Нагрівач рідини

Нагрівач рідини, що містить металевий статор з порожниною, у якій знаходиться або через яку пропускається рідина, що нагрівається, і в якій вставлений із зазором ротор з воднепоглинального металу чи сплаву, який закріплений на цилінд ричному валу, що приводиться в обертання і має безліч заглиблень по своєму периметру і постійний кільцевий магніт, котрий закріплений симетрично осі обертання, а також струмознімний вузол, що з'єднує струмопроводом вал ротора з зовнішньою поверхнею статора, який відрізняється тим, що порожнина статора виконана у вигляді кільцевого тороїда, вісь ротора спрямована уздовж осі симетрії тороїда, ротор по своєму периметру має один чи кілька рядів зубців і (або) лопаток, що входять у порожнину тороїда через розріз у ньому, і закритий з обох боків стінками чи кришками, що утворюють єдиний внутрішній простір ротора і тороїда. Корисна модель стосується галузі техніки, зв'язаної з нагрівом рідини для різних технологічних цілей у народному господарстві і, зокрема, може використовуватись у комунальному господарстві для ефективного обігріву житлових приміщень та в наукових дослідженнях з теплофізики і гідродинаміки потоків воднемістких рідин в умовах магнітних, електричних та кавітаційних впливів. Відомі нагрівачі в теплообмінних системах з камерами спалювання органічного та неорганічного палива, ядерними реакторами розщеплення ядер урану, а також з електричними джерелами, які діють на підставі омічного нагріву матеріалів з високим питомим опором. Вищевказані нагрівачі на основі спалювання органічного та неорганічного палива мають порівняно низький коефіцієнт перетворення енергії, яка виділяється при його згорянні, у теплову енергію рідини, котра при цьому нагрівається, що призводить до значних питомих витрат маси палива на одиницю тепла, яке передається рідині. Крім того, у процесі горіння палива споживається атмосферний кисень, а в атмосферу викидається діоксид вуглецю, оксиди азоту, оксиди металів, а також шлаки, які у сукупності забруднюють атмосферу, фунт та ґрунтові води. Використання ядерних реакцій розщеплення важких металів (урану, плутонію та торію), не див лячись на високе питоме масове виділення енергії у кінцевій стадії процесу, потребує достатньо дорогих та небезпечних для навколишнього середовища установок та технологічних операцій по виділенню цих елементів з гірських порід, а в подальшому - по захоронению продуктів розщеплення, що суттєво знижує привабливість даного способу одержання теплової енергії. Вибраний за аналог відомий пристрій [1] складається із статора, що має циліндричну порожнину, через котру перепускають рідину, яка нагрівається, а також встановлений з зазором в цю порожнину металевий ротор, закріплений на циліндричному валу, виконаному з можливістю обертання. Ротор виконаний у вигляді циліндра і має на своїй поверхні безліч заглиблень або набраний із дисків, які мають на своїй поверхні безліч заглиблень і/або наскрізних отворів, та виконаний з перехідних металів сімейства заліза або з феромагнітного сплаву цього металу з другими металами і/або з вуглецем. Такий пристрій характеризується чистотою одержання теппово'і енергії для нагріву рідини і має коефіцієнт перетворення первинної енергії, яка підводиться для обертання ротора та нагріву рідини, більше 100%. Недостатком відомого пристрою являється неможливість інтенсифікації процесів енерговиділення в локальних кавітаційних кавернах в погли Ю Ю о> 9556 бленнях і отворах на роторі, окрім як за рахунок збільшення швидкості обертання ротору, яка обмежена його механічною міцністю на розрив. Більш близьким по технічній суті аналогом є електролізна комірка Паттерсона [2], яка складається з корпусу, електродної системи з паладійнікелевих електродів (воднепоглинальні матеріали) і рідкого електроліту на основі важкої води. В комірці Паттерсона забезпечується протікання реакцій злиття ядер дейтерію і протію з виділенням енергії. Але недостатком цього аналогу являється обмежений строк його роботи через водневе насичення електродів, уповільнення частоти реакцій і зменшення енерговиділення до повного його припинення. Як в першому, так і в другому вищевказаних випадках робоча рідина активно взаємодіє з робочими елементами пристроїв (матеріалом ротора, електродами), активно руйнуючи їх або насичуючи дейтерієм, протієм та продуктами реакцій до їх припинення. Разом з тим представляється можливим здійснення вищевказаних реакцій в об'ємі робочої рідини (що нагрівається), якщо забезпечити розрив суцільності цієї рідини (тобто реалізувати процес об'ємної кавітації) з відтоком утворюваних при цьому пухирців від робочих поверхонь ротора. Даний процес можна організувати в тороїді обертання (тороїдальній порожнині нагрівача), всередині якого рідина обертається як кільцевий вихор. Виходячи з термогідродинаміки кільцевого вихору, на осі вихору (меридіональній осі) спостерігається підвищення температури з одночасним зниженням тиску парогазової суміші, а швидкість руху рідини в перетині вихору поблизу стінки тороїда, яка ближче всього до його центрального отвору, завжди вища за швидкість у протилежної стінки. Подібний інтенсивний кільцевий рух рідини може бути організований в нагрівачі, якщо в ньому є прискорювач рідини в напрямку, дотичному до периферії внутрішньої поверхні тороїда. Додатковим корисним слідством такої конструкції буде також відведення кавітаційних пухирців від прискорювача в напрямку осі вихору під дією градієнту тиску, що повинно зменшити їх руйнівну дію на ротор. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої, який складається із металевого статора з порожниною, у якій знаходиться або через яку пропускається рідина, що нагрівається, і в якій вставлений із зазором ротор з воднепоглинального металу чи сплаву, який закріплений на циліндричному валу, що приводиться в обертання, і має безліч заглиблень по своєму периметру і постійний кільцевий магніт, котрий закріплений симетрично осі обертання, а також струмознімний вузол, що з'єднує струмопроводом вал ротора з зовнішньою поверхнею статора, згідно корисної моделі, порожнина статора виконана у вигляді порожнього кільцевого тороїда, вісь ротора спрямована уздовж осі симетрії тороїда, ротор по своєму периметру має один чи кілька рядів зубців і (або) лопаток, що входять у порожнину тороїда через розріз у ньому, і закритий з обох боків стінками чи кришками, що утворюють єдиний внутрішній простір ротора і тороїда. Приклад нагрівача рідини за вищевказаними ознаками показаний у розрізі на Фіг. 1. Відповідно до конструкції він містить наступні елементи. Статор виконаний у вигляді полого тороїда 1, до якого приварена стінка-перемичка 4, на котрій установлено підшипниковий вузол 7 з валом 12, на кінці якого закріплено ротор 2 та кільцевий магніт 3. Ротор своєю периферійною частиною, на котрій є багато заглиблень 10 та зубців чи лопаток 11, входе через розтин в порожнину тороїда 1. Знизу простір розтятого тороїда закритий кришкою 13. Зверху вал 12 з'єднується з електричним приводом 5, котрий закріплений на зовнішній металевій стінці 8 нагрівача, яка відіграє роль струмопровода між струмознімним вузлом 6 та тороїдом 1. Потужність привода 5 та швидкість обертання ротора 2 повинні бути достатніми для зародження кавітаційних процесів в робочій рідині в області зубців чи лопаток 11 та заглиблень 10 на периферії ротора 2. Залиття робочої рідини в нагрівач здійснюється через горловину 9, а злиття - через штуцер 14. В залежності від призначення нагрівача можливий нагрів тільки тієї рідини, що знаходиться в ньому, а можливе забезпечення протоки рідини через ці (або інші, які не показані) два отвори в контур її споживання або при закритих отворах 9 і 14 здійснення відбору тепла в зовнішній контур через змійовик теплообмінника, який може бути закріплений на зовнішній поверхні тороїда (на Фіг.1 не показаний). Нагрівач рідини функціонує наступним чином. Незалежно від того, яка робоча рідина використовується для нагріву (вода, важка вода, літієвий електроліт, вуглецева суміш чи інша), порожнина тороїда 1 заповнюється цією рідиною через горловину 9 при закритому штуцері 14 на 90% об'єму. Це дозволяє при послідуючій роботі нагрівача забезпечити формування компенсаційного газового об'єму, який буде пом'якшувати підвищення тиску парів робочої рідини при її підігріві і забезпечувати зародження парогазового вихору у внутрішньому просторі тороїда. Після заливки робочої рідини горловина 9 герметизується, якщо інше не передбачено призначенням нагрівача. Після включення приводу 5 вал 12 разом з ротором 2 та магнітом 3 починають обертатися. При цьому по периметру ротора 2 буде появлятися електричний потенціал відносно його валу 12, а через струмознімний вузол 6 та струмопровід 8 потенціал буде прикладатись між ротором 2 і стінками тороїда 1. В результаті через об'єм робочої рідини буде розвиватись електричний розряд, котрий приведе до часткового розкладу води. Крім того, всередині тороїда лопатки 11 ротора 2 будуть прискорювати прилягаючі до стінок шари рідини, придаючи їм тангенціальне прискорення, що приведе до обертання маси рідини в порожнині тороїда і, відповідно, до появи кільцевого тороїдального вихору. При цьому основна зона усіх процесів енерговиділення буде концентруватися поблизу периферії ротора 2. При досягненні певних значень швидкості потоку рідини всередині тороїда 1 виникне об'ємна, а в заглибленнях 10 ротора 2 і в зазорах між ним та тороїдом 1 - пристіночна кавітація, котра приведе до додаткового енерговиділення та прискорення 9556 рідини з послідуючою силовою дією на лопатки ротора 2, зменшуючи навантаження на привід 5. Воднепоглинальний матеріал ротора 2 при цьому відіграє роль каталізатора для інтенсифікації протікання реакцій злиття ядер дейтерію та протію в пристіночних кавітаційних пухирцях. Енергія, яка виділяється при усіх цих процесах в робочій рідині у виді тепла, може переноситись разом з цією рідиною через тороїд в сполучений з ним зовнішній контур або передаватись через стінки тороїда у відокремлений зовнішній контур, в Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко якому циркулює інша рідина. В останньому випадку в якості робочої рідини можуть використовуватись ті рідини, котрі не можуть перекачуватись в зовнішній контур з міркувань техніки безпеки або інших причин. Джерела інформації: 1. Л.П. Фомінський, Ю.С. Потапов, С Ю . Потапов. "Нагрівач рідини". -Патент України №50608А. Бюлетень №6, 2000р. 2. ENECO, Inc., 391-13 Chipeta Way, Salt Lakeli Utah 84108, USA. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601