Способ генерации тепла и теплогенератор

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам преобразования механической энергии напорного перемещения жидкости в тепловую энергию, и может быть использовано в системах теплоснабжения различных сфер народного хозяйства (промышленность, сельское хозяйство, оборонные, транспортные и бытовые объекты). Задачей способа является получение тепловой энергии из механической, полученной жидкостью от двигателя насоса, например электрического, принципиально новым способом, исключающим сложную обработку жидкости. В способе, включающем циркуляцию жидкости, посредством насоса производят на выходе из насоса дросселирование жидкости, а на входе насоса стравливание давления в ней. Стравливания давления производят за счет связи входного патрубка насоса с атмосферным давлением. Теплогенератор для осуществления способа включает насос с приводом и трассу, соединяющий выход насоса с входом его. На выходе насоса установлен дроссель, например шайба. Вход насоса сообщается с расширительным сосудом для стравливания избыточного давления. В трассе может быть установлен радиатор или змеевик бойлера для отопления или нагрева воды. 2 c. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам преобразования механической энергии напорного перемещения преимущественно капельной жидкости в тепловую энергию и может быть использовано в системах теплоснабжения различных сфер народного хозяйства (промышленность, сельское хозяйство, оборонные, транспортные и бытовые объекты). В частности, изобретение относится к способам непосредственного нагрева жидкости, т.е. к отопительным системам, не содержащим нагревательных элементов, температура которых превышает температуру жидкости, и преобразующим энергию напорного перемещения главным образом капельной жидкости в тепловую энергию по всей трассе циркуляции жидкости.

В настоящее время известны устройства, в которых используется способ преобразования механической энергии напорного перемещения жидкости в тепловую, например вихревая система отопления (патент РФ №2089795, F 25 В 29/00, приоритет 29.12.93, опубликовано 10.09.97), которая содержит теплообменный резервуар, внутри которого установлена вихревая труба. К сопловому вводу присоединен рабочий орган насоса, соединенного с электродвигателем. На входе насоса и выходе вихревой трубы установлен эжектор. Рабочий орган насоса при включении электродвигателя всасывает циркулирующую жидкость и нагнетает ее через сопловой ввод в камеру вихревой трубы. Кроме того, известен патент №2177591 под названием "Теплогенератор". Теплогенератор содержит цилиндрический корпус с тангенциальным сопловым вводом, выходом на одном конце и тормозным устройством и вторым выходом на другом конце. Корпус помещен в цилиндрическую теплообменную обойму, на поверхности которой расположены герметизированное отверстие для тангенциального соплового ввода и выходной патрубок. Известна отопительная система (патент №2045715, F 25 В 29/00, приоритет 26.04.93) под названием "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей". Теплогенератор содержит корпус с цилиндрической частью. Он оснащен ускорителем движения жидкости, выполненным в виде циклона, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса. В способе нагрева производят завихрение, ускорение, торможение жидкости, и тем самым происходит нагрев жидкости в емкости термогенератора. Способ производит нагрев жидкости непосредственно без нагревательных элементов. Способ, по которому осуществляется нагрев в этих устройствах, принят за прототип.

Недостатком этих систем является сложность конструкции, что ведет к неоправданным затратам средств, они создают шум, например при реализации тепло генератора по патенту №2045715, как отмечено в статье "Энергия из ничего" в журнале "Изобретатель и рационализатор" №10 за 2000 г., наблюдался свист для борьбы с которым, вводились дополнительные устройства. В США фирмой Hydro Dynamics Company подобное устройство названо "поющая труба". Способы получения нагрева жидкости, которые используются в указанных системах с теплогенераторами, включают циркуляцию жидкости по контуру, в котором производят ускорение жидкости циклонным агрегатом или с помощью специального барабана, с последующим торможением жидкости. Признак "циркуляция жидкости по замкнутому контору" является общим и для предполагаемого способа.

Задачей, решаемой изобретением, является получение тепловой энергии из механической, полученной жидкостью от двигателя насоса, например электрического, принципиально новым способом исключающим сложную обработку жидкости. Тем самым исключается сложность конструкции и снижается уровень шума, а также уменьшается себестоимость устройств для осуществления нагрева. При этом сохраняются все преимущества такого нагрева: нет элементов, температура которых превышает температуру жидкости, что обеспечивает безопасность к возгоранию и образованию накипи и т.д. Появляются дополнительные преимущества, вызванные полным отсутствием котла и емкости термогенератора как элементов, в которых происходит локальный нагрев, что приводит к снижению габаритов и веса установок, более равномерному нагреву жидкости по всей системе, снижает инерционность прогрева системы, упрощает регулировку температуры и т.д.

Для этого в известном способе, включающем циркуляцию жидкости через насос по замкнутому контуру, производят на выходе из насоса дросселирование жидкости, а на входе насоса перед всасыванием жидкости в насос - стравливание давления. Исходя из основных законов физики и частных законов термодинамики можно придти к выводу, что энергия, полученная насосом от двигателя, расходуется на нагрев элементов устройств, жидкости, окружающих предметов и воздуха и т.д., т.е. вся энергия, полученная насосом, расходуется на нагрев, а в конечном итоге может быть использована для отопления или на другие нужды. Таким образом, задачей способа нагрева является загрузка насоса до необходимой мощности. В известных способах ее производят за счет завихрения, ускорения и торможения жидкости. Однако это возможно осуществить за счет дросселирования с последующим стравливанием давления перед всасыванием жидкости в насос. Это дает возможность простым способом получить и высвободить гидравлическую энергию от привода насоса в виде только тепловой энергии, т.к. в предполагаемом способе не совершается работа над внешними объектами. Затраты энергии насосом идет на перемещения жидкости и создания давления, обе эти величины на выходе из насоса при дросселировании приобретают максимальные значения для данной загрузки насоса и минимальные после стравливания давления. Таким образом, энергия, полученная жидкостью путем дросселирования ее на выходе, подойдя на вход насоса, преобразована в тепловую, и у жидкости произошло приращение температуры. В следующих циклах эта жидкость снова пройдет процесс дросселирования и стравливания давления и приращение температуры увеличится. Таким образом после каждого цикла температура жидкости будет увеличиваться до тех пор, пока не выключить привод или пока не наступит тепловой баланс, т.е. количество энергии, подводимой от привода и отдаваемой окружающей среде, не станет равным. Стравливание давления может быть осуществлено путем связи с атмосферным давлением (как непосредственно, так и через подвижную перегородку) или связи с герметизированным объемом, в котором давление отлично от атмосферного.

Осуществления способа рассмотрим на примере теплогенератора, содержащего насос с приводом и трассу, соединяющую выход насоса с входом его. За прототип примем теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей (патент №2045715, F 25 В 29/00, приоритет 26.04.93).

На фиг.1 представлена схема теплогенератора в составе отопительной системы, а на фиг.2 - схема теплогенератора с другим исполнением расширительного сосуда. Привод 1 соединен с насосом 2. Вход 3 и выход 4 насоса соединены трассой 5. На выходе 4 насоса установлен дроссель 6. В качестве дросселя можно установить шайбу, вентиль, сужающее устройство и т.д. На вход 3 насоса подсоединен расширительный сосуд 7 посредством трубопровода 8 и штуцера 9. В трассе 5 установлен радиатор 10. При необходимости можно использовать термогенератор для нагрева жидкости до температуры выше 100°С расширительный сосуд 7 снабжен вторым штуцером 11. При этом расширительный сосуд соединен в разрыв трассы 5. Что позволит жидкости в сосуде также циркулировать при работе насоса, а значит нагреваться, т.е. служить в качестве аккумулятора тепла. Расширительный сосуд может быть снабжен эластичной перегородкой (диафрагмой) 12 для исключения испарения жидкости из системы, а также выполнен герметичным и соединен посредством штуцера 13 и вентиля 14 с трассой 15.

Работает теплогенератор в отопительной системе следующим образом. При включении привода 1, например, электродвигателя, который приводит в действие насос 2, вода из выхода 4 насоса поступает на дроссель 6, с помощью которого в выходном патрубке насоса создается необходимое давление, которое для данного типа насоса соответствует определенной и потребляемой мощности привода. Энергия, соответствующая мощности загрузки насоса, в конечном итоге будет преобразована в тепловую, которая пойдет на нагрев всех узлов и деталей теплогенератора, а также при наличии радиатора и окружающего воздуха и т.д. Давление, созданное перед дросселем и при движении жидкости по трассе, постепенно теряется и благодаря расширительному сосуду падает до величины, близкой к атмосферному или заданному значению при герметичном сосуде. На этом цикл принятия энергии механического перемещения порцией воды (определяется количеством циркулирующей жидкости) в системе и переход ее в тепловую заканчивается. Вода, потеряв избыточное давление, поступает на вход насоса. Эта цикличность многократно повторяется, что приводит к нагреву жидкости в системе до необходимой температуры. По всей трассе после выхода воды из дросселирующего устройства происходит потеря водой избыточного давления и выделяется тепловая энергия. Таким образом, путем дросселирования жидкости на выходе из насоса и стравливания давления на входе его осуществляется генерирование тепла от насоса, полученного им от привода. Горячая вода, проходя через радиатор 10, отдает часть тепла нагревая помещение. В примере теплогенератора в составе отопительной системы стравливание давления производят осуществлением связи с атмосферной. Расширительный сосуд может быть выполнен герметичным (фиг.2), тогда, подсоединив к трассе 15 пневмонасос, можно открыть вентиль 14 и, нагнетая или откачивая воздух, менять давление в расширительном сосуде, а тем самым давление для стравливания. Это позволит исключить влияние атмосферного давления на работу системы, а также производить нагрев жидкости до температуры выше 100°С в при необходимости.

Надо отметить, что любой насос имеет гидравлический кпд, а значит часть энергии сразу переходит в тепло и теми же путями циркулирует в системе. Кпд всей системы определяется кпд двигателя. Мощность насоса подбирают исходя из необходимой мощности для отопления, а мощность привода должны подбирать с учетом его кпд.

Способ опробован на стендовой установке. Стенд содержал насос РКm60 производства Pedrollo (Италия), номинальной мощностью 375 вт (максимальная 500 вт), радиатор из двух секции отдаваемой мощностью при температуре воды 70°С 430 вт, дроссель, расширительный сосуд. Стенд собран по схеме, приведенной на фиг.1. При потребляемой мощности двигателем насоса 480 вт нагрев воды на выходе из насоса составил 60°С (максимально допустимая температура для данного насоса) за 26 мин.

Формула изобретения

1. Способ генерации тепла, при котором жидкость перекачивают насосом по замкнутому контору, отличающийся тем, что при выходе жидкости из насоса ее дросселируют, а при входе жидкости в насос в ней стравливают давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стравливают давление путем сообщения контура у входа насоса с атмосферным давлением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стравливают давление путем сообщения контура у входа насоса с полостью с давлением, отличным от атмосферного.

4. Теплогенератор, содержащий насос с приводом и трассу, соединяющую вход насоса с его выходом, отличающийся тем, что на выходе насоса установлен дроссель, а на входе - расширительный сосуд.

5. Теплогенератор по п.4, отличающийся тем, что к трассе соединен нагревательный прибор (радиатор, змеевик бойлера).

6. Теплогенератор по п.4, отличающийся тем, что расширительный сосуд снабжен дополнительным штуцером, причем оба штуцера соединены в разрыв трассы.

7. Теплогенератор по п.4, отличающийся тем, что расширительный сосуд выполнен герметичным и снабжен вентилем, расположенным выше уровня жидкости.

8. Теплогенератор по пп.4-7, отличающийся тем, что расширительный сосуд имеет эластичную перегородку.

РИСУНКИ