УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ВОДЫ

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для нагрева жидкости. Особенно эффективна в замкнутых циркуляционных контурах систем отопления.
В последнее время внимание специалистов различного профиля все больше и больше обращено к воде. Вода рассматривается как возможный «природный» генератор энергии различного вида. Под воздействием внешних факторов различной природы (например, магнитного поля) вода может проявлять уникальные кооперативные свойства (Вода - космическое явление / Кооперативные свойства. Биологическая активность/, под редакцией Ю.А.Рахманина, В.К.Кондратова, РАЕН, РАМН, Москва, 2002, (1).
Известна установка для нагрева жидкости путем создания вихревого режима течения жидкости и последующего преобразования энергии вихревого движения жидкости в тепловую за счет резкого торможения потока жидкости (см. патент РФ N 2045715, (2) или патент РФ N 2125215, (3).
Известна установка для нагрева жидкости путем создания кавитационного режима течения жидкости и последующего преобразования энергии кавитационного режима течения жидкости в тепловую (Патент РФ N 2132025, (4).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является установка для нагрева жидкости, преимущественно в замкнутых циркуляционных контурах отопления, путем создания вихревого или/и кавитационного режима течения жидкости и последующего преобразования полученной энергии в тепловую (Патент РФ N 2131094, (5).
Недостатком ближайшего аналога является относительно невысокая эффективность, отсутствие воспроизводимости результатов для различных модификаций вихревой трубы.
Задачей настоящего технического решения является устранение недостатков ближайшего аналога и создание установки с высокой термодинамической эффективностью.
Технический результат достигается тем, что установка для получения тепловой энергии из воды, включающая насос с электродвигателем, теплообменное устройство и трубопроводы, объединенные в один контур, и получение тепловой энергии, избыточной по сравнению с затраченной электрической энергией на привод электродвигателя, осуществляется в режиме стационарного движения воды по контуру, при обеспечении выполнения условий, выделения «рассеянной» в объеме воды энергии в виде тепла - предварительного
нагрева воды, а также отвода тепла от теплообменного устройства, при выполнении соотношения
выx
s
вых
t/t≥0,4, где t - температура воды на выходе из насоса, °С;
s
t - температура насыщения, °С.
Установка может содержать запорно-регулирующие элементы.
В качестве средства обеспечивающего движение воды по контуру, используются нагнетательные устройства с различной частотой вращения ротора при использовании центробежных насосов или скорости движения плунжера при использовании плунжерных насосов.
Предварительный нагрев осуществляют насосом, при его работе в не расчетном, не экономичном режиме.
Перед запуском установки производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов.
Электрическое питание установки осуществляется в том числе в автономном режиме при потреблении электрической энергии от мобильных источников.
Получение тепловой энергии из воды возможно. В частности, в диапазоне температур 325-375 К и давлений 2-2,5 МПа возможно сосуществование льда VI, воды и льда VII, возможно структурное превращение льда VI в лед VII при изменении «знака наклона теплоты» превращения, что показано в (С.Н.Ткачев, P.M.Насимов, В.А.Калинин - Новые экспериментальные данные о фазовых границах льда VI, льда VII и воды, ДАН 1995, т.342, №1, с.108-110, 6). Таким образом, поставленная задача об использовании воды для эффективного получения тепловой энергии, не противоречит теоретическим представлениям, подтвержденными в экспериментах, о воде как о структурированной жидкости, обладающей большим количеством «рассеянной» энергии, которую можно генерировать из массы воды. Для активизации «внутреннего источника» и перевода источника в устойчивое во времени состояние генерирования тепловой энергии необходимо совместное действие двух факторов - температурного (как бы «внутреннего» фактора) и фактора «внешнего» воздействия, которым может быть фактор «механической природы», в частности, так называемые «сдвиговые» напряжения в жидкости. Сдвиговые напряжения может создавать, например, рабочее колесо центробежного водяного насоса (ЦВН).
На рис.1 представлена схема установки для получения тепловой энергии из воды
Установка состоит из следующих элементов:
1. Источник электрической энергии;
2. Счетчик электрической энергии;
3. Электродвигатель;
4. Насос (центробежный водяной);
5. Трубопровод;
6. Теплообменное устройство (водовоздушный радиатор);
7. Вентилятор;
8. 3апорно-регулирующие элементы.
Использование воды для получения тепловой энергии было реализовано в установке, состоящей из источника питания 1, счетчика электрической энергии2, электродвигателя 3, центробежного водяного насоса (ЦВН) 4, трубопровода 5, водо-воздушного радиатора 6, вентилятора 7 и запорно-регулирующих элементов 8. Электрическое питание установки осуществляется от сети; при работе в автономном режиме потребление электрической энергии осуществляется от мобильных источников. Электроэнергия от источника 1 подается на электродвигатель 2, который соединен с ЦВН 4. За счет трения ЦВН 4 начинает нагревать воду и по трубопроводу 5 подает ее в теплообменное устройство 6. Перед пуском установки производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов для улучшения процесса активизации «внутреннего источника» воды. Вентилятор 7 служит, в частности, для интенсификации теплоотдачи от теплообменного устройства 6. Для поддержания заданных параметров в установке используются так же запорно-регулирующие элементы 8. В качестве средства, обеспечивающего движение воды по контуру, могут использоваться нагнетательные устройства (насосы 4) с различной частотой вращения ротора - центробежные насосы, либо водяные насосы «плунжерного» типа с различной скоростью движения плунжера.
При выполнении строго детерминированных соотношений автоматически осуществлялись процесс активизации «внутреннего источника», процесс возрастания его мощности, процесс стабилизации внутреннего тепловыделения при отводе тепла и выполнении теплового баланса системы в целом. Для активизации «внутреннего источника» необходимо предварительно тем или иным способом нагреть движущуюся воду. Для этого создаются условия, при которых ЦВН 4 работает в не расчетном режиме, т.е. вне паспортного «рабочего участка» на зависимости «напор-расход», т.е. с очень низким к.п.д. Это дает возможность нагреть воду за счет трения (в рамках «классического» соотношения Джоуля: 4,2 Дж механической энергии=1 кал тепловой энергии) до температуры, выше
вых
s
вых
s
вых
s
критической, т.е. до температуры, соответствующей началу структурного превращения воды. Интенсивность теплоотвода от теплообменного устройства 6 должна быть подобрана так, чтобы отношение (t/t), где t - температура воды на выходе из ЦВН 4, t - температура насыщения при рабочем напоре, превысило значение равное 0,4. После превышения отношением (t/t) критического значения начинает функционировать «внутренний источник» тепловой энергии воды и температура t вых начинает повышаться, что, в свою очередь, приводит к повышению интенсивности внутреннего источника и т.д.
+
+
-
+
-
+
-
вых
s
вых
s
вых
s
вых
выx
s
Работа установки стабилизируется при достижении теплового баланса в стационарном режиме, т.е. когда тепловыделение за счет трения и за счет «внутреннего источника» становятся равны теплоотводу посредством водовоздушного радиатора 6 в окружающую среду (Q). При (t/t)>0,4 тепловая энергия Q, передаваемая от водовоздушного радиатора 6, начинает превалировать над электрической энергией N, затраченной на привод ЦВН 4 (затраты электрической энергии фиксирует счетчик 2); при (t/t)=0,8-0,85 отношение (Q/N) достигает 1,8-2,0; при (t/t)<0,4 внутренний источник не активизируется и не генерирует тепловую энергию, а отношение (Q/N) становится равным единице. Стационарное генерирование тепловой энергии из массы воды можно прекратить путем увеличения интенсивности теплоотвода от водовоздушного радиатора 6 (например, при интенсивном обдуве вентилятором 7) - при этом значение (t) можно понизить при постоянном рабочем напоре воды до такой степени, чтобы отношение (t/t) стало меньше критического; последовательное «включение» и «выключение» «внутреннего источника» было реализовано в экспериментальных условиях и в данной установке.
вых
Предлагаемое техническое решение позволяет создать высокоэффективные тепло-генерирующие устройства, в которых значение (t) составляет от 70 до 102°С.