряння з сорочкою охолодження 24, 25 - теплообмінник, 26 - видатковий бак, 27 - ежектор , 28 - двоканальний регулятор витрати, 29 - газовий пальник. |
Рис.5 Використання винаходу для інтенсифікації та скорочення токсичності згоряння
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Авторське свідоцтво СРСР N 1627790 на винахід, 1991 р
2. Патент RU по заявці № 200110 5711/06, 2001 г.
3. Теплогенератор кавітаційного типу. Патент RU 2201561
4. Гідродинамічний кавітаційний теплогенератор. Заявка RU 99110779/06, 2001 г.
5. Теплогенератор гідравлічний. Заявка RU 2000129736/06.
6. Теплогенератор і пристрій для нагріву рідини. Патент RU 2132517 .
7. Термогенерірующая установка. Патент RU 2190162 .
8. Гідродинамічний нагрівач. Заявка RU 2004 105 629, 2004р.
9. Пристрій для нагріву рідини. Патент RU 2171435 .
10. Е.Ф. Фурмаков. Виділення тепла при зміні фазового рівноваги в струмені води. В зб. «Фундаментальні проблеми природознавства», том I, РАН, СПБ, 1999 г.
11. Теплогенератор і пристрій для нагріву рідини. Заявка RU 96124293106.
12. Термогенератор. Патент RU 2177591 .
13. Патент США № 4333796, 1982 р
14. Вихрова система опалення. Патент RU 2089795 .
15. Установка для нагріву рідини і теплогенератор. Патент RU 2135903 .
16. Теплогенератор. Заявка RU 98105105/06, 1999 г.
17. Спосіб нагріву рідини. Патент RU 2262046 .
18. Пристрій для нагріву рідини. Патент RU 2162571 .
19. Теплогенератор струминного дії «Тор». Патент RU 2096694 .
20. Кавітаційно - роторний теплогенератор. Патент RU 2258875 .
21. Кавітаційний теплової генератор. Патент RU 2131094.
22. Спосіб тепловиділення в рідині і пристрій для його здійснення. Патент RU 2177121 .
23. Гідродинамічний кавітаційний апарат. Заявка RU 98114517/06, 2000 г.
24. кавітатор гідродинамічного типу. Патент RU 2207450
25. кавітатор для тепловиділення в рідині. Заявка RU 97118384/06, 1999р.
26. Спосіб отримання тепла. Патент RU 2165054 .
27. Ганієв Р.Ф. і ін., Хвильова технологія в машинобудуванні. - «Проблеми машинобудування і надійності машин», 1996, №1, с.80-86.
28. Жебишев Д.А. Збудження коливань в рідких середовищах гідродинамічними генераторами. «Довідник. Інженерний журнал », 2004р., №12, стор. 19-24.
29. Байков О.В. Вихрові гідравлічні машини. М .: Машинобудування, 1981, с.100-111.
30. Кавітаційно-вихровий теплогенератор. Патент RU 2 235 950 .
31. Автономна система опалення для будинку. Патент RU 2162990 .
32. Кавітаційний енергопреобразователь. Патент RU 2224957 .
33. Теплогенератор кавітаційно-вихрового типу. Заявка RU 99110397/06, 2001 г.
34. Теплогенератор приводний кавітаційний. Патент RU 2201562
35. Резонансний насос - теплогенератор. Патент RU 2142604 .
36. Спосіб нагрівання рідини і пристрій для його здійснення. Заявка RU 96104366/06, 1998 г.
37. Кавітаційно-вихровий теплогенератор. Заявка RU 2002119773/06, 2003р.
38. Роторний насос - теплогенератор. Патент RU 2159901 .
39. Насос - теплогенератор. Патент RU 2160417 .
40. Спосіб отримання енергії. Патент RU 2054604 .
41. Спосіб тепловиділення в рідині. Патент за заявкою RU 95110302/06.
42. Роторний гідроударних насос - теплогенератор. Патент RU 2202743 .
43. Фізика / Великий енциклопедичний словник / - М .: Велика Російська енциклопедія 1999 року, с.236-237.
44. М.Вукаловіч і ін. Технічна термодінаміка.- М .: Енергія, 1961.
45. Д. Рей, Д. Макмайка. Теплові насоси. - М .: Вища школа, 1982.
Версія для друку
Автор: Сергій Геллер,
Ростов - на - Дону
Тел. + 7 (863) 270 13 49
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 10.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.