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. Установка для получения тепловой энергии из воды, включает насос с электродвигателем, теплообменное устройство для отвода тепла и трубопроводы, объединенные в один контур, и позволяет получать тепловую энергию, избыточную по сравнению с затраченной электрической на привод водяного насоса, при его работе в не расчетном, не экономичном режиме, для предварительного нагрева воды за счет сил трения с последующей генерацией внутренней энергии, при выполнении условия tвых/t s
0,4, где 1вых - температура воды на выходе из насоса; t s - температура насыщения при рабочем напоре воды в контуре. Предлагаемое техническое решение позволяет создать высокоэффективные тепло-генерирующие устройства, в которых значение (t вых) составляет от 70 до 102°С.
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
tвыx/t s0,4, где tвых - температура воды на выходе из насоса, °С;
ts - 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
критической, т.е. до температуры, соответствующей началу структурного превращения воды. Интенсивность теплоотвода от теплообменного устройства 6 должна быть подобрана так, чтобы отношение (tвых/ts ), где tвых - температура воды на выходе из ЦВН 4, ts - температура насыщения при рабочем напоре, превысило значение равное 0,4. После превышения отношением (tвых/ts ) 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.
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 вых/ts)>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 (tвых/t s)=0,8-0,85 отношение (Q+/N -) достигает 1,8-2,0; при (tвых/t s)<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 вых) можно понизить при постоянном рабочем напоре воды до такой степени, чтобы отношение (tвыx /ts) стало меньше критического; последовательное «включение» и «выключение» «внутреннего источника» было реализовано в экспериментальных условиях и в данной установке.
Предлагаемое техническое решение позволяет создать высокоэффективные тепло-генерирующие устройства, в которых значение (tвых) составляет от 70 до 102°С.
1. Установка для получения тепловой энергии из воды, включающая насос с электродвигателем, теплообменное устройство и трубопроводы, объединенные в один контур, отличающаяся тем, что содержит запорно-регулирующие элементы, контур выполнен с возможностью получения тепловой энергии, избыточной по сравнению с затраченной электрической энергией на привод электродвигателя, при выполнении соотношения
tвых/ts0,4, где tвых - температура воды на выходе из насоса, ° С;
t s - температура насыщения, ° С.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что 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.
3. Установка по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что предварительный нагрев воды осуществляется насосом, при его работе в не расчетном, не экономичном режиме.
4. Установка по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов.
5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов.
6. Установка по любому из пп.1, 2, или 5, отличающаяся тем, что электрическое питание осуществляется в автономном режиме при потреблении электрической энергии от мобильных источников.
7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что электрическое питание осуществляется в автономном режиме при потреблении электрической энергии от мобильных источников.
