Кавитационный теплогенератор
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться в устройствах, преобразующих гидравлическую энергию потока в тепловую. Задачей изобретения является повышение интенсивности кавитационных процессов при одновременном получении возможности регулирования тепловыделения теплогенератора в широком диапазоне. Для решения поставленной задачи кавитационный теплогенератор содержит насос-побудитель, выход которого подключен к устройству закручивания потока на входе вихревой камеры, снабженной с обеих торцевых сторон осевыми выходными каналами, одно из которых выполнено в виде осевого сопла, гидравлически сообщенными через кольцевую корпусную камеру, снабженную дросселирущими соплами на входе и выходным направляющим аппаратом, подводящим закрученный поток жидкости к осевому соплу вихревой камеры с противоположной его закруткой, причем оба поступают в общий для них резонатор. С обеих сторон общего для теплогенератора и резонатора центрального вихревого канала установлены электродные вводы для подключения высокочастотного электрического генератора, а корпусные поверхности вихревой и кольцевой камер выполнены электроизолированными и подключены к источнику напряжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к теплогенераторам, преобразующим гидравлическую энергию протекающего через него потока жидкости, преимущественно воды, в тепловую, но также может использоваться в качестве гомогенизатора, диспергатора, смесителя химического реактора, электролизера и т.п., устройств для ведения технологических процессов.
Известны способ и устройство преобразования гидравлической энергии в тепловую за счет процесса кавитации в жидкости с наложением пульсаций давления (патент РФ 2054604, 6 F24J 3/00), который, однако, реализуется устройством, подверженным интенсивному разрушению за счет кавитационных воздействий на обтекаемые потоком рабочие поверхности.
Наиболее близким по технической сущности является техническое решение кавитационного теплогенератора с насосом-побудителем, выход которого подключен к устройству закручивания потока на входе вихревой камеры, снабженной со стороны устройства закрутки потока осевым выходным каналом этой камеры, гидравлически сообщенным с входом насоса-побудителя, и резонатором, установленным на выходе потока жидкости из теплогенератора (патент РФ 2201561). Согласно этому решению в системе генерируют автоколебания за счет изменения подачи насоса и давления в контуре циркуляции, что не позволяет в сколь либо широких пределах регулировать мощность теплогенератора. С другой стороны кавитационные процессы, возбуждающие молекулы жидкости-воды на молекулярном уровне, в данном устройстве протекают недостаточно активно, что ограничивает возможность интенсификации процесса тепловыделения, в том числе и при пропускании электрического тока через центральный обычно ионизированный участок вихревой камеры.
Целью данного изобретения является существенное повышение интенсивности кавитационных и связанных с ними физико-химических процессов в кавитаторах с вихревой камерой при одновременном получении возможности регулирования тепловыделения теплогенератора в широком диапазоне.
Данная цель достигается тем, что кавитационный теплогенератор содержит насос-побудитель, выход которого подключен к устройству закручивания потока на входе вихревой камеры, снабженной со стороны устройства закрутки потока осевым выходным каналом этой камеры, гидравлически сообщенным с входом насоса-побудителя, и резонатором, установленным на выходе потока жидкости из теплогенератора. В вихревой камере в ее торцевой крышке, оппозитной торцу с устройством закрутки, выполнено дополнительное осевое сопло, выход из которого гидравлически сообщен с выходным каналом вихревой камеры через дополнительную корпусную кольцевую камеру, на входе потока жидкости в которую установлены дросселирующие отверстия - сопла, а на выходе расположен выходной направляющий аппарат с направлением закрутки потока, преимущественно противоположным направлению закрутки потока, выходящего из осевого сопла вихревой камеры.
Кроме того, с торцев по оси теплогенератора установлены изолированные от корпуса электродные вводы, например коаксиальные кабели, сообщенные с, по меньшей мере, одним высокочастотным источником электромагнитной энергии, например микроволновым генератором, а корпусная поверхность дополнительной кольцевой камеры выполнена электрически изолированной от вихревой камеры, и обе эти камеры подключены к источнику, например, постоянного напряжения, образующего разность потенциалов между поверхностями этих камер и общим для расположенных по оси теплогенератора его рабочих полостей приосевым вихревым потоком.
На чертеже показан пример реализации предложенного технического решения теплогенератора.
Насос-побудитель 1 своим входом 2 подключен к устройству закрутки потока 3 (направляющим лопаткам, тангенциальным каналам, спиральному каналу и т.п.) на входе в вихревую камеру 4. Со стороны устройства закрутки 3 в торцевой крышке 5 выполнен осевой выходной канал 6, гидравлически сообщенный с входом насоса-побудителя 1 через дополнительную кольцевую камеру 7, соосную камере 4, на своем по ходу жидкости входе, снабженную дросселирующими отверстиями - соплами 8, а на выходе содержащую направляющий аппарат 9, преимущественно закручивающий выходящий поток жидкости в сторону, противоположную направлению вращения жидкости в вихревой камере 4 и дополнительном ее выходном осевом сопле 10, расположенном на противоположной (относительно каналов 3 и 6) торцевой стенке камеры 4. Потоки, выходящие из сопла 10 и кольцевого сопла 11, на выходе направляющего аппарата 9 преимущественно вращаемые в противоположных направлениях, смешиваются в общей для них камере смешения 12, снабженной торцевым резонатором 13, и далее через отверстия 14 поступают на выход 15 из теплогенератора.
Работает описываемый теплогенератор следующим образом. Поступающий в камеру 4 вихревой поток жидкости разделяется на два потока. Поток, прилегающий к периферии камеры 4, втекает в осевое сопло 10, резко увеличивая скорость вращения потока. За счет повышения давления перед соплом 10 возникает обратный приосевой поток, встречный первому, который через дросселирующие сопла 8 поступает в кольцевую камеру к направляющему аппарату 9, преимущественно закручивающему поток подводимой к выходу сопла 11 жидкости в сторону, обратную закрутке потока, вытекающего из осевого сопла 10. Оба потока поступают в резонатор 13 и далее в выходной канал теплогенератора. Процесс течения жидкости через камеры 4, 7, сопла 10 и 11, камеру смешения 12, резонатор 13 и отверстия 14 сопровождается интенсивными колебаниями давления в широком диапазоне частот, электризацией встречных потоков жидкости, ударными сверхзвуковыми волновыми явлениями в каналах при критических отношениях давлений на их входе и выходе. Это вызывает возбуждение воды в широком диапазоне резонансных частот и частичное ее разложение на водород и кислород с последующим в зонах повышенного давления окислением водорода кислородом и дополнительным тепловыделением.
Для дополнительной интенсификации процесса энерговыделения и регулирования вырабатываемого тепла в торцевые стенки теплогенератора установлены электродные вводы 15, 16, например коаксиальные кабели, сообщенные с по меньшей мере одним высокочастотным электроисточником электромагнитной энергии, например микроволновым генератором 17, преимущественно с регулируемой частотой направленного излучения энергии, формируемого элементами 18, 19, вдоль общего для всех расположенных по оси рабочих полостей теплогенератора осевого вихревого обычно ионизированного парожидкостного жгута текущей среды, где за счет резонансных явлений будет происходить дополнительное возбуждение молекул воды и образование мелкодисперсионной водородно-кислородно-жидкостной смеси, по существу сгорающей в жидкости за счет адиабатического сжатия парогазовых каверн и воздействия электрических разрядов, возникающих при деформации и сжатии каверн и их электризации.
Для дополнительного разложения воды в кавитационно-возбужденном потоке камеры 4, 12, 13 выполнены электрически изолированными прокладками 20 от корпусной поверхности кольцевой камеры 9 и подключены к источнику, например, постоянного напряжения 21, образующего разность потенциалов между поверхностями 22 этих камер и приосевым вихревым общим для рабочих полостей теплогенератора потоком рабочей многофазной среды, замыкаемым на электродных вводах 15 и 16.
Регулирование тепловой мощности теплогенератора достигается изменением параметров насоса-побудителя 1, давления в контуре циркуляции потока жидкой среды, изменением рабочих параметров электроисточников 17 и 21.
Таким образом, в устройстве совмещаются и взаимно дополняются как кавитационно-вихревые процессы, так и процессы разложения воды на водород и кислород, которое за счет возбуждения молекул воды при кавитационно-вихревых процессах, процессах электролиза, ионизации встречных потоков в условиях широкого спектра воздействий на воду происходит с меньшими энергетическими затратами, что приводит к повышению энергоэффективности устройства и получению возможности управления процессом выделения теплового потока в широком диапазоне мощностей.
1. Кавитационный теплогенератор с насосом-побудителем, выход которого подключен к устройству закручивания потока на входе вихревой камеры, снабженной со стороны устройства закрутки потока осевым выходным каналом этой камеры, гидравлически сообщенным с входом насоса-побудителя, и резонатором, установленным на выходе потока жидкости из теплогенератора, отличающийся тем, что в вихревой камере в ее торцевой крышке, оппозитной торцу с устройством закрутки, выполнено дополнительное осевое сопло, выход из которого гидравлически сообщен с выходным каналом вихревой камеры через дополнительную корпусную кольцевую камеру, на входе потока жидкости в которую установлены дросселирующие отверстия - сопла, а на выходе расположен выходной направляющий аппарат с направлением закрутки потока, преимущественно противоположным направлению закрутки потока, выходящего из осевого сопла вихревой камеры.
2. Кавитационный теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что с торцев по оси теплогенератора установлены изолированные от корпуса электродные вводы, например коаксиальные кабели, сообщенные с, по меньшей мере, одним высокочастотным источником электромагнитной энергии, например микроволновым генератором.
3. Кавитационный теплогенератор по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что корпусная поверхность дополнительной кольцевой камеры выполнена электрически изолированной от вихревой камеры, и обе эти камеры подключены к источнику, например, постоянного напряжения, образующего разность потенциалов между поверхностями этих камер и общим для расположенных по оси теплогенератора его рабочих полостей приосевым вихревым потоком.
