Способ тепловыделения в жидкости
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах отопления и в аппаратах нагрева различного назначения. Предложен способ тепловыделения в жидкости, включающий создание в ней кавитации, при этом в кавитирующей в замкнутом контуре жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем, причем меньшую часть жидкости, протекающей по контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением в кавитатор (центробежную форсунку), а в качестве теплоносителя для теплообменника используют горячую воду, или пар, или электроэнергию. Способ позволяет интенсифицировать выделение тепла в замкнутом контуре, по которому циркулирует жидкость за счет предварительного подогрева жидкости перед подачей ее в кавитатор (центробежную форсунку). Предварительный подогрев жидкости осуществляется до температуры, близкой к перегреву, что обеспечивает более интенсивное образование кавитационных пузырей и выделению большого количества энергии при их схлопывании. 1 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева различного назначения.
Известен способ тепловыделения в жидкости путем создания в ней и последующего схлопывания в ней кавитационных пузырей при возбуждении колебаний давления магнитострикционным или пьезоэлектрическим пульсатором. В фазе высокого давления схлопывание пузырей происходит с большой скоростью, сравнимой со скоростью звука в жидкости, что приводит к значительному повышению в них температуры и давления пара.
Недостатком этого способа является невысокая интенсивность тепловыделения относительно затраченной на создание кавитации.
Известен способ тепловыделения в жидкости (патент РФ №2061195, опубликован 27.05.1996 г.) - ближайший аналог, включающий создание в ней кавитации в замкнутом контуре жидкости, в котором создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем.
Недостатком данного способа является не полностью использованная возможность повышения интенсивности тепловыделения в жидкости, так как испарение жидкости происходит в зоне наибольшего вакуума, т.е. у центра потока.
Целью прелагаемого способа является повышение интенсивности тепловыделения в жидкости за счет более интенсивного испарения воды в кавитаторе.
Поставленная цель достигается за счет того, что используется способ тепловыделения в жидкости, включающий создание в ней кавитации, при этом в кавитирующей в замкнутом контуре жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем, а меньшую часть жидкости, протекающей по контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением на кавитатор (центробежную форсунку), в качестве теплоносителя для теплообменника используют горячую воду, или пар, или электроэнергию.
При таком способе достигается близкая к максимально возможной интенсивность тепловыделения в жидкости, так как обеспечивается значительное усиление процесса кавитации за счет повышения температуры кавитирующей жидкости до близкой к перегреву, создавая интенсивное испарение жидкости и образование кавитационных пузырей.
Таким образом, при реализации данного технического решения достигается технический результат, заключающийся в повышении интенсивности тепловыделения в жидкости за счет более интенсивного образования кавитационных пузырей и их схлопывания, при этом выделяется большое количество тепла.
Анализ аналогов показал, что заявляемый способ является новым. Новизна решения заключается в том, что меньшую часть жидкости, протекающей по замкнутому контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением на кавитатор.
Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новым существенным признаком, дающим положительный эффект, и обладает признаком соответствия критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 приведена схема предлагаемого способа, содержащая насос 1 с электрическим мотором 2, гидравлический контур 3, на котором последовательно установлена расширительная емкость 4 с поршнем 5, снабженным устройством 6 для его перемещения, заправочный штуцер 7 и кавитатор 8 центробежного типа, теплообменник 9 для передачи тепла потребителю; контур 3 снабжен также дросселем 10, датчиками температуры 11 и давления 12; расширительная емкость 4 снабжена дренажным клапаном 13. Кроме того, схема содержит теплообменник 14, на вход которого через отверстия 15 и регулятор расхода 16 подается меньшая часть жидкости, протекающей по контуру 3, а выход теплообменника соединен с той частью контура 3, которая подключена ко входу кавитатора 8.
Работа приведенной на фиг.1 схемы осуществляется следующим образом. Сначала открывают дренажный клапан 13 и через заправочный штуцер 7 контур 3 заполняется жидкостью (водой). При этом поршень 5 с помощью устройства для его перемещения 6 устанавливают в одно из крайних положений, например, в нижнее. Затем включают электромотор 2 насоса 1, который прокачивает жидкость через контур 3. На теплообменник 14 подают теплоноситель (горячую воду или пар), либо электроэнергию (в зависимости от типа теплообменника 14). Через теплообменник 14 поступает по ответвлению 15, имеющему меньшее сечение, чем контур 3, меньшая часть воды (обеспечиваемая регулятором 16), протекающей по контуру 3. Фиксируют температуру воды, протекающей по контуру 3, датчиком 11 и давление пульсации датчиком 12. Заправочный штуцер 7 и дренажный клапан 13 при этом предварительно закрывают. Далее открывают клапан 13 и с помощью устройства 6 меняют положение поршня 5 в расширительной емкости 4, например, постепенно сдвигают вверх. В новом положении поршня 5 закрывают дренажный клапан 13 и фиксируют температуру жидкости. Одновременно изменяют дросселем 10 расход жидкости в контуре 3 до появления колебаний давления в контуре 3. При этом последовательно добиваются увеличения температуры жидкости. При достижении максимальной температуры процесс регулирования заканчивают. Часть жидкости, которая протекает через теплообменник 14, нагревается до температуры, близкой к перегреву, и поступает на кавитатор 8. В качестве кавитатора используется центробежная форсунка. При этом процесс создания и последующего схлопывания кавитационных пузырей интенсифицируется за счет образования большого количества пузырей. При этом теплообменник 9 отдает большое количество тепла, так как на него поступает более горячая вода.
Предлагаемый способ обеспечивает высокий КПД преобразования в тепло вводимой в контур энергии. Данный способ является промышленно применимым, так как содержит элементы, изготавливаемые промышленностью (теплообменники, центробежная форсунка, датчик давления, температуры жидкости).
Способ тепловыделения в жидкости, включающий создание в ней кавитации, при этом в кавитирующей в замкнутом контуре жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем, отличающийся тем, что меньшую часть жидкости, протекающей по контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением в кавитатор (центробежную форсунку), а в качестве теплоносителя для теплообменника используют горячую воду, или пар, или электроэнергию.
