ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к энергетике, в частности к получению тепловой энергии с помощью теплогенераторов, в которых использованы процессы кавитации в жидкости, позволяющие подводимую электроэнергию превращать в тепловую энергию при минимальных затратах.
Ближайшим аналогом принят теплогенератор, описанный в патенте РФ № 2045715, 1995 "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости". Теплогенератор содержит корпус, имеющий цилиндрическую часть, оснащен ускорителем движения жидкости, выполненным в виде циклона (завитка), торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В основании цилиндрической части, противоположной завитку, смонтировано тормозное устройство. За тормозным устройством в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, соединенным с выходным патрубком. Выходной патрубок соединен с завитком с помощью пропускного патрубка, причем соединение выполнено на торце завитка, противоположном цилиндрической части корпуса, и соосно с последним. Тормозное устройство выполнено по меньшей мере из двух радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке. В пропускном патрубке после зоны его соединения с завитком установлено дополнительное тормозное устройство. Отношение диаметра цилиндрической части корпуса и выходного отверстия инжекционного патрубка равно или больше 2.
Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками полезной модели является наличие в теплогенераторе корпуса, завитка, торцевая сторона которого соединена с корпусом, тормозного устройства, за которым в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, соединенным с выходным патрубком, выходной патрубок соединен с завитком с помощью пропускного патрубка, причем соединение выполнено на торце завитка, противоположного цилиндрической части корпуса, и соосно с последним,
Техническим результатом полезной модели является повышение скорости нагревания жидкости, сокращение времени ее нагревания, увеличение теплоотдачи.
Недостатками ближайшего аналога, не позволяющими получить указанный технический результат является медленное достижение кавитации.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции теплогенератора.
Поставленная техническая задача решается тем, что в теплогенераторе, включающем корпус, завиток, торцевая сторона которого соединена с корпусом, тормозное устройство, за которым в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, соединенным с выходным патрубком, выходной патрубок, соединен с завитком с помощью пропускного патрубка, причем соединение выполнено на торце завитка, противоположного цилиндрической части корпуса, и соосно с последним, согласно полезной модели теплогенератор дополнительно снабжен соленоидом, который установлен перед завитком и выполнен намотанным на цилиндрическую поверхность трубы, которая соединена с завитком, изолированного проводника, выполненных с возможностью изменять напряженность магнитного поля от 0 до 4000 эрстед, в зависимости от режима функционирования, и достигать изменения напряженности магнитного поля или разным количеством витков, на которые в зависимости от режима работы поступает напряжение, или разными соленоидами, или, в случае одного соленоида, изменением силы тока, скорости жидкости в трубе, проходящей сквозь соленоид, - 0,45-0,55 м/с при числе Рейнольдса не менее 2300, изменение напряженности магнитного поля происходит автоматически или в режиме ручного подбора, в зависимости от информации, поступающей от температурного датчика.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Использование всех существенных признаков позволит получить ожидаемый технический результат.
Принцип действия кавитации вихревого теплогенератора по ближайшему аналогу основан на разгонке жидкости, подаваемой под давлением насосом из бака на вход вихревой трубы. Поток, закрученный в завитке, двигается по спирали вдоль стенок
цилиндра с дальнейшим его торможением. Таким образом, вода нагревается как от тепла, которое выделяется в насосе, так и в цилиндре в результате процессов кавитации жидкости. Основная энергия выделяется в процессе "захлопывания" пузырьков кавитаций. Согласно закону Бернулли, в жидкости энергия постоянна вдоль линии тока. Это можно выразить равенством
2
С=r(V/2)+P,
где Р - давление, r - плотность, а V - скорость.
Из указанного равенства следует, что при увеличении скорости снижается местное давление (пропорционально квадрату скорости). Любая частица жидкости, которая движется по искривленной линии, например спирали, ускоряется и испытывает понижение местного давления. Если давление снижается до давления насыщенных паров, то возникает кавитация. Такой механизм явления кавитации в вихревой трубе. Однако, для появления гидродинамической кавитации необходимо наличие "зон роста кавитации". В жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки газа или пара, именно они становятся "зонами роста кавитации", двигаясь с потоком и попадая в область давления Р<Ркр, они теряют стойкость
и приобретают способность к неограниченному росту. После перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости, рост пузырька прекращается, и он может "захлопываться" с выделением большого количества энергии. В этом принцип работы всех вихревых кавитационных теплогенераторов.
В полезной модели перед завитком вихревого генератора установлен соленоид. В трубе, которая проходит сквозь магнитное поле, созданное соленоидом, за счет намагничивания жидкости при заданных параметрах происходит активация процесса кавитации в вихревой трубе. Время нагрева постоянно циркулирующего объема воды от 20 до 70 градусов сокращается на 15-20%. Теплоотдача увеличивается более чем на 20%.
Намагничивание воды влияет на увеличение "зон роста кавитации". В инструкции к устройству для магнитной обработки воды "Роса", которое выпускает ОАО "Харьковский завод агрегатных станков" изложены данные влияния намагничивания воды на коэффициент поверхностного натяжения. Намагниченная вода имеет пониженный коэффициент поверхностного натяжения, в ней легче происходит уменьшение объемной прочности, что увеличивает количество пластов жидкости с разными скоростями и давлением в одном потоке и его неоднородность. А это в свою очередь увеличивает число "зон роста кавитации".
Вода имеет диамагнитные свойства (коэффициент ее магнитной проницаемости (µ=0,999991), и при взаимодействии с магнитным полем из него выталкивается. В результате должна возникнуть сила, тормозящая поток. Непосредственно в потоке возникает участок сжатия, где давление жидкости выше, а скорость движения меньше, чем в потоке за пределами магнитной камеры. Благодаря объемной прочности жидкости, ее поток неразрывный, и непосредственно за участком сжатия должен образоваться участок растяжения, где давление меньшее, а скорость выше, чем в основном потоке. Возникновение под действием поля градиента давления вызывает в воде эффект появление "зон роста кавитации" ("Вода в магнитному поле", Митрофанов В.В., Герасимов В.М., август 1994 г.).
Экспериментальным путем были получены параметры для соленоида кавитации теплогенератора. Скорость воды в поле - 0,45-0,55 м/с (при этом число Рейнольдса Ре=2300) и два значения напряженности магнитного поля (800-1000 и 3800-4000 эрстед), в режиме 1, 2, при которых эффект действия на воду максимальный. Напряженность магнитного поля рассчитывается в зависимости от состояния жесткости воды и имеет прямо пропорциональную зависимость. Эффект влияния магнитного поля на воду также изменяется от температуры воды, но не выражен линейно.
Полезная модель проиллюстрирована графическим материалом, где на фигуре схематично показан магнитный теплогенератор. Теплогенератор содержит тормозящее устройство 1, корпус 2, завиток 3, соленоид 4, устройство управления соленоидом 5, источник электропитания 6, датчик 7, фиксирующий температурные показатели в вихревой трубе.
Сам соленоид 4 создает заданное магнитное поле внутри корпуса трубы, в которой течет вода сквозь завиток 3, приобретает угловую скорость, попадает в корпус 2 теплогенератора, где за счет кавитации происходит ее нагревание. В случае снижения температуры, которую зафиксирует датчик 7, установленный на корпусе 2 теплогенератора, через устройство управления соленоидом 5, которое имеет свой источник электропитания 6, в ручном или автоматическом режиме будет корректироваться напряженность магнитного поля соленоида 4, достаточного для восстановления температуры, т.е. рабочего режима кавитации. В случае ручного подбора оптимальной напряженности магнитное поле предусмотрено три режима: 0 - соленоид отключен, 1 - соленоид настроен на 800-1000 эрстед, 2 - соленоид настроен на 3800-4000 эрстед. В случае автоматического подбора устройство управления соленоидом 5 само изменяет напряженность магнитного поля до появлению максимальных показателей температуры датчика 7. Соленоид не может быть расположен произвольно. В случае расположения рядом с выходом из насоса не выдерживается число Рейнольдса, расположение перед насосом не имеет смысла, так как при прохождении через насос вода теряет намагничивающие свойства (ОАО "Харьковский завод агрегатных станков", Устройство магнитной обработки воды "Роса", сборник материалов, стр. 6). Если расположить насос внутри вихревой трубы, не выдерживаются параметры скорости. Оптимальное расположение соленоида - считать его вместе с завитком единым агрегатом. Расчеты входного диффузора выполняют с учетом изложенного выше.