УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА ПОМЕЩЕНИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическому оборудованию, предназначенному для обогрева жилых и производственных помещений с высокой экономией электрической или химической энергии.
Известно устройство для нагрева жидкости Патент (РФ №2045715 от 26.04.1993 г. С 6 F25B 29/00) содержащее теплогенератор, рабочий сетевой насос с электроприводом, соединенный с корпусом теплогенератора, подающий прямой и обратный трубопроводы с запорными вентелями, обеспечивающие взаимосвязь теплогенератора с теплообменниками, теплогенератор, имеющий ускоритель движения жидкости, связан с насосом посредством инжекционного патрубка, соединенного с боковой стороной ускорителя движения. Недостатком данного устройства является то, что заявленные его характеристики при проверке независимыми исследователями, как правило, не подтверждаются. Это свидетельствует либо о крайней неустойчивости процесса, либо о том, что эта установка просто работает на эффекте Джоуля - Томсона, то есть преобразует механическую энергию насоса в тепловую вследствие диссипации энергии в жидкости.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является устройство описанное в публикации: «Экспериментальное исследование работы вихревых нагревателей с выносным контуром» и опубликованное в сборнике «Холодная трансмутация ядер химических элементов и шаровая молния» Москва 2003, с.27-32 (прототип). Устройство содержит источник питания, ваттметр, амперметр, вольтметр для измерения затрат электроэнергии, пускатель, погружной насос для перекачки рабочей жидкости, тонкостенный металлический сосуд с термоизоляцией, в котором находится погружной насос, а также запорную арматуру, кавитирующее устройство, в котором имеется шайба с канавками, расположенными под
углом к основному потоку, имеется сопло с сужающейся частью и расширяющейся частью, на стенках расширяющейся части установлены тормозные пластины, расположенные параллельно к основному потоку жидкости, манометр для измерения давления, датчики температуры, трубопроводы, подводящие провода, имеется теплообменник, расходомер, два запорных крана для регулировки расхода «холодной» части потока и «горячей» части потока с целью настройки на резонанс. Установка лабораторная и не предназначена для промышленного использования. Кроме того, коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую, достигнутый на этой установке, не высок и не превышал 1,3.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу экономичного обогрева бытовых и технический помещений с высоким коэффициентом преобразования k>10 электрической энергии в тепловую при использовании электродвигателя для привода насоса или химической энергии при использовании двигателя внутреннего сгорания для привода насоса. Дополнительная тепловая энергия получается за счет энергии внутренних связей при разрушении кластеров, состоящих из молекул воды, в кавитационном устройстве. Кроме того, в отличие от конкурирующих устройств, выпускаемых в промышленности, «тепловых насосов», также использующих энергию окружающей среды для обогрева помещений, предлагаемое устройство более «экологично», так как в нем в качестве рабочего тела выступает вода. В «тепловых насосах» рабочим телом является фреон, который достаточно трудно утилизировать, а сам он разрушает окружающую среду.
Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для обогрева помещений, содержащит: кавитационный блок, состоящий из металлического корпуса, внутри которого расположена шайба с канавками вдоль боковой поверхности, направленными под углом к основному потоку, сопло с сужающейся частью и расширяющейся частью в расширяющейся части имеются ребра в виде пластин, расположенных вдоль поверхности
расширяющейся части сопла по направлению основного потока, имеются два вывода для «холодной» части потока и «горячей» части потока; бак -накопитель тепловой энергии, внутри которого имеется теплообменник, для подачи горячей воды к потребителю к баку - накопителю подсоединен перекачивающий насос, имеется устройство для ввода в бак охлажденной воды, поступающей от потребителя; устройство для смешения отработанной «горячей» части потока и «холодной» части потока; насос с электрическим или механическим приводом, ваттметр, регулятор расхода жидкости из бака накопителя, устройство для измерения температуры в обогреваемых помещениях, предназначенное регулирования расхода жидкости из бака -накопителя тепловой энергии, реле для отключения привода насоса, устройство для измерения температуры в баке накопителе, предназначенное для отключения реле, трубопроводы, запорную арматуру, дополнительно в нижней части корпуса кавитационного блока соосно его оси симметрии расположена полая трубка, с возможностью перемещения ее вдоль оси корпуса, подсоединенная к микрометрическому винту, на корпусе кавитационного блока имеется высокочувствительный акустический датчик, подсоединенный к осциллографу приставке, который в свою очередь присоединен к компьютеру, для реализации обратной связи при настройке на резонанс, в шайбе, расположенной внутри корпуса кавитационного блока соосно его оси симметрии имеется сквозное отверстие, предназначенное для снижения гидравлического сопротивления; перед смесительным устройством имеются два регулирующих крана расхода жидкости «холодной» части потока и отработанной «горячей» части потока для реализации дополнительной возможности настройки на резонанс, в смесительном устройстве имеется устройство для дегазации жидкости.
По сравнению с другими устройствами получения тепла при кавитационной обработке воды предлагаемая установка для обогрева помещений обладает наиболее высоким коэффициентом преобразования электрической энергии в тепловую, при использовании в качестве привода
насоса электродвигателя или химической энергии при использовании в качестве привода насоса двигателя внутреннего сгорания.
Факторами, определяющими высокую экономическую эффективность работы данной установки, являются:
тонкая настройка на резонанс с использованием обратной связи на основе регистрации акустических сигналов акустическим датчиком высокой чувствительности, с последующей обработкой этих сигналов с использованием осциллографа, компьютера и анализатора спектра акустических колебаний;
кавитационный блок с регулируемыми геометрическими размерами для настройки на резонанс по показаниям анализатора спектра акустических колебаний;
создание микропузырьковой среды с газовыми и паровыми пузырьками при ускорении потока в кавитирующем устройстве и соответственно придание гетерогенной смеси свойства сжимаемости;
разделение гетерогенного потока на «холодную» и «горячую» части путем закрутки гетерогенной смеси воды и пузырьков газа и пара;
наличие дополнительно двух кранов, регулирующих расход «холодной» части потока и «горячей» части потока с целью дополнительной настройки на резонанс.
Результаты по получению дополнительного тепла при преобразовании электрической или химической энергии в установке стабильны в отличие от аналогов.
В отличие от конкурирующих устройств получения дополнительного тепла из окружающей среды с использованием «тепловых насосов», работающих на фреоне, данное устройство высокоэкологично, так как в качестве рабочего тела используется вода.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой, представленной на фиг 1.. Устройство для обогрева помещений содержит: насос для перекачки воды 1, электродвигатель или двигатель внутреннего
сгорания 2, ваттметр 3, запорные краны 4 для удобства технического обслуживания во время регламентных работ, манометр 5 для регистрации давления, кавитирующее устройство 6, состоящее из: шайбы 7, на боковой поверхности которой прорезаны канавки 8 под углом к основному потоку, в шайбе имеется сквозное отверстие 9 для снижения гидродинамического сопротивления, сопла с сужающейся 10 и расширяющейся 11 частями; тормозные лопатки 12, установленные на боковой поверхности расширяющейся части сопла параллельно основному потоку; форкамеры 13; полой трубки 14, для отбора «горячей» части потока и настройки на резонанс; выходного устройства 15 для вывода «холодной» части потока; кран 16 для регулировки расхода «холодной» части потока с целью настройки на резонанс; микрометрический винт 17, предназначенный для крепления полой трубки 14 и ее передвижения в вертикальном направлении при настройке на резонанс; гибкий шланг 18; накопительный бак 19; теплообменник 20; перекачивающий насос 21 для подачи горячей воды потребителю расходомер 22, кран 23, регулирующий расход «горячей» части потока в кавитаторе с целью настройки на резонанс; смесительное устройство 24, устройство для дегазации потока 25; расходомер 26, устройство 27 для ввода охлажденной воды от потребителя обратно в бак 19; устройство для контроля температуры в помещениях 28; электрический клапан 29 для регулировки расхода горячей воды потребителю; реле 30 для отключения электродвигателя или остановки работы двигателя внутреннего сгорания; источник электропитания 31; акустический датчик 32; осциллограф, компьютер 33; устройство для контроля температуры в баке и отключения реле 34.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Жидкость под напором поступает из насоса 1 в кавитирующее устройство 6, насос приводится в движение электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания 2; поток тормозится в форкамере 13, далее ускоряется и
закручивается, для закрутки используются канавки 8, расположенные под углом к основному потоку на боковой поверхности шайбы 7, для ускорения потока в основном направлении используется сквозное отверстие 9, для увеличения скорости вращения потока используется сужающаяся часть сопла 10, жидкость при ускорении потока при истечении из отверстия 9 уже при температуре 70-75°С вскипает за счет локального снижения давления ниже атмосферного, за счет закрутки потока пузырьки собираются к центру и происходит разделение потока на две части «горячую», обогащенную паровыми микропузырьками водопаровую смесь, расположенную ближе к центру сопла, и «холодную» жидкость - не содержащую паровых пузырьков, расположенную ближе к стенкам сопла, далее «горячая» высокоэнтальпийная часть жидкости с паровыми пузырьками поступает в полую трубку 14, «холодная» часть потока резко тормозится в расширяющейся части сопла 11, ее вращение гасится пластинами 12, далее «холодная» жидкость через выпускное устройство 15 поступает в смеситель 24, «горячая» часть потока по трубопроводу 18 поступает в теплообменник, расположенный в баке 19, где происходит обмен тепловой энергией с жидкостью, поступающей к потребителю, далее «горячая» часть потока поступает в смеситель 24, где происходит смешение двух потоков и дегазация с помощью устройства 25, далее поток жидкости поступает обратно в насос 1, для настройки на резонанс трубка 14 может перемешаться в вертикальном направлении, для этого есть микрометрический винт 17, трубка уплотнена сальником, для настройки на резонанс дополнительно используются краны 16 и 23, регулирующие расходы «холодной» и «горячей» части потока, настройка на резонанс осуществляется с помощью высокочувствительного акустического датчика 32, сигнал от которого поступает на осциллограф, далее на компьютер, анализатор спектра 33, расшифровка сигнала производится анализатором спектра, горячая вода подается потребителю с помощью перекачивающего насоса 21, ее расход регулируется электрическим клапаном 29, регулировка осуществляется
посредством электрического сигнала, поступающего с устройства контроля температуры в помещениях 28, при превышении температуры воды, поступающей к потребителю в баке 19 сигнал от датчика 34 поступает на реле 30, прерывающее работу электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. От потребителя охлажденная вода поступает в бак 19 через устройство 27. Наличие системы управления посредством устройств 28 и 34 позволяет подстраиваться под изменение погоды и таким образом снизить непроизводительные энергозатраты.
2
4
4
Вода имеет сложную структуру. От 0° до 100°С исследователи выделяют 7-8 ее состояний. В большей степени это обусловлено сильной полярностью молекулы НО. При воздействии акустических колебаний разной частоты структура воды может меняться. При исследовании процессов образования кластеров при истечении газопаровой смеси из сопла Лаваля было обнаружено, что процесс образования кластеров эндотермический, то есть идет с поглощением тепла. Следовательно, процесс разрушения кластеров должен идти с выделением тепла. Предварительные оценки показывают, что эта энергия в кластере ~1 эВ на молекулу. Для сравнения один килограмм угля при сгорании дает энергии 3,3 10 Кдж/кг. При разрушении кластеров, то есть при обработке воды кавитацией, выделяется 5,5 10 Кдж/кг. Однако уголь является не возобновляемым источником энергии. А кластеры через некоторое время релаксируют за счет притока энергии из внешней среды не обязательно из инфракрасного диапазона. Разрушение кластеров осуществляется за счет ультразвуковых волн, которые усиливаются путем настройки на резонанс колебательного контура в кавитационном блоке. На фиг.2 показан спектр колебаний а) до настройки на резонанс, б) после настройки на резонанс. По оси абсцисс отложена частота колебаний, по оси ординат энергия колебаний. На фиг.2 видно, что колебательная составляющая энергии потока многократно увеличивается, особенно в ультразвуковом диапазоне спектра. Ультразвуковые колебания эффективно дробят паровые пузырьки, доводя их
до размера в несколько микрон. Эффект выделения дополнительного тепла после настройки на резонанс значителен. На фиг.3 представлены данные по выделению дополнительного тепла до настройки на резонанс. По оси ординат отложена температура жидкости в кавитирующем устройстве, по оси ординат отношения тепловой энергии, выделяемой в установке к мощности, умноженной на косинус фи. На фиг.4 представлены данные по выделению дополнительного тепла после настройки на резонанс. По оси ординат отложена температура жидкости в кавитирующем устройстве, по оси ординат отношения тепловой энергии выделяемой в установке к мощности умноженной на косинус фи. Видно, что эффект увеличивается в несколько раз во всех температурных диапазонах, достигая максимума в диапазоне 70-80°С, как правило, используемом для обогрева помещений бытового и производственного характера.
По сравнению с другими устройствами получения тепла при кавитационной обработке воды устройство для обогрева помещений обладает наиболее высоким коэффициентом преобразования электрической энергии в тепловую, при использовании в качестве привода насоса электродвигателя или химической энергии при использовании в качестве привода насоса двигателя внутреннего сгорания. И в этом смысле не имеет аналогов. Конкурирующие устройства «тепловые насосы» имеют близкие характеристики по выделению дополнительного тепла. Однако рабочим телом у них является фреон, который может наносить существенный вред окружающей среде при этом его утилизация дорогостояща. Предлагаемое устройство может найти широкое применение в народном хозяйстве и быту, как источник дешевой тепловой энергии.