Способ получения тепла - RU2165054C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлив.

Известны фрикционные способы получения тепла для нагрева жидкостей, заключающиеся в том, что тепло получают в результате трения друг о друга и/или о жидкость твердых тел, приводимых в движение в сосуде с жидкостью. Например, А.С. СССР N 1627790, МКИ F 24 J 3/00, Бюл. N 6, 1991 г.

Известны также гидродинамические (струйные) способы нагрева жидкостей, при которых тепло получают за счет воздействия струй жидкости друг на друга или на механические препятствия, размещенные на пути струй. При этом в тепло превращается часть кинетической энергии струи как за счет трения ее потока о препятствия, так и за счет ударных воздействий при кавитационных процессах, возникающих при этом /Акунов В. Струйные мельницы. - М.: Машиностроение, 1967, - 269 с./.

Недостатком этих способов является то, что из-за низкого КПД используемого оборудования и потерь энергии выход тепловой энергии, уносимой нагреваемой жидкостью, ниже затрат электрической или механической энергии, потребляемой насосом, нагнетающим жидкость в устройство для осуществления способа. То есть эффективность нагрева меньше единицы.

В последние годы появился ряд способов получения тепла, эффективность которых превышает единицу. Наиболее эффективен из них способ, описанный в /Колдамасов А. И. Журнал технической физики, 1991 г, т. 60, N 2, c. 188 - 190/. Он заключается в том, что в воду, очищенную от солей до удельного сопротивления 10¹¹ - 10¹⁴ Ом · м, добавляют до 1% тяжелой (дейтериевой) воды (операция добавления тяжелой воды описана в публикации /А.Колдамасов, Ядерный реактор на столе - "Техника-молодежи", 2000 г. N 1, с. 13/) и с помощью шестеренчатого насоса, развивающего давление до 7 МПа, нагнетают эту воду и присоединенную к насосу камеру (отрезок трубы из стекла или оргстекла), в которой установлен вкладыш из оргстекла или другого диэлектрического материала с отверстием (фильерой) в нем, соосным с осью камеры и имеющим диаметр 1 - 2 мм. Проходя под давлением через фильеру, вода самопроизвольно завихряется в турбулентный поток. При этом у краев отверстия возникает кавитация. Ее усиливают, подбирая скорость вращения шестеренчатого насоса такой, при которой толчки в воде, возникающие при смыкании каждой пары зубьев шестерен насоса и повторяющиеся с частотой 1 - 5 кГц, входят в резонанс с собственными звуковыми колебаниями столба воды между насосом и вкладышем. При этом у краев отверстия фильеры появляется свечение, обусловленное электрическими явлениями, сопровождающими кавитацию. Из области свечения исходит рентгеновское излучение, мощность дозы которого непосредственно возле камеры достигает 1 мкР/с при энергии γ - квантов до 0,3 МэВ, а также нейтронное излучение с плотностью потока нейтронов у поверхности камеры (на расстоянии ~10 см от фильеры) до 40 см^-2/с при энергии нейтронов до 3 МэВ.

Последнее обстоятельство указывает на то, что в области свечения происходят ядерные реакции между ядрами атомов дейтерия
²D +²D --->³He + n + 3,26 МэВ (1)
Вода после фильеры оказывается нагретой до 80 - 90^oC, в то время как на вход насоса воду подают при комнатной температуре. Калориметрия воды на входе и выходе описанного устройства показывает, что при потребляемой мощности насоса 10 кВт выходящая из фильеры вода уносит с собой до 200 кВт тепловой мощности.

Появление дополнительного тепла, количество которого по данным публикации /А. Колдамасов, "Техника-молодежи", 2000 г, N 1, с. 13/ почти в 20 раз превышает то количество тепла, которое могло быть получено за счет превращения в тепло механической энергии движения воды, подаваемой насосом, можно объяснить только выделением энергии ядерных реакций, идущих при этом способе. Но при выходе нейтронов с суммарной интенсивностью ~10³ с^-1, зарегистрированной экспериментально, выход тепловой энергии, получаемой за счет ядерной реакции (1), согласно уравнению этой реакции не может превышать 5 · 10^-10Вт. Это говорит о том, что появление дополнительного тепла не может объясняться только реакцией (1). Не исключено, что при этом идут и другие ядерные реакции, не сопровождающиеся излучением нейтронов, но выделяющие дополнительное тепло. Подробнее о том, какие именно ядерные реакции могут идти в этих условиях, говорится в книге /Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения. - Кишинев - Черкассы: "Око-Плюс", 04.01.2000, с. 280 - 283, 397/.

Выходящую из описанного устройства горячую воду направляют в теплообменник, где с нее снимают полученное тепло, например, в виде теплой воды для обогрева помещений или путем испарения аммиака для приведения его парами во вращение турбогенератора, вырабатывающего вторичную электроэнергию. А высокочистую охладившуюся в теплообменнике воду направляют на доочистку с помощью ионообменных смол и возвращают по замкнутому контуру в сосуд, из которого ее снова нагнетают с помощью насоса в камеру с фильерой.

Недостатком описанного способа является необходимость постоянно доочищать воду, циркулирующую по замкнутому контуру, чтобы поддерживать ее удельное сопротивление в пределах 10¹¹ - 10¹⁴ Ом · м. А ионообменные смолы, с помощью которых осуществляют доочистку, не терпят высоких температур. Поэтому воду перед подачей в устройство доочистки дополнительно охлаждают до комнатной температуры или стремятся охлаждать ее до такой температуры уже в том теплообменнике, с помощью которого снимают с нее вырабатываемое тепло, направленное на полезное использование. Для этого в качестве теплоносителя вторичного контура используют низкокипящие жидкости, такие как аммиак или фреон. Охлаждение воды в теплообменнике до комнатной температуры ведет и к уменьшению расхода высокочистой воды в рабочем контуре, что уменьшает нагрузку на устройство доочистки воды.

Другим недостатком известного способа является повышенный уровень нейтронного и рентгеновского излучения, делающий этот способ радиационно опасным и требующий наличия биологической защиты от ионизирующего излучения. Уменьшение выхода нейтронов наблюдается при уменьшении добавок тяжелой воды в высокочистую воду, используемую в описанном способе. Но при этом уменьшается и выход вырабатываемого тепла.

Наиболее близким к заявляемому известным техническим решением (прототипом) является способ получения тепла, описанный в патенте РФ N 2045715, МКИ⁷ F 25 B 29/00, автора Потапова Ю.С., опубликованном 10.10.95 в Бюл. N 28. По этому способу воду любой чистоты (например, техническую) с помощью насоса, развивающего давление до 5 - 6 атм, подают на вход вихревой трубы, аналогичной известной вихревой трубке Ранке, описанной в патенте США N 1952281 от 1934 г. С помощью входной улитки вихревой трубы воду закручивают в вихревой поток, который направляют в цилиндрическую часть вихревой трубы, где вода перемещается, быстро вращаясь, от ее холодного входа к горячему концу. В горячем конце вихревой трубы перед ее выходным отверстием устанавливают тормозное устройство, имеющее несколько ребер, радиальных к оси трубы, которые закреплены на центральной втулке соосно с трубой. При торможении вращения вихревого потока воды на ребрах тормозного устройства возникает кавитация. Сопровождающие ее звуковые колебания усиливаются на частотах, резонансных с собственными частотами звуковых колебаний столба воды в цилиндрической части вихревой трубы, как в резонаторе. При этом кавитация усиливается и возникает развитая сонолюминесценция. В результате этих эффектов, а также из-за трения о стенки трубы и тормозного устройства вода нагревается и на выходе из вихревой трубы ее температура повышается вплоть до температуры кипения воды. При этом расход электроэнергии, потребляемой электродвигателем насоса, подающего воду в вихревую трубу, составляет всего 0,7 - 0,8 кВт на каждый кВт вырабатываемой тепловой мощности, уносимой горячей водой. Это говорит о том, что в описанном теплогенераторе, поставленном на серийное производство на ряде предприятий СНГ и выпускаемом там в нескольких модификациях для обогрева жилых и производственных помещений и получения горячей воды для бытовых и технологических потребностей, также идут реакции ядерного синтеза, ведущие к появлению дополнительного тепла. Но зарегистрированный выход нейтронов при работе вихревого теплогенератора Потапова не превышает уровня естественного фона, а уровень дозы ионизирующего излучения в непосредственной близости от вихревой трубы теплогенераторов не намного превышает уровень естественного фона и в 3 - 4 раза ниже предельно допустимой действующими нормами радиационной безопасности НРБ-87 дозы для населения, не связанного в своей профессиональной деятельности с ионизирующим излучением. Это обеспечивает радиационную безопасность при использовании теплогенераторов Потапова. Расчеты энергетического выхода ядерных реакций, идущих в вихревой трубе теплогенератора, выполненные в книге /Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения. - Кишинев-Черкассы: "Око-Плюс", 04.01.2000, с. 160 - 163/, подтверждают получение указанных количеств дополнительного тепла при данном измеренном выходе γ-излучения.

Горячую воду, выходящую из вихревой трубы теплогенератора, либо непосредственно подают потребителю горячей воды (в душевые, кухни, мойки и т.п.), либо снимают с нее тепло с помощью теплообменника, а саму воду возвращают по замкнутому контуру на вход насоса для повторной подачи ее в вихревую трубу теплогенератора. В первом случае отпадает необходимость в теплообменнике и повышается коэффициент использования тепла. Поэтому потребители чаще всего используют первую схему, которая и проще в исполнении. При ней на вход насоса теплогенератора все время подают свежую воду, имеющую комнатную или более низкую температуру (температуру водопроводной воды).

Недостатком описанного известного способа является сравнительно низкая эффективность нагрева воды. Так, по данным многолетнего опыта эксплуатации вихревых теплогенераторов "Юсмар" (ТУ У24070270,001-96), на которые имеется сертификат Росс RU МХОЗ С00039 от 03.01.98, отношение тепловой мощности, вырабатываемой этими теплогенераторами, к электрической мощности, потребляемой ими (называемое нами эффективностью), не превышает 1,7, что много ниже эффективности экспериментальной установки Колдамасова, описанной выше, но не поставленной из-за указанных ее недостатков на серийное производство.

Эффективность нагрева воды вихревым теплогенератором несколько повышается, когда в используемую в нем воду добавляют тяжелую воду, как это описано в Bazhutov Y.N., Koretsky V.P., Kuznetsov A.B., Potapov Y.S., Nikitsky V.P., Nevezhin N.Y., Saunin E.E., Kordukevich V.O., Titenkov A.F., // ICCF-6, October 1996, Japan, p. 387 - 391).

Но увеличение выхода тепла при этом сопровождается возрастанием выхода нейтронов из вихревой трубы до величины, превышающей естественный фон. Это повышает радиационную опасность теплогенератора и требует использования добавок дорогой и дефицитной тяжелой воды.

Сущность изобретения.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача в способе получения тепла путем изменения и уточнения интервала температур воды, используемой для выработки тепла, повысить эффективность выработки тепла и уменьшить радиационную опасность облучения нейтронами при одновременном упрощении технологического процесса подготовки воды.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения тепла путем подачи воды в вихревой теплогенератор, формирования вихревого потока воды в нем и обеспечения кавитационного режима течения вихревого потока при резонансном усилении возникающих в этом потоке звуковых колебаний с последующим отводом получаемого в вихревом теплогенераторе тепла из выходящего потока воды к потребителю, при этом температура предварительно нагретой воды, подаваемой в вихревой теплогенератор, составляет 63-90^oC, предпочтительно 63-70^oC.

Поставленная задача достигается также тем, что предварительный нагрев воды до температуры 63^oC осуществляется теплом, получаемым по этому же способу при циркуляции воды по замкнутому контуру без отбирания у нее получаемого тепла.

На основании экспериментальных данных выявлено, что при постепенном повышении температуры воды, подаваемой на вход вихревой трубы теплогенератора, эффективность выработки им тепла скачком повышается при достижении температуры 63^oC и остается столь же высокой при дальнейшем повышении температуры воды, подаваемой на вход вихревой трубы, вплоть до температуры 90^oC (см. протокол испытания). Это ведет к уменьшению потребления электроэнергии электромотором насоса теплогенератора. Выявленный эффект обусловлен, по-видимому, тем, что при температуре ~60^oC имеются экстремумы на графиках зависимости от температуры адиабатической сжимаемости воды и скорости звука в ней. (См, например, Домрачев Г.А. и др. "Журнал физической химии", 1992 г., т. 66, N 3, с. 851 - 855). При превышении указанной температуры эти величины начинают изменяться с ростом температуры уже в противоположную сторону, чем до этой температуры. Кроме того, в той же публикации указывается, что при повышении температуры воды в ней остается все меньше льдоподобных молекулярных ассоциатов (H₂O)_n и при температуре 65^oC все они оказываются разорванными тепловым движением молекул. Все это, по-видимому, каким-то образом уменьшает вероятность протекания в воде ядерной реакции (1) и повышает вероятность осуществления в ней ядерных реакций:
P+¹H+e^-→²D+ν_e+1,953 МэВ (2)
и
²D+P →³He+γ+5,49 МэВ (3)
или
²D+e^-+P →³T+ν_e +5,98 МэВ (4)
Ядерные реакции (2) и (4) раньше не были известны физикам и впервые описаны в книге /Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения, - Кишинев-Черкассы: "Око-Плюс", 2000, - 387 с./.

В результате реакции (2), сопровождающейся излучением нейтрино ν_e , происходит наработка дейтронов²D из ядер атомов протия¹H, протонов P и электронов e^- , содержащихся в молекулах воды. Образующиеся дейтроны частично расходуются в реакциях (3) и (4), в результате которых образуются ядра атомов гелия-3 и трития³T, остающихся в воде вместе с остальными дейтронами. А рождающиеся нейтрино и жесткие γ-кванты с энергией до 5,49 МэВ излучаются из воды. Ядерные реакции (2) и (3) и являются, по-видимому, основным источником дополнительного тепла, вырабатываемого теплогенератором и идущего на нагрев воды, т.к. в реакции (4) почти вся энергия этой реакции уносится излучаемыми нейтрино, которые практически не задерживаются веществом и улетают сквозь воду, стенки аппаратов и любые преграды. Можно предположить, что с повышением температуры воды выше 63^oC особенно возрастает скорость ядерных реакций (2) и (3), ведущих к наработке нерадиоактивных дейтерия и гелия-3. При этом вероятность осуществления ядерной реакции (1), сопровождающейся излучением особенно опасных для здоровья людей нейтронов, остается малой.

Жесткое γ-излучение квантов 5,49 МэВ, рождающееся при ядерной реакции (3), было зарегистрировано экспериментально при работе вихревого теплогенератора на обыкновенной воде /Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодильный ядерный синтез с позиций теории движения. -Кишинев-Чебоксары: 2000, - 387 с./. Но эти γ-кванты создают низкий уровень дозы ионизирующего излучения даже непосредственно рядом с вихревой трубой теплогенератора, так как имеют большую длину пробега в воде и в воздухе. Поэтому повышение интенсивности ядерных реакций (3) при реализации предлагаемого изобретения хоть и сопровождается некоторым возрастанием дозы ионизирующего излучения, но она при использовании обыкновенной дозы в вихревых трубах по-прежнему не превышает предельно допустимой нормами радиационной безопасности НРБ-87 для населения, не связанного в своей профессиональной деятельности с ионизирующим излучением. Интенсивность же нейтронного излучения из вихревой трубы при этом практически не возрастает и остается на уровне естественного фона.

Предлагаемое изобретение избавляется и от необходимости добавлять тяжелую воду и в воду, используемую при работе теплогенератора Колдамасова, делая его работоспособным при работе на обыкновенной дистиллированной воде высокой чистоты и упрощая тем самым технологию подготовки воды. При этом выход нейтронного излучения при работе установки Колдамасова уменьшается до уровня естественного фона, чем достигается снижение радиационной опасности. Все это обеспечивает достижение поставленной задачи изобретения.

Нижний предел рекомендуемого интервала температур 63^oC для воды, подаваемой в вихревой поток, выбран из тех соображений, что при температурах воды ниже 63^oC возрастания эффективности не наблюдается. Верхний предел ограничен только температурой кипения воды, так как вплоть до температуры кипения эффективность работы теплогенератора остается столь же высокой, как и при 63^oC. Но, чем ближе температура воды, подаваемой в вихревой поток, к температуре ее кипения, тем меньше остается рабочий интервал температур для нагрева этой воды получаемым теплом и тем больше требуются расходы воды для выноса из теплогенератора вырабатываемого тепла. А это при осуществлении способов в устройстве Колдамасова ведет к повышению необходимой мощности насоса и к увеличению расхода дорогостоящей высокочистой воды. Да и пропускная способность фильеры в этом устройстве ограничена. По этим причинам рекомендуемый интервал температур воды, подаваемой в вихревой поток, ограничен сверху температурой 70^o C.

Рекомендуемое вторым пунктом формулы изобретения осуществление предварительного нагрева воды до температуры 63^oC теплом, вырабатываемым в том же теплогенераторе при циркуляции воды в нем по замкнутому контуру без отбирания из нее получаемого тепла позволяет отказаться от необходимости использования дополнительных источников нагрева (электроподогревателей или др.), что упрощает технологическую схему подготовки воды и конструкцию установки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для получения тепла предлагаемым способом осуществляют следующие операции:
1. Берут обыкновенную воду технологической или другой чистоты. Воду повышенной чистоты, имеющую удельное сопротивление 10¹¹ - 10¹⁴ Ом · м, используют только при осуществлении способа с помощью устройства Колдамасова, описанного в /ЖТФ, 1991 г, т. 61, N 2, с. 188 - 190/ или аналогичного ему.

2. Подогревают приготовленную воду до 63 - 70^oC. Подогрев можно осуществлять электроподогревателем, работающим за счет выделения джоулева тепла, или с помощью любого другого источника тепла. Но лучше осуществлять подогрев воды теплом, получаемым предлагаемым способом при циркуляции этой воды по замкнутому контуру без отбирания у нее получаемого тепла.

3. Заполняют подогретой водой сосуд для исходной воды вихревого теплогенератора Потапова, описанного в патенте РФ N 2045715 МКИ F 25 B 29/00, опубликованном 10.10.95 в Бюл. N 28, или установки Колдамасова, описанной в /ЖТФ, 1991 г, т. 61, N 2, с. 188 - 190/, или другого аналогичного им устройства.

4. С помощью насоса нагнетают воду из сосуда c исходной водой в устройство для формирования вихревого потока воды, например, в вихревую трубу теплогенератора Потапова или в фильеру в установке Колдамасова.

5. Подбором величины напора воды, скорости вращения насоса или длины столба воды перед фильерой или в вихревой трубе обеспечивают кавитационный режим течения вихревого потока при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке.

6. Направляют нагретую воду, выходящую из устройства для получения тепла, в теплообменник, с помощью которого снимают с этой воды полученное тепло и направляют его для использования у потребителя тепла или используют нагретую воду непосредственно у ее потребителя.

7. Возвращают воду, охладившуюся в теплообменнике, по замкнутому контуру в сосуд для исходной воды, откуда ее новь подают с помощью насоса в устройство для формирования вихревого потока. При использовании устройства Колдамасова перед возвратом воды в сосуд для исходной воды осуществляют доочистку ее для поддержания удельного сопротивления воды в пределах 10¹¹ - 10¹⁴ Ом · м.

8. Принимают меры к тому, чтобы вода в сосуде для исходной воды не охлаждалась до температуры ниже 63^oC.

Примеры осуществления способа
Пример 1. Берут обыкновенную пресную воду технической чистоты при комнатной температуре в количестве 100 литров и заполняют этой водой сосуд для исходной воды и весь первичный (рабочий) контур вихревого теплогенератора "Юсмар -2М" (ТУ У240 70270,001-96), описанный в патенте РФ N 2045715 МКИ F 25 B 29/00. С помощью насоса марки 1ЦГ 12,5/50 - 4 - 2 этого теплогенератора, снабженного электродвигателем мощностью 4 кВт, подают воду из сосуда для исходной воды на вход вихревой трубы теплогенератора, аналогичной известной вихревой трубе Ранке, развивая давление до 6 атм. В улитке вихревой трубы поток воды закручивается в вихревой поток, который поступает в цилиндрическую часть вихревой трубы, имеющую диаметр 76 мм и длину 800 мм. В ней вихревой поток, вращаясь, перемещается вдоль стенок трубы к ее горячему концу, перед выходным отверстием которого установлено тормозное устройство, состоящее из соосной с трубой втулки с приваренными к ней 8 ребрами - стальными пластинами, расположенными в плоскости оси трубы радиально к этой оси. На ребрах тормозного устройства вращение вихревого потока воды тормозится. В результате у кромок ребер возникает кавитация. Рождаемые ею звуковые колебания воды усиливаются на резонансной частоте 1,9 кГц, соответствующей частоте собственных звуковых колебаний столба воды в вихревой трубе, работающей как резонатор. При этом возникает сонолюминесцентное свечение воды в трубе и она нагревается. Выходящую из вихревой трубы воду, нагретую до температуры, чуть большей, чем у исходной, возвращают по трубопроводу в сосуд с исходной водой, откуда ее вновь подают насосом на вход вихревой трубы теплогенератора. Циркулируя так по замкнутому контуру, вода постепенно нагревается теплом, вырабатываемым теплогенератором. При суммарной массе воды в замкнутом контуре 100 кг темп ее нагрева составляет 4^oC за каждые 5 минут работы теплогенератора при температуре воды на входе в вихревую трубу до 63^oC. Когда температура воды в сосуде с исходной водой достигает 63^oС, темп нагрева воды резко повышается без увеличения потребления электроэнергии двигателем насоса и остается столь же высоким при дальнейшем повышении температуры воды в сосуде с исходной водой вплоть до температуры кипения воды при данном ее давлении (100^oC при открытой крышке горловины сосуда с исходной водой, благодаря чему давление в нем равно атмосферному). Результаты измерений темпа роста температуры воды в сосуде с исходной водой со временем работы теплогенератора приведены в табл. 1, в которой приведены и значения вычисленной по результатам этих измерений эффективности работы теплогенератора, определяемой как отношение увеличения теплосодержания в воде замкнутого контура за время между двумя измерениями к затратам электрической энергии, потребленной двигателем насоса теплогенератора за это время. Результаты экспериментов подтверждаются протоколом испытаний, копия которого прилагается.

Пример 2. Берут такую же воду, как в примере 1, и осуществляют над ней все операции, описанные в примере 1, с тем отличием, что после нагрева воды в рабочем контуре теплогенератора до 90^oC эту воду направляют не сразу в сосуд для исходной воды, а подают ее по трубопроводу в теплообменник, где она отдает часть своего тепла водопроводной воде, подаваемой с расходом 160 литров в час во вторичный контур теплообменника, и нагревают ее от комнатной температуры (20^oC) до 60^oC. Нагретую воду из вторичного контура используют для бытовых целей в прачечной. А воду первичного (рабочего) контура, охладившуюся в теплообменнике до 86 - 88^oC, возвращают по трубопроводу в сосуд исходной воды, откуда ее вновь с помощью насоса нагнетают в вихревую трубу теплогенератора.

Пример 3. Берут такую же воду, как в примере 1, и нагревают ее до температуры 63 - 65^oC с помощью электронагревателя, вырабатывающего джоулево тепло. Затем задают эту воду в количестве 100 литров в сосуд для исходной воды и в рабочий контур теплогенератора "Юсмар-2М". Все остальные операции осуществляют так же, как в примере 2, и получают такие же результаты по выработке тепла, как в примере 2.

Пример 4. Берут такую же воду, как в примере 1, и осуществляют все операции так же, как в примере 1, с тем отличием, что используют теплогенератор "Юсмар-3М", имеющий насос с мощностью электродвигателя 11 кВт. После достижения температуры этой воды 70^oC ее направляют по трубопроводу в систему водяного отопления жилого коттеджа. Пройдя через батареи (радиаторы) водяного отопления и отдав с их помощью часть своего тепла воздуху помещений коттеджа, вода возвращается по трубопроводу в сосуд для исходной воды уже при температуре 65 - 67^oC. Из сосуда исходной воды ее с помощью насоса теплогенератора вновь подают в вихревую трубу теплогенератора. После выхода на рабочий режим (70^oC) теплогенератор вырабатывает 22 кВт тепловой мощности. При этом его эффективность достигает 2.

Пример 5. Берут обыкновенную дистиллированную воду (бидистиллят) без каких либо добавок и с помощью ионообменных смол доочищают ее до повышения удельного сопротивления этой воды электрическому току до 10¹² Ом·м. С помощью электрокипятильника, вырабатывающего джоулево тепло, нагревают эту воду до температуры T₁, указанной в табл. 2, и заливают эту воду в количестве 20 литров в сосуд исходной воды установки Колдамасова, описанной в /ЖТФ, 1991 г. , т. 61, N 2, с. 188 - 190/. Шестеренчатый насос этой установки, снабженный электродвигателем, потребляющим мощность до 5 кВт, нагнетает воду из указанного сосуда в камеру (отрезок трубы из оргстекла), присоединенную к насосу, развивая в ней давление до 7 МПа. В камере установлен вкладыш из эбонитовой пластины толщиной 25 мм с отверстием в нем диаметром 2 мм. Проходя под давлением через это отверстие, вода самопроизвольно завихряется на неровностях отверстия в турбулентный поток. При этом у входного края отверстия возникает кавитация. Воду, прошедшую через это отверстие, направляют по трубопроводу в другой сосуд для воды, где измеряют ее температуру T₂ на выходе из трубопровода. Изменяя напряжение на обмотках электродвигателя насоса, подбирают скорость оборотов шестерен насоса такой, при которой толчки воды, возникающие при смыкании каждой пары зубьев шестерен и повторяющиеся с частотой, регулируемой в пределах 1 - 5 кГц, входят в резонанс с собственными ультразвуковыми колебаниями столба воды в камере между насосом и вкладышем. Момент наступления резонанса фиксируют по появлению яркого свечения воды у входных краев отверстия во вкладыше, наблюдаемого через прозрачный корпус камеры. Из области свечения исходит и рентгеновское излучение, мощность дозы которого, измеряемая универсальным дозиметром РУП-1 в последовательные промежутки времени после выхода на резонанс, указана в таблице 2. При этом выход нейтронного излучения, фиксируемый тем же дозиметром, не превышает естественного фона на всем протяжении времени эксперимента. Из таблицы 2 видно, что когда температура воды, подаваемой в камеру, ниже 63^oC, эффективность нагрева воды в используемом устройстве, определяемая как отношение тепловой энергии, приобретенной водой за время между двумя последовательными измерениями, к величине электрической энергии, потребленной двигателем шестеренчатого насоса за это же время, мало зависит от температуры исходной воды и составляет 3 - 3,4. А когда температура исходной воды превышает 63^oC, эффективность резко возрастает и остается столь же большой и при дальнейшем повышении температуры воды вплоть до температуры ее кипения.

Реферат

Тепло, нагревающее воду, получают путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке и при подаче воды в поток при температуре 63-90°С. Предварительный нагрев воды до 63°С рекомендуется осуществлять теплом, получаемым по этому же способу при циркуляции воды по замкнутому контуру без отбора у нее получаемого тепла. Кавитационный режим течения вихревого потока при резонансном усилении возникающих в этом потоке звуковых колебаний обеспечивают подбором величины напора воды, скорости вращения насоса, подающего воду в вихревой теплогенератор, или подбором длины столба воды перед фильерой, или в вихревой трубе вихревого теплогенератора. Использование изобретения позволит повысить эффективность, упростить технологию подготовки воды и уменьшить радиационную опасность облучения персонала ионизирующим излучением. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула