Реактор для получения тепловой энергии

Изобретение относится к устройствам для получения тепловой энергии и может использоваться в различных тепловых системах объектов промышленного и бытового назначения. Задачей изобретения является повышение эффективности теплоотдачи. Поставленная задача решается в реакторе, включающем заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу. Рабочие участки электродов выполнены цилиндрическими, соосными друг другу и продольной оси корпуса реактора, при этом внешний электрод выполнен трубчатым, а в его полости размещен цилиндрический участок внутреннего электрода, напорный и сливной патрубки размещены горизонтально и тангенциально относительно боковых стенок корпуса, напорный патрубок размещен ниже сливного с совпадением вектора спирального движения потока жидкости через них, напорный патрубок размещен ниже нижней кромки межэлектродного зазора, перед входом в межэлектродный зазор жестко зафиксирована крыльчатка, нижняя кромка внешнего трубчатого электрода снабжена конфузорной насадкой, его верхняя кромка снабжена диффузорной насадкой, причем свободные кромки названных насадок соответствуют внутреннему диаметру полости корпуса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для получения тепловой энергии, образующейся в процессах цепных химических реакций на молекулярно-ионном уровне.

Известен реактор для получения тепловой энергии, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с технологическими патрубками, импульсный дозатор, пульсопровод и источник пульсаций давлений, при этом импульсный дозатор всасывающей стороной соединен с верхней, а нагнетательной - с нижней частями корпуса, пульсопровод размещен по центру корпуса под его днищем и подключен верхним концом к днищу и сообщен с источником пульсаций давления, выполненным в виде полусферической камеры с установленными в ней двумя электродами, сообщенными с источником электрических импульсов (см. RU №2027503, 1995 г.).

Недостаток этого решения - его использование требует значительных энергозатрат, кроме того, не является экологически чистым.

Известен также реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу (см. RU №2132519, F24J 3/00, 1999 г.).

В заявленном устройстве для получения тепловой энергии используют взаимодействие элементарных частиц обрабатываемого вещества, помещенного в зону активации, под действием на него энергией активирующих электрических импульсов, причем в качестве обрабатываемого вещества используют пресную воду, в которую в качестве катализатора вводят морскую воду в количестве 0,05-0,18 мас.%, причем воздействие на обрабатываемое вещество осуществляют во временных интервалах через временные паузы, обеспечивая необходимую скорость взаимодействия частиц обрабатываемого вещества.

Однако заявленное решение характеризуется неэффективной работой, особенно на разгонном режиме, вследствие низких скоростей теплообмена в полости реактора.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении эффективности работы реактора как генератора тепловой энергии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности работы реактора как генератора тепловой энергии на всех режимах его работы и сокращении периода «разгона» реактора до рабочего режима. Кроме того, упрощается конструкция активирующего узла реактора.

Для решения поставленной задачи реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу, отличается тем, что рабочие участки электродов выполнены цилиндрическими, соосными друг другу и продольной оси корпуса реактора, при этом внешний электрод выполнен трубчатым, а в его полости размещен цилиндрический участок внутреннего электрода, при этом напорный и сливной патрубки размещены горизонтально и тангенциально относительно боковых стенок корпуса с возможностью формирования спирально-восходящего потока в полости корпуса, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного с совпадением вектора спирального движения потока жидкости через них, при этом напорный патрубок размещен ниже нижней кромки межэлектродного зазора, кроме того, перед входом в межэлектродный зазор жестко зафиксирована крыльчатка с возможностью дополнительного подкручивания потока жидкости в направлении вектора спирального его движения, при этом нижняя кромка внешнего трубчатого электрода снабжена конфузорной насадкой, его верхняя кромка снабжена диффузорной насадкой, причем свободные кромки названных насадок соответствуют внутреннему диаметру полости корпуса. Кроме того, насадки выполнены из диэлектрического материала. Кроме того, торцы внутреннего электрода, обращенные вверх и вниз, снабжены обтекателями. Кроме того, крыльчатка зафиксирована на внутреннем электроде.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих поставленных задач.

Признаки «рабочие участки электродов выполнены цилиндрическими, соосными друг другу и продольной оси корпуса реактора, при этом внешний электрод выполнен трубчатым, а в его полости размещен цилиндрический участок внутреннего электрода» позволяют обеспечить возможность сочетания в межэлектродном зазоре процессов активации обрабатываемого вещества с одновременным приданием активируемому потоку спирально-восходящей формы, способствующей интенсификации процесса «съема» энергии, что в свою очередь обеспечивает быстрый разгон ректора как генератора тепла.

Признаки «напорный и сливной патрубки размещены горизонтально и тангенциально относительно боковых стенок корпуса с возможностью формирования спирально-восходящего потока в полости корпуса, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного с совпадением вектора спирального движения потока жидкости через них» обеспечивают высокое качество теплосъема из межэлектродного зазора и стенок электродов.

Признаки «напорный патрубок размещен ниже нижней кромки межэлектродного зазора» обеспечивают активацию всего объема воды, пропускаемой через реактор (обеспечивают «пропускание» всего объема воды через межэлектродный зазор).

Признаки, указывающие, что «перед входом в межэлектродный зазор жестко зафиксирована крыльчатка с возможностью дополнительного подкручивания потока жидкости в направлении вектора спирального его движения», исключают ламиниризацию движения потока обрабатываемой воды до ее входа в межэлектродный зазор, дополнительно подкручивая поток, предварительно закрученный за счет его тангенциального ввода в полость корпуса реактора.

Признаки «нижняя кромка внешнего трубчатого электрода снабжена конфузорной насадкой» обеспечивают пропускание всего объема поступающей в реактор воды через межэлектродный зазор при соответствующих размерах насадки. Кроме того, обеспечивается плавный вход потока в межэлектродный зазор, исключающий повышенное гидродинамическое сопротивление прокачиваемой через реактор воды.

Признаки, указывающие, что «верхняя кромка снабжена диффузорной насадкой», исключают возможность образования «паразитных» зон циркуляции воды между внешним электродом и внутренней поверхностью корпуса при соответствующих размерах насадки. Кроме того, обеспечивается плавный выход потока через сливной патрубок, исключающий повышенное гидродинамическое сопротивление прокачиваемой через реактор воды.

Признаки «свободные кромки названных насадок соответствуют внутреннему диаметру полости корпуса» обеспечивают выполнение насадками вышеописанных функций.

Признаки второго пункта формулы изобретения исключают замыкание электрода на корпус реактора.

Признаки третьего пункта формулы изобретения повышают плавность обтекания внутреннего электрода спирально-восходящим потоком воды.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения исключают замыкание электрода на корпус реактора.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами, при этом на фиг.1 показан реактор (вид спереди, продольный разрез); на фиг.2 показан тот же реактор (вид сверху, разрез по А-А).

Реактор для получения тепловой энергии содержит корпус 1 с напорным 2 и сливным 3 патрубками, а также содержит инициирующее устройство в виде двух электродов 4 и 5, рабочие участки электродов выполнены цилиндрическими. Они соосны друг другу и продольной оси 6 корпуса 1 реактора, при этом внешний электрод 4 выполнен трубчатым, а в его полости размещен цилиндрический участок 7 внутреннего электрода 5. Поверхности электродов 4 и 5, обращенные друг к другу, разделены межэлектродным зазором 8, составляющим 17-22 мм. Электроды 4 и 5 размещены в полости корпуса 1 реактора на несущей плате 9 и изолированы от корпуса 1 реактора изоляторами 10. Соединение электродов с источником электрических импульсов осуществляют с помощью клемм 11. В верхней части корпуса реактора установлен дозатор 12 (выполненный в виде патрубка, подключенного к источнику морской воды, - на чертежах не показан).

Напорный 2 и сливной 3 патрубки размещены горизонтально и тангенциально относительно боковых стенок корпуса 1, что с учетом «цилиндричности» корпуса реактора и размещения напорного патрубка 2 ниже сливного патрубка 3 (с совпадением вектора 13 спирального движения потока жидкости через них) обеспечивает возможность формирования спирально-восходящего потока 14 в полости корпуса 1. Кроме того, напорный патрубок 2 размещен ниже нижней кромки 15 межэлектродного зазора 8. Кроме того, перед входом в межэлектродный зазор 8 жестко зафиксирована крыльчатка 16. Лопасти крыльчатки размещены с возможностью дополнительного подкручивания спирально-восходящего потока 14 в направлении вектора 13 его движения, при этом нижняя кромка 15 внешнего трубчатого электрода 4 снабжена конфузорной насадкой 17, его верхняя кромка 18 снабжена диффузорной насадкой 19, причем свободные кромки названных насадок 17 и 19 соответствуют внутреннему диаметру полости корпуса 1.

Насадки 17 и 19 выполнены из диэлектрического материала, например фторопласта. Кроме того, торцы внутреннего электрода, обращенные вверх и вниз, снабжены обтекателями 20. Кроме того, крыльчатка 16 зафиксирована на внутреннем электроде 5.

Заявленное устройство работает следующим образом.

К патрубкам напорному 2 и сливному 3 подключают теплообменник (на чертежах не показан) и заполняют всю систему, в том числе и полость корпуса реактора 1, пресной водой. При разомкнутой электрической цепи (включатель цепи разомкнут) реактор посредством клемм 11 соединяют с источником переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц.

С помощью дозатора 12 в пресную воду в межэлектродный зазор между рабочими поверхностями электродов 4 и 5 в качестве каталитической добавки добавляют морскую воду в количестве 0,05-0,18 мас.%. Меньшее чем 0,05 мас.% количество морской воды значительно увеличивает время разгона реактора. Большее чем 0,18 мас.% количество морской воды резко сокращает время разгона реактора, но, значительно увеличивая скорость цепной реакции, затрудняет управление ею. Реактор готов к запуску. При подаче напряжения на клеммы 11 в реакторе возбуждается цепная химическая реакция на молекулярно-ионном уровне, в результате которой выделяется значительное количество тепловой энергии. Развитие цепной реакции осуществляется по схеме

1. Н₂=Н+Н

2. Н+O₂=ОН+O

3. ОН+Н₂=H₂O+Н

4. O+Н₂=ОН+Н

Дальнейшая работа реактора приводит к самоускоряющемуся лавинообразному процессу. Поддержание относительно постоянной скорости возбужденной цепной химической реакции осуществляется за счет подачи рабочего напряжения на электроды 4 и 5 во временных интервалах через временные паузы. Временные интервалы подачи напряжения на электроды и временные паузы зависят от множества факторов. В данном конкретном примере конструктивного выполнения реактора для поддержания температуры воды на выходе из реактора 80°С временные интервалы включения реактора составляют 10-12 минут, а временные паузы - 40 минут.

Вследствие интенсивного процесса активации в полости межэлектродного зазора 8 вода интенсивно прогревается и передается потребителю на его теплообменник (управляемые цепные химические реакции на молекулярно-ионном уровне основаны на широко распространенном в природе материале (например, воде), в доступном диапазоне температур (100°С-1000°С) и не требуют каких-либо специальных условий для обеспечения безопасности и экологической чистоты). Интенсивный съем тепла из межэлектродного зазора 8 стимулирован формированием в нем (и нижней части реактора 1) спирально-восходящего потока 14.

Конфузорная насадка 17 обеспечивает пропускание всего объема поступающей в реактор воды через межэлектродный зазор 8 с плавным входом спирально-восходящего потока 14 в межэлектродный зазор 8 при плавном повышении его скорости (тем самым снижается гидродинамическое сопротивление реактора движению прокачиваемой через него воды), таким образом также повышается эффективность «работы» крыльчатки 16, дополнительно «подкручивающей» спирально-восходящий поток 14.

Диффузорная насадка 19 исключают возможность образования «паразитных» зон циркуляции воды между внешним электродом 4 и внутренней поверхностью корпуса 1, кроме того, обеспечивается плавный выход спирально-восходящего потока 14 через сливной патрубок 3 и плавное снижение его скорости (исключающее хаотичную турбулизацию надэлектродного пространства корпуса реактора 1) и тем самым снижается гидродинамическое сопротивление реактора движению прокачиваемой через него воды.

Благодаря объемному характеру процесса таких цепных реакций эффективность теплоотдачи в них в несколько десятков раз превышает эффективность теплоотдачи существующих нагревательных систем, использующих поверхностный способ передачи тепла (например, тэны и т.п.).

В процессе испытаний экспериментального варианта реактора после подачи электрических импульсов на электроды реактора температура обрабатываемой воды за 14 минут поднялась с 16°С до 100°С. При достижении температуры воды 100°С реактор отключили. Для обеспечения стабильности цепного реакционного процесса на определенном уровне, т.е. для обеспечения определенной постоянной скорости цепных взаимодействий химически активных частиц, последующие подключения реактора к источнику переменного тока осуществляли автоматически через каждые 40 минут 23 секунды на 10-12 минут. В течение всего времени экспериментальной проверки (56 часов 30 минут) температура воды составляла 80°С ±3°С.

Заявляемый реактор может широко использоваться в различных тепловых системах объектов промышленного и бытового назначения.

1. Реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу, отличающийся тем, что рабочие участки электродов выполнены цилиндрическими, соосными друг с другом и продольной осью корпуса реактора, при этом внешний электрод выполнен трубчатым, а в его полости размещен цилиндрический участок внутреннего электрода, при этом напорный и сливной патрубки размещены горизонтально и тангенциально относительно боковых стенок корпуса с возможностью формирования спирально восходящего потока в полости корпуса, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного с совпадением вектора спирального движения потока жидкости через них, при этом напорный патрубок размещен ниже нижней кромки межэлектродного зазора, кроме того, перед входом в межэлектродный зазор жестко зафиксирована крыльчатка с возможностью дополнительного подкручивания потока жидкости в направлении вектора спирального его движения, при этом нижняя кромка внешнего трубчатого электрода снабжена конфузорной насадкой, его верхняя кромка снабжена диффузорной насадкой, причем свободные кромки названных насадок соответствуют внутреннему диаметру полости корпуса.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что насадки выполнены из диэлектрического материала.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что торцы внутреннего электрода, обращенные вверх и вниз, снабжены обтекателями.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что крыльчатка зафиксирована на внутреннем электроде.