Система нагрева технологических жидкостей и получения газовой смеси

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для нагрева воды и различных технологических жидкостей и подготовки ее к эффективному электролизу для получения водорода и кислорода. Предложенная система содержит теплогенератор, в корпусе которого на валу закреплены два диска, образующие в объеме корпуса форкамеру, камеру междискового пространства и посткамеру. При этом расположение дисков на валу рассчитывают по определенной формуле, два диска теплогенератора выполнены с запрессованными магнитами, размещенными по периферии, над дисками установлены бифилярные катушки с рабочей и управляющей обмотками, сердечники которых посажены с натягом в корпус. Кроме того, введен управляющий блок, размещенный между рабочими и управляющими обмотками катушек, дополнительно в объем корпуса теплогенератора введен электролизер, пары электродов которого выполнены из одного игольчатого электрода, другого запрессованного в корпус, пары электродов размещены по периферии внутреннего объема корпуса в междисковом пространстве и посткамере. Система также содержит газосборник кислородно-водородной смеси, вход теплогенератора соединен с выходом ресивера, выход теплогенератора соединен с газосборником, и газосборник соединен с входом ресивера. Заявляемое техническое решение позволяет снизить энергозатраты для получения тепла и на генерацию газов. 8 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для нагрева воды и различных технологических жидкостей и подготовки ее к эффективному электролизу, для получения водорода и кислорода.

Известно техническое решение по патенту №90176 от 14.08.2009, МПК F24J 3/00, RU, устройство для создания кавитационных процессов, содержащее неподвижный цилиндрический корпус, в стенке которого выполнено отверстие выходного канала, жестко связанную с корпусом крышку, имеющую отверстие входного канала, выполненное по центру крышки соосно с валом подшипникового узла, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор с глухими цилиндрическими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах рядами по окружности и противолежащими идентичным глухим отверстиям, расположенным на торцах корпуса и крышки, отличающееся тем, что глухие цилиндрические отверстия ротора, корпуса и крышки расположены от оси вращения вала не менее расстояния, величина которого определяется по формуле.

Недостатками являются большие энергетические затраты на преодоление момента инерции чрезмерно массивного ротора (тогда как в предлагаемом решении роль ротора выполняет объем между двумя дисками) и работу против сил трения.

Известно техническое решение по патенту №63037 от 10.01.2007, МПК F24D 15/02, RU, устройство для нагрева жидкости, содержащее связанные между собой электронасос с трубопроводом для подачи холодной воды, основной корпус, часть которого выполнена конусообразной и в виде улитки, меньшее основание которого расположено со стороны насоса, другая часть выполнена цилиндрической для обеспечения возможности образования процесса кавитации и разделена тормозным средством на два отсека, выполненным в виде диска с отверстиями, несущего попарно расположенные в одном отсеке лопатки со скосами на свободных концах, расположенные с обеспечением возможности торможения вращательного движения воды, нагреваемой за счет разрыва образованных кавитационных пузырьков и для его преобразования в поступательное движение, на выходе другого отсека установлена металлическая сетка для обеспечения возможности окончательного преобразования вращательного движения полученной горячей воды в поступательное при выходе ее из другого отсека основного корпуса, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный корпус, внутренний канал которого выполнен улиткообразным и соединен посредством трубопровода с насосом и с полостью конусообразной части основного корпуса посредством тангенциально расположенного у его меньшего основания улиточного соплового элемента для обеспечения возможности образования центробежных сил, способствующих предварительному нагреву холодной воды.

Недостатком является сложность конструкции, которая предусматривает многостадийный технологический процесс изготовления с большими трудозатратами и использованием дорогостоящего оборудования, большое количество деталей, изнашивающихся в процессе эксплуатации, требуют периодической замены, что каждый раз влечет за собой разборку и монтаж установки, а следовательно, простой в течение регламентных работ, большое количество деталей, тормозящих поток жидкости, приводит к повышенным энергозатратам на вращение ротора установки.

Известно техническое решение по авторскому свидетельству СССР №1011730, С25В 1/12,1983 г., электролизер высокого давления для получения гремучего газа содержит корпус, разделенный обратным клапаном на электродную и газонакопительную части, где электродная часть выполнена с возможностью подводки питания от источника постоянного тока к его электродам, а газонакопительная с возможностью отвода газа из устройства под высоким давлением.

Недостатками являются низкая производительность и высокая опасность накапливания газа в устройстве до рабочего давления.

Известно техническое решение по патенту №2280103 от 24.01.2005, МПК С25В 1/04, RU, генератор водородно-кислородной смеси, содержащий герметичный корпус с рубашкой охлаждения, патрубок для вывода газа, снабженный отсекателем, электролизер с подводкой постоянного электрического тока к его электродам, насос высокого давления для подачи и распыления водного раствора электролита через форсунку с кавитатором в электролизер и качающее устройство с приводом, отличающийся тем, что качающее устройство с приводом выполнено в виде осевого компрессора с направляющими и рабочими лопатками, вал которого на подшипниковых опорах установлен в корпусе и связан с приводом, электролизер выполнен путем подводки постоянного электрического тока к направляющим и рабочим лопаткам осевого компрессора с возможностью электролиза воды при протекании постоянного тока через электролит.

Недостатками являются высокая энергоемкость устройства, необходимая для бортового аккумулятора, охлаждения воды, кондиционера; насоса высокого давления, привода электромотора, компремирования, конструктивное исполнение массивного ротора требует на раскрутку больших затрат энергии; направляющие и рабочие лопатки, создающие большое гидродинамическое сопротивление потоку, требуют повышенного расхода энергии; очень серьезная проблема - электрическая изоляция ротора от статора для подачи на них разнополярного напряжения, а также подведение через скользящий контакт напряжения на ротор с потерей энергии при неизбежном искрении.

Известно техническое решение, предложенное в качестве близкого аналога по патенту №2319911 от 25.08.2006, насос-теплогенератор кавитационно-вихревого типа имеет расположенные на валу между корпусными торцевыми поверхностями с гарантированным зазором диски, на торцевых поверхностях которых выполнены по крайней мере по два ряда лунок, симметрично расположенных относительно оси вала, на различных относительно вала радиусах, на прилегающих к торцевой поверхности диска с лунками корпусных торцевых поверхностях также выполнено по меньшей мере по два ряда подобных лунок на радиусах, смещенных относительно лунок дисков на величину, близкую половине расстояния между радиусами расположения лунок диска, а радиальный размер лунок выполнен из условия частичного перекрытия лунок диска лунками торцевых корпусных поверхностей в процессе поворота диска при его вращении валом. Расположение лунок обеспечивает усиление вихревых и кавитационных процессов в лунках и торцевых проходных каналах за счет увеличения по ходу движения жидкости ее энергии вращения и генерации импульсов высокого давления в рабочих каналах

Недостатками конструктивного решения аналога являются:

- указанный зазор между диском и поверхностью приводит к биению вала с дисками,

- выполненные отверстия на диске, как изменение геометрии дисков, приводит к ослаблению конструкции дисков и к увеличению гидравлического сопротивления потока технологической жидкости, что приводит к снижению кпд устройства,

- выполнение конструктивного решения, где диск выполнен из электропроводящего материала и диск подключают к источнику электричества, - невозможно без дополнительного изолирования от вала,

- выполнение фланцев, выполняющих функцию постоянных магнитов, а дисков из электропроводящего материала приводит к возрастанию энергоемкости в системе.

Задачей настоящего технического решения является снижение потребляемой мощности для получения тепла и уменьшение энергозатрат при последующем проведении электролиза с целью получения газовой смеси водорода и кислорода.

Поставленная цель достигается следующим образом.

Система нагрева технологических жидкостей и получения газовой смеси содержит теплогенератор, на валу которого между корпусными поверхностями с зазором закреплен, по меньшей мере, один диск, причем на валу ротора теплогенератора закреплен второй диск, образующий в объеме корпуса теплогенератора камеры: форкамеру, междискового пространства и посткамеру. Расположения дисков на валу расчитывают по формуле:

Y=0.125(X2+1),

где X=0.5F,

где F - диаметр вала, мм,

Х - длина вала телогенератора, мм,

Y - диаметр корпуса теплогенератора, мм,

- диаметр и толщина дисков выполнены в соответствии с формулой:

h=0.75×D/50,

где

h - толщина диска, мм,

D - диаметр диска, мм,

два диска теплогенератора выполнены с запрессованными магнитами, размещенными по периферии,

над дисками установлены бифилярные катушки с рабочей и управляющей обмотками, сердечники которых посажены с натягом в корпус теплогенератора,

введен управляющий блок, размещенный между рабочими и управляющими обмотками бифилярных катушек,

управляющая обмотка соединена с входом транзистора управляющего блока,

дополнительно в объем корпуса теплогенератора введен электролизер, пары электродов которого выполнены: из одного игольчатого электрода, другого запрессованного в корпус,

пары электродов размещены по периферии внутреннего объема корпуса теплогенератора в междисковом пространстве и посткамере,

введен газосборник кислородно-водородной смеси,

электродвигатель кинематически соединен с валом теплогенератора,

вход теплогенератора соединен трубопроводом с выходом ресивера

На чертежах

Рис.1 - общий вид системы,

где

1 - ресивер,

2 - электродвигатель,

3 - теплогенератор,

4 - бифилярные катушки,

5 - управляющий блок,

6 - трубопровод,

7 - электролизер,

8 - рабочая жидкость,

9 - магниты,

10 - газосборник,

11 - термопара,

12 - расходомер,

13 - вентиль,

14 - манометр,

15 - подшипник,

16 - торцевое уплотнение,

17 - прокладка,

18 - диски,

19 - форкамера,

20 - междисковое пространство,

21 - посткамера.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Ресивер 1 с рабочей жидкостью 8 связан трубопроводом 6 с теплогенератором 3. Подача воды в ресивер 1 осуществляется через входной штуцер в зону наименьшего давления, выход через выходной штуцер из зоны наибольшего давления.

Вентиль 13 трубопровода 6 регулирует расход воды в системе. С помощью термопары 11 осуществляют контроль температуры рабочей жидкости на входе в теплогенератор.

Расходомером 12 осуществляют контроль расхода рабочей жидкости, циркулирующей в системе.

Вал ротора теплогенератора 3 установлен в подшипниках 15 с торцевым уплотнением 16 и кинематически связан с валом электродвигателя 2. На валу ротора закреплены два диска 18, образующие в объеме корпуса теплогенератора три камеры: форкамеру 19, междискового пространства 20, посткамеру 21.

По периферии дисков 18 теплогенератора 3 запрессованы магниты 9. На корпусе теплогенератора 3 над дисками 18 закреплены сердечники бифилярных катушек 4, электрически связанные с управляющим блоком 5. Пары электродов электролизера 7 размещены в объеме корпуса теплогенератора 3, одни из которых в игольчатой форме и закреплены через электрически изолированные прокладки на корпусе, другие запрессованы в корпус теплогенератора 3. Пары электродов размещены по периферии внутреннего объема корпуса теплогенератора 3 в междисковом пространстве 20 и посткамере 21.

Трубопровод с вентилем соединяет теплогенератор 3 с газосборником 10, в котором накапливается выделившаяся кислородно-водородная смесь. Газосборник 10 соединен трубопроводом с ресивером 1.

Система работает следующим образом.

При запуске электродвигатель 2 приводит во вращение ротор с дисками 18 теплогенератора 3. На дисках 18 запрессованы магниты 9. На корпусе теплогенератора 3 закреплены бифилярные катушки 4, состоящие из двух обмоток: управляющей и рабочей.

Управляющая обмотка необходима для определения момента прохождения постоянного магнита 9 мимо стального сердечника бифилярной катушки 4 и открытия транзистора управляющего блока 5. При приближении магнита 9 к сердечнику бифилярной катушки 4 в управляющей обмотке катушки возникает ЭДС индукции, см. схему на Рис.2.

Магнит 9 притягивается к сердечнику катушки 4. По цепи управляющей обмотки катушки 4 начинает течь ток, который при достижении порогового значения открывает транзистор управляющего блока 5.

После открытия транзистора управляющего блока 5, магнит 9 перемещается под сердечником бифилярной катушки 4. В цепи рабочей обмотки катушки 4 возникает ЭДС самоиндукции, создающая электромагнитное поле, намагничивающее сердечник, вследствие чего между сердечником и постоянным магнитом возникает сила отталкивания. Магнит 9 начинает удаляться от сердечника.

Во время отталкивания магнита 9 от сердечника бифилярной катушки 4 диску-ротору установки сообщается механический вращающийся момент. При удалении магнита 9 от сердечника бифилярной катушки, ЭДС в управляющей обмотке ослабевает, что приводит к закрытию транзистора управляющего блока 5. В цепи управляющей обмотке катушки 4 перестает течь ток. Происходит мгновенное размагничивание сердечника. В результате в рабочей обмотке катушки 4 возникает импульс напряжения порядка 1500 В.

При приближении следующего магнита все происходит аналогично. Полученные импульсы напряжения поступают на электроды электролизера 7, которые расположены в теплогенераторе 3.

Электроды 7, между которыми находится вода в качестве диэлектрика, образуют конденсатор, который, будучи включен в последовательную резонансную схему с дросселем (катушка индуктивности 4), при достижении напряжения пробоя разряжается через воду, тем самым, разлагая ее на водород и кислород.

Оптимальная частота однополярных импульсов, поступающих на конденсатор, устанавливается путем регулировки скорости вращения электродвигателя и подбирается в соответствии с максимальным объемом выхода водородно-кислородной газовой смеси. Регулировка скорости вращения электродвигателя осуществляется с помощью частотного преобразователя.

Сбор готовой к употреблению кислородно-водородной смеси и других растворенных в воде газов в качестве топлива производят в газосборнике. Во второй и третьей камерах теплогенератора 3 установлены пары электродов электролизера 7. На дисках 18 теплогенератора 3 установлены магниты 9, на корпусе над дисками установлены бифилярные катушки 4, сердечники которых посажены с натягом в корпус теплогенератора 3.

В теплогенераторе размещено 6 бифилярных катушек с рабочими и управляющими обмотками и 6 пар электродов. Электроды располагаются на периферии внутреннего объема теплогенератора 3, где происходит основная циркуляция жидкости. Три пары электродов расположены во второй камере 20 корпуса теплогенератора на расстоянии 10 мм от внутренней поверхности по ходу движения жидкости 2-го диска и под 120° по отношению друг к другу. Первые три пары электродов так же, как и теплогенератор, предназначены для подготовки жидкости к разложению. Следующие три пары электродов расположены на расстоянии 5, 10, 15 мм от внешней поверхности по ходу движения жидкости 2-го диска соответственно и под 120° по отношению друг к другу и предназначены для «основного» разложения жидкости.

Расчеты показывают, что при расходе воды 6 л/мин и частоте вращения ротора 6000 мин-1 жидкость движется через теплогенератор 3, имеющий диаметр 300 мм и длину 300 мм, в течение одной минуты и скоростью вдоль оси ротора - 5 мм/сек, при этом линейная скорость воды на периферии дисков составляет 100 м/сек; то есть отдельно взятая молекула воды совершает порядка 100 оборотов в секунду по периферии теплогенератора 3 и сдвигается по оси теплогенератора на расстояние ~5 мм. Отсюда следует, что если расположить электроды электролизера 7 в третьей камере 21 на расстоянии 5 мм друг от друга вдоль оси вращения, то частота воздействия электрических импульсов на отдельно взятую молекулу воды будет составлять ~ 300 Гц. Первый электрод выполнен в виде иглы длиной 30 мм, диаметром 3 мм и с углом при вершине острия ~20° для получения максимального напряжения; второй электрод замкнут на корпус теплогенератора 3, тем самым, при импульсе пробивается оптимальное, с точки зрения количества электричества, количество молекул воды; а именно: при напряжении импульса ~1500 В, силе тока ~0,00185 А, заряд импульса ~0,185 Кл.

Проведенные исследования показали, что при:

использовании в качестве рабочей жидкости воды,

линейной скорости вращения дисков, не менее 100 м/сек,

диаметра камеры теплогенератора - 300 мм, длины камеры - 300 мм,

частоты вращения дисков - 6000 об/мин,

зазора между диском ротора и корпусом - 1 мм,

толщина дисков должна быть минимальной с позиций уменьшения энергозатрат на раскрутку технических жидкостей, но и должна обеспечивать им достаточную жесткость. Чем больше диаметр установки, тем толще должны быть диски.

Экспериментально было установлено, что толщина диска должна быть связана с диаметром диска следующей эмпирической формулой:

h=0.75×D/50,

где h - толщина диска, мм, D - диаметр диска, мм.

То есть, если диаметр диска D=300 мм, расчетная толщина диска h будет равна 0.75×300:50=4.5 мм.

При меньшей толщине диски из-за перепадов давлениия ломает; при большей - из-за повышенного энергопотребления - падает кпд установки.

На Рис.3 приведены результаты исследования зависимости кпд теплогенератора от количества дисков на валу (отношения выделяемого тепла в единицу времени, кДж\сек, к потребляемой электроэнергии, кВт). Как видно из графика зависимости, Q=f(N) - есть только один экстремум на кривой в точке, соответствующей двум дискам на валу в теплогенераторе.

После получения данных камера теплогенератора была разобрана и обследована и несмотря на то что в экспериментах варьировалось число дисков от 1 до 15, на внутренней поверхности цилиндра корпуса (статор) было зафиксировано 2 (только две) кольцевые полоски цветов побежалости стали (сталь 45) в тех местах, где были расположены крайние диски, см. Рис.4, что свидетельствует о достижении только в этих местах температуры выше 350°С.

Изучение эпюры давлений в ходе работы теплогенератора, см. Рис.5, показало, что в аппарате в результате интерференции возникает стоячая звуковая волна с пучностями и узлами в местах, кратных четверти длины волны, см. Рис.6.

Поскольку энергия системы, совершающей гармонические колебания, пропорциональна квадрату амплитуды колебания и не зависит о времени

Е=1/2ρА2ω2, где ρ, А, ω - плотность среды, амплитуда, частота колебаний соответственно, казалось бы, что с увеличением амплитуды колебаний или диаметра теплогенератора должен увеличиваться тепловой эффект, а с ним и кпд установки, однако этого не наблюдается.

Промежуточные диски также не вносят ощутимого эффекта в тепловой баланс, потому что между двумя крайними дисками находится парогазовая смесь (регистрируемое давление=0.135 ат), которая «проскакивает» все промежуточные диски без каких-либо ощутимых тепловых эффектов и начинает конденсироваться только на последнем (крайнем) диске, так как за ним регистрируемое давление составляет 5.5 атм, см. Рис.7.

На периферии последнего диска происходит конденсация водяного пара с фазовым переходом 1 рода и выделением тепла. Более того на 1-м и на последнем дисках в силу перепадов давлений, см. Рис. 3, происходит образование ударных волн с сопутствующим выделением тепла. Как уже говорилось, на промежуточных дисках таких резких перепадов давлений не наблюдается, фазовые переходы там практически отсутствуют, что и сказывается отрицательно на общем кпд установки.

При вращении вала с дисками в заполненной водой камере теплогенератора вода, раскручиваясь в форкамере 19 по спирали, отбрасывается к периферии диска 18, где, попадая в узкий зазор между корпусом и диском, испытывает сжатие на коротком отрезке пути, подвергаясь определенному воздействию со стороны центробежных сил, что вызывает в воде фазовый переход 1 рода, сопровождающийся выделением тепловой энергии. Одновременно дополнительное тепло образуется при возбуждении в воде массовой кавитации, возникающей за счет высоких скоростей потоков жидкости. Вода, пройдя область сжатия на первом диске, попадает в междисковое пространство 20, где за счет одновременной раскрутки двумя дисками 18, она почти вся отбрасывается к поверхности корпуса 3 и выдавливается в третью камеру 21.

В междисковом пространстве 20, при зафиксированном разрежении, равном 0,135 атм остаточного давления, вода, пройдя зазор на первом диске 18 и имея ~108/см3 центров развития кавитации, превращается в парогазовую смесь, разогретую на 10°С больше, чем в 1 камере (0,4 атм). При подходе ко второму диску 18, парогазовая смесь начинает конденсироваться, что сопровождается выделением тепла. При этом максимальные значения наблюдаются в зазоре между корпусом 3 и диском 18 камеры теплогенератора. Далее вода претерпевает те же метаморфозы, что и при проходе 1-го диска, попадая в третью камеру 21. Однако в третьей камере фиксируется давление, равное 5,5 атм. Это свидетельствует о том, что вода продолжает сжиматься и структурироваться, выделяя тепло. Общий перепад температур на входе и выходе теплогенератора составляет (при диаметре ротора в 300 мм и расходе воды 12 л/мин) 30°С. Если добавить на вал ротора дополнительный, третий диск, то это даст, при том же расходе воды, прирост температуры только ~5°С, т.е. общий перепад температур на входе и выходе составит 35°С, а потребление энергии возрастет не пропорционально наращиванию тепловыделения. При этом кпд 3-го диска будет равен, примерно 0,8, тогда как, ротор с 2-мя дисками, дает кпд ~95%.

Таким образом, оптимальное количество дисков на валу ротора теплогенератора равно 2.

В результате серии экспериментов была получена эпюра распределения давления внутри кавитатора, которая эмпирически описывается следующим уравнением параболы:

Y=0.015*X2,

где

Y - радиус кавитатора;

Х - половина расстояния между дисками кавитатора.

При проектировании аппаратов разных диаметров, а соответственно, и разной производительности расстояние между дисками определяется по следующей формуле:

H = 2 * ( R / 0.015 ) ; ф о р м у л а 1.1

где

Н - расстояние между дисками;

R - радиус кавитатора.

Пример: определить расстояние между рабочими дисками в кавитаторе диаметром 300 мм

Имеем:

R=150 мм (радиус корпуса кавитатора).

Подставляя данное значение в формулу 1.1., получаем:

H = 2 * ( 150 / 0.015 ) = 200 м м .

Следовательно, оптимальное расстояние между рабочими дисками в кавитаторе с диаметром корпуса 300 мм составляет 200 мм.

Увеличение длины аппарата, позволяющее разнести расстояние между двумя парами дисков (то есть на валу могло бы находиться 3 диска) до формулы Y=0.015*Х2, нецелесообразно ввиду увеличения металлоемкости конструкции, снижения прочности вала и снижения кпд устройства.

При запуске теплогенератора вода, первоначально заполняющая весь объем камеры, равный 18 литрам, отбрасывается вращающимися дисками на периферию дисков и выбрасывается из камеры теплогенератора. Если во время работы теплогенератора перекрыть вентили А и Б, выключить электродвигатель, дождаться остановки вращения дисков и открыть вентиль Б, то вода начнет всасываться в камеру из ресивера и счетчик расхода воды начнет крутиться в обратном направлении и после того как вода заполнит всю камеру, покажет значение - 12 литров. То есть во время работы теплогенератора в нем находится 1/3 первоначального объема воды - 6 литров.

Наблюдения за физико-химическими параметрами рабочей среды при работе теплогенератора позволили обнаружить ряд эффектов, один из которых состоял в том, что теплогенератор будучи включен последовательно с тестером (анализатор тока и напряжения) в электрическую цепь: клемма на корпусе теплогенератора-тестер-нуль-клемма (заземление) начинает демонстрировать текущий в теплогенераторе электричесий ток. На Рис.8 показана характерная кривая изменения напряжения (тока) во времени. Так как электрический ток - это направленное движение ионов, был сделан вывод о том, что в процессе пребывания в камере теплогенератора молекулы воды претерпевают ряд превращений, в результате которых они вынуждены диссоциировать на ионы, а именно:

Н2О.aqua=дегидратированная H2O

H2O=Н++ОН-

Если теперь активированную в теплогенераторе воду направить в электролизер и подать на электроды постоянное напряжение, в электролитической ячейке начнут идти окислительно-восстановительные процессы, приводящие к выделению водорода и кислорода, причем, по сравнению с контрольным процессом - см. Таблицу 1, - количество газов увеличивается более, чем в 5 раз.

Вывод: в данном электролизере оптимальный расход воды - 4 л/мин. При больших скоростях потока воды ионы H+ и ОН- проскакивают электроды, не успевая зарядиться-разрядиться.

Зависимость газовыделения при электролизе воды приведена в Таблице 2.

В следующей серии экспериментов изучалось влияние расстояния между электродами электролизера и точки выхода воды из теплогенератора на газовыделение - Таблица 3.

Было выявлено падение силы тока и количества выделяемого газа ~ на 7% на каждый метр расстояния от выхода из теплогенератора.

А после того как электроды были интегрированы непосредственно в теплогенератор, регистрируемый ток «подскочил» в 1.25 раза с одновременным увеличением в 1.25 раза количества выделяемого газа.

Основной вывод, сделанный по результатам этих экспериментов, - эффективнее всего интегрировать электроды с подводом на них постоянного напряжения непосредственно в посткамеру теплогенератора.

Дело в том, что основная энергия при подаче постоянного напряжения на электроды, погруженные в воду, затрачивается на:

1) дегидратацию молекул воды (разрыв водородных связей) - сродство молекул воды к протону - 7.1 эВ;

2) диссоциацию молекул воды на ионы Н+ и ОН-:

- энергия ионизации молекул воды - 12.6 эВ.

(Химическая энциклопедия. Т.1. Научное издательство. Большая российская энциклопедия. Москва, 1998, с.763-766.)

А раз так, то подавая напряжение меньшего значения непосредственно в теплогенератор, где молекулы воды уже дегидратированы и диссоциированы, можно получить хороший выход газообразных водорода и кислорода.

Теперь, организовав с помощью описанной выше электрической схемы с применением бифилярных катушек подачу постоянного напряжения на электроды во вторую и третью камеры теплогенератора, мы, практически, без дополнительных затрат энергии получаем до 20 л/ч смеси водорода и кислорода (характеристики теплогенератора приведены ранее);

характеристики бифилярных катушек:

- количество витков управляющей и рабочих катушек 600, диаметр медной проволоки управляющей и рабочей катушек - 0.2 и 0.4 мм соответственно.

- сопротивление управляющей и рабочей катушек 5.7 Ом и 2.6 Ом соответственно.

- проводимость тока управляющей и рабочей катушек 2.0 А и 4.6 А соответственно.

Таким образом, показав:

- что оптимальная конструкция дискового кавитационного теплогенератора должна иметь только два диска на роторе, мы довели кпд оного до 95%;

- что внедрение каскада электродов постоянного напряжения во вторую и третью камеры теплогенератора снижает затраты электроэнергии на производство смеси водорода и кислорода и делает их при использовании схемы бифилярных катушек вкупе с вращающимися магнитами на дисках теплогенератора практически беззатратными, поскольку электрическая схема работает таким образом, что при подходе и отходе магнитов к и от сердечника ротору сообщаются дополнительные механические моменты.

Система нагрева технологических жидкостей и получения газовой смеси, содержащая теплогенератор, на валу которого между корпусными поверхностями с зазором закреплен, по меньшей мере, один диск, отличающаяся тем, что
- на валу ротора теплогенератора закреплен второй диск, образующий в объеме корпуса теплогенератора камеры: форкамеру, междискового пространства и посткамеру,
- расположения дисков на валу рассчитывают по формуле:
Y=0,125(X2+1),
где Х=0,5F,
где F - диаметр вала, мм,
Х - длина вала теплогенератора, мм,
Y - диаметр корпуса теплогенератора, мм,
- диаметр и толщина дисков выполнены в соответствии с формулой:
h=0,75·D/50,
где h - толщина диска, мм,
D - диаметр диска, мм,
- два диска теплогенератора выполнены с запрессованными магнитами, размещенными по периферии,
- над дисками установлены бифилярные катушки, с рабочей и управляющей обмотками, сердечники которых посажены с натягом в корпус теплогенератора,
- введен управляющий блок, размещенный между рабочими и бифилярными обмотками бифилярных катушек,
- управляющая обмотка соединена с входом транзистора управляющего блока,
- дополнительно в объем корпуса теплогенератора введен электролизер, пары электродов которого выполнены: из одного игольчатого электрода, другого запрессованного в корпус,
- пары электродов размещены по периферии внутреннего объема корпуса теплогенератора в междисковом пространстве и посткамере,
- введен газосборник кислородно-водородной смеси,
- электродвигатель кинематически соединен с валом теплогенератора,
- вход теплогенератора соединен трубопроводом с выходом ресивера,
- выход теплогенератора соединен трубопроводом с газосборником, и газосборник соединен трубопроводом с входом введенного ресивера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологиям и средствам автономного отопления объектов различного назначения с комплексным использованием, на основе скважинных циркуляционных систем закрытого типа и тепловых насосов, низкопотенциальных возобновляемых тепловых источников из окружающей среды.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева жидкости в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве.

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для обогрева помещений и основного оборудования газораспределительных станций и газораспределительных пунктов путем трансформации энергии давления транспортируемого газа в тепловую.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в устройствах, охлаждающих жилые и иные сооружения в теплый период года и нагревающих эти сооружения в холодное время года.

Изобретение относится к химическому оборудованию и может быть использовано в области производства пищевых продуктов, кормопроизводстве, лакокрасочной промышленности, при подготовке топливных смесей и других смежных областях.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах отопления и в аппаратах нагрева различного назначения. .

Изобретение относится к теплотехнике и может применяться для разогрева нефтепродуктов, в отопительной системе зданий и других отраслях. .

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплогенераторам кавитационного типа, и может быть использовано в системах горячего водоснабжения, отопления и устройствах нагрева жидкости различного назначения.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для нагрева жидкостей. .

Изобретение относится к отопительной технике и может быть использовано для нагрева воды для горячего водоснабжения и отопления, а также освещения помещений с использованием энергии ветра

Изобретение относится к отопительной технике и может быть использовано для нагрева воды для отопления и горячего водоснабжения

Изобретение относится к области насосостроения и может найти применение в центробежных герметичных электронасосах, перекачивающих взрывопожароопасные жидкости с повышенной вязкостью. Электронасос-теплогенератор содержит в одном корпусе подвод, рабочее колесо и отвод насоса, а также статор и установленный в опорах скольжения на полом валу полый ротор приводного электродвигателя. Внутри полого ротора выполнена тепловая труба. В установленный на валу гидродинамический роторный кавитатор включен ультразвуковой резонансный усилитель кавитации. В пространстве между статором и ротором на полом валу выполнены коаксиальные тепловые трубы. Изобретение направлено па улучшение всасывающей способности электронасоса, повышение его к.п.д. и снижение потребляемой им мощности за счет повышения температуры перекачиваемой жидкости внутри электронасоса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться для нагрева жидкостей, а также как смеситель различных жидкостей. Устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую часть, и ускорителя движения жидкости, выполненного в виде циклона, насос, соединенный с теплогенератором посредством инжекционного патрубка, в котором размещена, по крайней мере, одна вставка, и систему теплообмена. Вставка выполнена в виде сплошной пластины, ориентированной вдоль инжекционного патрубка перпендикулярно торцам циклона. Вставка в инжекционном патрубке принудительно расширяет струю в месте входа её в циклон, что приводит к образованию вакуумметрической области, далее по потоку области сжатия, вакуума, снова сжатия и т.д. По мере продвижения в циклоне каждого элемента струйного потока по этим чередующимся областям в нём образуются и схлопываются кавитационные каверны, обеспечивающие нагрев воды или другой технологической жидкости. Изобретение позволяет повысить эффективность нагрева жидкости и надежность работы устройства. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу радиочастотного нагрева нефтеносной породы с использованием набора из одной или более радиочастот. Способ включает следующие шаги: (a) смешивание первого вещества, включающего нефтеносную породу, и второго вещества, включающего воспринимающие частицы в виде дипольных антенн, с образованием смеси из 10-99% по объему первого вещества и 1-50% по объему второго вещества; (b) воздействие на упомянутую смесь радиочастотной энергией с частотой или частотами из упомянутого набора из одной или более радиочастот и мощностью, достаточной для нагрева воспринимающих частиц; и (c) продолжение воздействия радиочастотной энергией на протяжении времени, достаточного для нагревания воспринимающими частицами упомянутой смеси до средней температуры, превышающей приблизительно 100°C (212°F). При этом способ характеризуется тем, что упомянутые воспринимающие частицы представляют собой проводящие углеродные волокна в форме нитей с длиной, выбранной между 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16 длины волны. Упомянутые воспринимающие частицы могут иметь преимущества для радиочастотного нагрева углеводородных соединений, например повышенная температура (достаточная для дистилляции или пиролиза), безводная переработка, а также более высокая скорость или эффективность. 13 з.п. ф-лы, 3 пр., 2 ил.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе теплопередачи в трубчатых аппаратах (теплогенераторах, теплообменниках, отопительных приборах). Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического звена для трубы. Это достигается тем, что термоэлектрическое звено содержит трубу теплоносителя, покрытую слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, выполненным из отдельных кольцевых зубчатых ребер с зубцами, плотно прижатых друг к другу, внутри каждого из которых помещены кольцевые зигзагообразные ряды термоэлектрических секций, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зонах нагрева и охлаждения, вблизи кромки зубца ребра и наружной поверхности трубы теплоносителя, соответственно, причем свободные концы зигзагообразных кольцевых рядов каждой термоэлектрической секции соединены между собой перемычками, а свободные концы кольцевых рядов крайних термоэлектрических секций, в свою очередь, соединены электропроводами с коллекторами и токовыводами. 5 ил.

(57) Изобретение относится к области электротехники и эксплуатации систем с асинхронным электродвигателем и частотным регулятором, в частности к регулированию скорости вращения и предотвращению критических режимов работы. Техническим результатом способа является повышение надежности кавитатора, обеспечение поддержания его устойчивой работы путем коррекции режима работы в случае обнаружения признака, свидетельствующего о приближении возникновения срыва потока изменением скорости вращения электродвигателя. Способ управления процессом повышения стабильности работы кавитатора включает прохождение жидкости в зазоре между ротором и статором и последующее преобразование полученной энергии в тепловую, регулирование процессом нагрева. Заявляемый способ контроля режимов работы кавитатора основан на анализе соотношения высших гармоник в электрической сети, сравнении его с пороговым значением и формировании сигнала управления для частотного регулятора, который управляет скоростью вращения электродвигателя. Способ управления позволяет достичь максимальной эффективности способа активации технологических жидкостей для последующего использования в различных процессах химических производств: растворения, теплогенерации, синтеза. 5 ил.

Изобретение относится к способу управления комбинированным устройством и комбинированному устройству, в котором может быть применен данный способ. Способ управления устройством 1, которое содержит, по меньшей мере, компрессорную установку 2 и/или устройство для сушки с одной стороны и систему 3 регенерации тепла с другой стороны. Система 3 регенерации тепла поглощает тепло из компрессорной установки 2. Комбинированное устройство 1 дополнительно содержит контроллер 5 и средство 6 для установления одного или более параметров системы. Контроллер 5 управляет как компрессорной установкой 2 и/или устройством для сушки, так и системой 3 регенерации тепла, на основе вышеупомянутых параметров системы, с оптимизацией общей эффективности комбинированного устройства. Изобретение направлено на снижение общего энергопотребления комбинированного устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы., 1 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для нагрева воды и различных технологических жидкостей и подготовки ее к эффективному электролизу для получения водорода и кислорода

Наверх