Кавитационное устройство для обеззараживания и очистки воды
Предложено новое оригинальное совмещенное устройство для очистки и обеззараживания воды и одновременно электрогидроударный кавитационный теплогенератор, содержащее полую камеру с водой, кавитационное устройство, и электрический водяной насос, в котором в качестве электрического водяного насоса, и одновременно, внутреннего кавитатора воды, использована электрогидроударная камера, содержащая корпус в виде полого цилиндра, по краям которого размещены два дисковых кавитатора, и два конических выходными соплами, размещенные по ее торцам, а также и два отводных патрубка, механически присоединенными к торцам сопел, причем в корпус ввернута электроискровая свеча с центральным электродом, кольцевым электродом электрически и механически соединенным с ее ввертной частью, электроизолятором между ними, и кольцевым магнитом размещенном на электрическом изоляторе, причем данный теплогенератор дополнен электрическим устройством, содержащим повышающий управляемый электрический преобразователь напряжения, с выходным накопительным высоковольтным электрическим конденсатором, и первичный источник электроэнергии, электрически присоединенный по входу к упомянутому преобразователю напряжения, причем первый выходной высоковольтный электрический потенциал преобразователя заземлен на корпус камеры, а второй его выходной электрический потенциал присоединен через высоковольтный коммутатор, к центральному электроду электроискровой свечи, причем отводные патрубки электрогидроударной камеры, механически присоединены через отводные трубопроводы и обратные трубопроводы к внешним кавитаторам, гидравлически присоединенным к тепловой водяной батарее, причем регулятор интенсивности вырабатываемой тепловой энергии выполнен в виде регулятора частоты и скважности управляемого и бесконтактного высоковольтного коммутатора с изменяемой частотой и длительностью включения, зависимости от температуры воды, причем внутренние кавитаторы, размещенные в полой электрогидроударной камере, по ее торцам выполнены в виде дисков со сквозной перфорацией - в виде фасонных отверстий с конфигурацией отверстий в виде сопел Лаваля, а внешние кавитаторы данного устройства выполнены виде в виде сопел Лаваля, причем устройство дополнено съемным приспособлением для систематического удаления осадка из обработанной воды, присоединенным к днищу гидроударной камеры, а конструктивные параметры данного кавитационного теплогенератора и их соотношения выбирают из условия требуемой производительности тепловой энергии.
Полезная модель относится к экологии и теплоэнергетике, а конкретнее, к кавитационным устройствам очистки и обеззараживания воды и одновременно к теплогенераторам, и может быть полезно использована в системах активной очистки и обеззараживания воды и для получения тепловой энергии из внутренней химической энергии воды посредством кавитации и электрогидроударного эффекта Юткина.
Наиболее близким устройством (прототипом) по конструкции и того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является кавитационный водяной теплогенератор, содержащий полую камеру с водой, кавитационное устройство, размещенное в воде, и электрический водяной насос, нагнетающий воду в полую камеру через кавитатор (патент РФ №2132517)
Сущность работы прототипа - известного кавитационного водяного теплогенератора состоит в том, что при вихревом вращении воды в ней, благодаря наличию кавитаторов в воде возникают многочисленные кавитационные пузырьки воздуха, по-иному, в более строгой терминологии, возникает кавитация воды, которая и позволяет получать тепловую энергию непосредственно из воды, воздействуя на нее механическим способом. В данном случае механическое воздействие - это кавитация воды и приведение воды в вихревое движение.
При всех достоинствах прототипа, (простота и эффективность работы) сфера его применения достаточно узкая и он предназначен только для получения тепловой энергии при ее активной кавитации при перекачки воды под давлением и ее вихревом вращении, причем для его работы требуется гонный электродвигатель, необходимый для принудительного вращения кавитатора и воды. Поэтому это устройство непригодно для очистки и обеззараживания воды и без использования энергозатратного стандартного электронасоса вообще неработоспособно
Целью данного изобретения является расширение полезных функций прототипа, его модернизация и улучшение энергетической эффективности известного кавитационного теплогенератора,
Технический результат, данной полезной модели состоит в техническом и энергетическом усовершенствовании известного устройства, необходимом для достижения поставленной цели.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство очистки и обеззараживания воды выполнено в кавитационного электрогидроударного устройства с совмещенной функцией теплогенератора, содержащее полую камеру с водой, кавитационное устройство, и электрический водяной насос, причем существенно модернизировано, а именно в нем электрический водяной насос и кавитатор конструктивно совмещены и выполнены в виде электрогидроударной камеры, содержащей корпус в виде полого цилиндра, по краям которого размещены два дисковых кавитатора, и два конических выходными соплами, размещенные по ее торцам, а также и два отводных патрубка, механически присоединенными к торцам сопел, причем в корпус ввернута электроискровая свеча с центральным электродом, кольцевым электродом,. электрически и механически соединенным с ее ввертной частью, и электрическом изолятором между ними, и кольцевым магнитом размещенном на этом электрическом изоляторе, причем данный теплогенератор дополнен электрическим устройством, содержащим повышающий управляемый электрический преобразователь напряжения, с выходным накопительным высоковольтным электрическим конденсатором, и первичный источник электроэнергии, электрически присоединенный по входу к упомянутому преобразователю напряжения, причем первый выходной высоковольтный электрический потенциал преобразователя заземлен на корпус камеры, а второй его выходной электрический потенциал присоединен через высоковольтный коммутатор, к центральному электроду электроискровой свечи, причем этот повышающий преобразователь напряжения может быть выполнен в виде обычного повышающего индуктивного трансформатора, первичная обмотка которого присоединена к стандартной электросети переменного тока, а вторичная высоковольтная обмотка присоединена через выпрямитель к накопительному электролитическому конденсатора, с рабочим напряжением, согласованном с выходным напряжением, причем отводные патрубки камеры, механически присоединены через отводные трубопроводы и обратные трубопроводы к внешним кавитаторам, гидравлически присоединенным к тепловой водяной батарее, причем регулятор интенсивности вырабатываемой тепловой энергии выполнен в виде регулятора частоты и скважности управляемого и бесконтактного высоковольтного коммутатора с изменяемой частотой и длительностью включения, зависимости от температуры воды, причем внутренние кавитаторы, размещенные в полой электрогидроударной камере, по ее торцам выполнены в виде дисков со сквозной перфорацией - в виде фасонных отверстий с конфигурацией отверстий в виде сопел Лаваля, а внешние кавитаторы данного устройства выполнены виде в виде сопел Лаваля, причем вводной и выводной водяные
патрубки размещены на полой трубе электрогидроударной камеры, причем устройство дополнено съемным приспособлением для систематического удаления осадка из обработанной воды, присоединенным к днищу гидроударной камеры, а конструктивные параметры устройства и их соотношения выбирают из условия требуемой производительности тепловой энергии.
Описание устройства в статике Электрогидроударный (ЭГД) кавитационный очиститель - обеззараживатель воды - теплогенератор, показанный упрощенно на рис.1, содержит электрогидроударную (ЭГД) - камеру 1, состоящую из корпуса 2, в виде полого цилиндра, по краям которого два кавитатора 3, 4 и два конических выходными соплами 5, 6, размещенные прочно по ее торцам, и два отводных патрубка 7, 8, механически присоединенными к торцам сопел 5, 6, причем в корпус 2 ввернута электроискровая свеча 9 с центральным электродом 10, кольцевым электродом 11. электрически и механически соединенным с ее ввертной частью (не показана), электроизолятором 12, между ними, причем данный теплогенератор дополнен электрическим устройством, содержащим повышающий импульсный управляемый электрический преобразователь напряжения 13, с выходным высоковольтным электрическим конденсатором 14, и первичный источник электроэнергии 15, электрически присоединенный по входу к упомянутому преобразователю напряжения 13, причем первый выходной высоковольтный электрический потенциал преобразователя 13 заземлен на корпус 2, а второй его выходной электрический потенциал присоединен через высоковольтный коммутатор (ключ) 16 к центральному электроду 10 электроискровой свечи 9, причем отводные патрубки 7, 8 механически присоединены через отводные трубопроводы 17, 18 и обратные трубопроводы 19, 20 к кавитаторам 21, 22, гидравлически присоединенный к центральной оребренной тепловой водяной батарее 23. причем вводной и выводной водяные патрубки 24, 25, размещены на полой трубе 2 электрогидроударной камеры 1 и оснащены электромагнитными клапанами 26, 27 Устройство систематического удаления осадка из обработанной воды, присоединенное к днищу камеры 2, на рис.1 не показано.
Описание работы устройства Вначале в устройство заливают воду через главный вводной патрубок 24 при открытом клапане 28 в эту замкнутую гидросистему, содержащую полую камеру 2, сопла 5. 6, отводные патрубки 5, 8 и прочее, причем неполностью, оставляя и небольшой воздушный промежуток в камере 2, который служит демпфером при гидроударах. Затем электрически подключают первичный источник электроэнергии 15 к повышающему преобразователю напряжения 13 и от него заряжают накопительный электрический конденсатор с величиной емкости, достаточной для
возникновения гидроударного эффекта Юткина в воде в камере 2. Конкретно, осуществляют этот циклический электрогидроудар в камере 2 путем быстрого замыкания накопительного электрического конденсатора 14 через ключ 16 на центральный электрод 10 и кольцевой электрод 11 в электроискровой свече 9 для возникновения между ними вращающейся кратковременно электрической дуги в воде.
В результате этого электрического разряда в воде, в месте этого разряда, образуется парогазовая полость от импульсного локального перегрева вводы и, как следствие, развивается прямая волна давления в многие сотни атмосфер, которая передается всему объему воды в камере 2. Очистка и обеззараживание воды Исходная неочищенная вода для очистки и обеззараживания вводится из отстойного резервуара самотеком в электрогидроударную камеру очистки 1 при открытом клапане 26, по вводному патрубку 24, а очищенная вода выводится из нее выводным патрубком 25, после серии электрогидроударов самотеком при открывании клапана 27 После осуществления серии электрогидроударов в воде в камере 2 при закрытых клапанах 26, 27, обеззараженную и очищенную воду выводят по выпускному патрубку 25. Затем процесс циклично повторяют. В результате такого сильного электрического и гидродинамического воздействия на воду в момент мощного электрогидравлического удара (эффект Юткина) все бактерии в воде погибают, а все примеси, содержавшиеся в первичной воде выпадают в осадок и систематически удаляются из камеры 2, (устройство удаления осадка, в виде съемного лотка, присоединенного к днищу камеры 2 на рис.1 не показано), а очищенная вода поступает потребителю Затем поступает новая порция воды и процесс очистки и обеззараживания воды циклически повторяется. Отметим. что данное устройство является одновременно не только устройством очистки и обеззараживания воды, но и бесконтактным малозатратным кавитатором-электронасосом нового поколения что позволяет существенно сократить энергозатраты на очистку и обеззараживание воды и производить ее сразу в больших объемах при минимуме электропотребления и вообще отпадает необходимость в стандартных мощных перекачивающих насосах. Данное кавитационное устройство позволяет получить одновременно и дешевое тепло из воды Описание работы этого ЭГД-кавитационного устройства в режиме теплонагревателя В результате возникновения этого мощного электрогидроудара в воде в таком достаточно простом однокаскадном кавитационном теплогенераторе с замкнутым водоводом, в момент возникновения электрогидравлического удара в воде в камере 2, возникает мощная ударная волна давления в воде и интенсивная кавитация воды при ее скоростном выталкивании из камеры 2 благодаря кавитационным решеткам 3. 4. Далее два противоположно направленные кавитирующие потоки воды выталкиваются из выходных
вихревых конических сопел 5,. 6 камеры 2. и, далее,. получив ускорение и вращение в них, устремляется по отводным патрубкам 7,. 8 из камеры 2 и конических сопел 5,. 6 по отводным трубопроводам 17. 18 и обратным трубопроводом 19, 20 и через два внешних сопла Лаваля 21. 22, навстречу друг другу, встречно сталкиваясь в водяном тепловом радиаторе 23, и после выделения тепла от кавитации в нем и в трубопроводах и самой камере 2 - потом эти два встречных потока воды снова стремительно возвращаются в камеру 1 обратной волной давления в воде, образованной вследствие схлопывания парогазовой полости в воде, исходно образованной от первого электрогидроудара. После чего процесс циклически повторяется. Частота электрических разрядов и электрогидроударов регулируется частотой импульсов напряжения от блока 13. Важное условие надежности устройства ЭГД камеры 1, состоит в наличии в нем хотя бы одного упругого элемента ее конструкции для демпфирования силы гидроударовв пределах прочности механических конструкций.. К примеру, для осуществления этого условия внутренняя поверхность ЭГД-камеры 1 должна быть упругой, за защиты корпуса 2 от поломок при мощных цикличных гидроударах в воде. Отметим, что поскольку вода заливается в эту простую замкнутую гидравлическую систему не полностью, то и воздух. содержащийся внутри этой замкнутой гидросистемы при электрогидроударах в ЭГД камере 1 тоже служит отличным демпфером при ударных нагрузках в ней. Причем, благодаря наличию прямой и обратной волн давления при одном электрогидроударе в камере 2, в такой простейшей конструкции кавитационного теплогенератора, дополнительного водяного насоса, обратных гидроклапанов и системы долива воды не требуется, поскольку данная гидросистема герметизирована, а возвратно-поступательное движение кавитирующнй воды в камере 2 обеспечивают прямая и обратная волны давления в ней. Устройство позволяет осуществлять его работу как в раздельном в режиме очистки и обеззараживания воды и ее кавитационного теплонагрева, так и в совместном режиме Для обеспечения только режима работы очистки и обеззараживания воды - радиаторная водяная батарея 23 не нужна и снимается. Таким образом предложенный новый простой совмещенный кавитационный водяной очиститель и обеззараживатель воды, работающий на основе эффекта Юткина. является одновременно и бесконтактным эффективным теплогенератором
Изобретение обладает существенными отличиями от прототипа и полезным эффектом - повышения энергетической эффективности и расширением полезных функций - эффективным устройством для очистки и обеззараживания воды и существенно экономичнее аналогов вследствие устранения затратного водяного насоса и тем самым, упрощения устройства.
Кавитационное устройство для очистки и обеззараживания воды, содержащее полую камеру с водой, вводной и выводной патрубок для циркуляции воды, кавитационное устройство и электрический водяной насос, присоединенный к вводному патрубку и соединенный с внешней гидросистемой, отличающееся тем, что электрический водяной насос и кавитатор конструктивно совмещены и выполнены в виде электрогидроударной камеры, содержащей корпус в виде полого цилиндра, по краям которого размещены два дисковых кавитатора и два конических, выходными соплами размещенные по ее торцам, а также и два отводных патрубка, механически присоединенные к торцам сопел, причем в корпус ввернута электроискровая свеча с центральным электродом, кольцевым электродом, электрически и механически соединенным с ее ввертной частью, и электрическим изолятором между ними, и кольцевым магнитом, размещенным на этом электрическом изоляторе, причем данный теплогенератор дополнен электрическим устройством, содержащим повышающий управляемый электрический преобразователь напряжения, с выходным накопительным высоковольтным электрическим конденсатором, и первичным источником электроэнергии, электрически присоединенным по входу к упомянутому преобразователю напряжения, причем первый выходной высоковольтный электрический потенциал преобразователя заземлен на корпус камеры, а второй его выходной электрический потенциал присоединен через высоковольтный коммутатор к центральному электроду электроискровой свечи, причем этот повышающий преобразователь напряжения может быть выполнен в виде обычного повышающего индуктивного трансформатора, первичная обмотка которого присоединена к стандартной электросети переменного тока, а вторичная высоковольтная обмотка присоединена через выпрямитель к накопительному электролитическому конденсатору, с рабочим напряжением, согласованным с выходным напряжением, причем отводные патрубки камеры механически присоединены через отводные трубопроводы и обратные трубопроводы к внешним кавитаторам, гидравлически присоединенным к тепловой водяной батарее, причем регулятор интенсивности вырабатываемой тепловой энергии выполнен в виде регулятора частоты и скважности управляемого и бесконтактного высоковольтного коммутатора с изменяемой частотой и длительностью включения в зависимости от температуры воды, причем внутренние кавитаторы, размещенные в полой электрогидроударной камере, по ее торцам выполнены в виде дисков со сквозной перфорацией - в виде фасонных отверстий с конфигурацией отверстий в виде сопел Лаваля, а внешние кавитаторы данного устройства выполнены в виде сопел Лаваля, причем вводной и выводной водяные патрубки для очистки воды размещены на полой трубе электрогидроударной камеры и оснащены управляемыми клапанами, причем устройство дополнено съемным приспособлением для систематического удаления осадка из обработанной воды, присоединенным к днищу гидроударной камеры, а конструктивные параметры устройства и их соотношения выбирают из условия требуемой производительности и качества очистки воды.
