Спосіб одержання тепла

Реферат: Спосіб одержання тепла шляхом подачі води у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку води закручуванням його уздовж осі потоку й забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку води до споживача, попереднього нагрівання води, що подається у вихровий теплогенератор до 63-90 °C. Для забезпечення інтенсифікації процесу утворення й захлопування кавітаційних бульбашок по всьому об'єму основного потоку, зменшення енерговитрат перед подачею води в резонансну камеру у воду вводять розчинний газ, вихровий потік, підданий звуковому впливу, розділяють на потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. UA 113342 C2 (12) UA 113342 C2 UA 113342 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів одержання теплової енергії за рахунок процесу кавітації в рідині й може бути застосований у вихрових кавітаційних апаратах, змішувачах, гомогенізаторах, інтенсифікаторах хімічних реакцій, коагуляторах, теплогенераторах. Відомий спосіб кавітаційного нагрівання рідини шляхом подачі рідини в робочу камеру, формування в ній вихрового потоку рідини й забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні, що виникають у цьому потоці, механічних коливань, з наступним відводом нагрітої рідини споживачеві, створення швидкісного струменя, що розширюється, забезпечує в робочій камері одночасне резонансне посилення всіх власних частот вихрового потоку рідини, включаючи ультразвукові хвилі кавітаційного шуму схлопуваних бульбашок /1/. Недоліком способу є відносно малий об'єм, у якому відбувається утворення і схлопування кавітаційних бульбашок, і відносно високі енергетичні витрати, обумовлені необхідністю використання високого тиску рідини, необхідного для утворення кавітаційних бульбашок. Це знижує ефективність способу. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого способу є спосіб одержання тепла шляхом подачі води у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку води в ньому й забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку води до споживача, попереднє нагрівання води, що подається в теплогенератор до температури 63-90 °C /2/. Недоліком найближчого аналогу є відносно малий об'єм, у якому відбувається утворення і схлопування кавітаційних бульбашок і недостатньо інтенсивного перемішування утворених бульбашок, а також відносно високі енергетичні витрати, обумовлені необхідністю підтримки високого тиску рідини, необхідного для утворення кавітаційних бульбашок. Це приводить до зниження ефективності способу. В основу пропонованого технічного рішення поставлена задача розробки способу, що забезпечує підвищення його ефективності шляхом збільшення відносного об'єму, у якому утворюються й схлопуються кавітаційні бульбашки, й зниження робочого тиску рідини. Поставлена задача вирішується тим, що, у способі одержання тепла шляхом подачі води у вихровий теплогенератор, формуванні вихрового потоку закручуванням його уздовж осі потоку й забезпеченні кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку води до споживача, попереднього нагрівання води, що подається у вихровий теплогенератор до 63-90 °C, згідно з винаходом, перед подачею води в резонансну камеру у воду вводять розчинний газ, вихровий потік, підданий звуковому впливу, розділяють на потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. Відмітними ознаками способу, що заявляється, є: - перед подачею води в резонансну камеру у воду вводять розчинний газ; - вихровий потік, підданий звуковому впливу, розділяють на потоки з різними швидкостями; - закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає те, що наведені відмітні ознаки способу, що заявляється, є новими, взаємозалежними між собою з утвором стійкої сукупності істотних ознак, достатньої для одержання необхідного технічного результату. Завдяки тому, що перед подачею води в резонансну камеру у воду вводять розчинний газ, по-перше, відбувається зменшення межі міцності води на розрив. Це веде до того, що може бути знижений тиск води в резонансній камері, при якому відбувається, за даних умов, утворення кавітаційних бульбашок, а отже, зменшені енерговитрати на утворення кавітації. Подруге, додавання розчинного газу при утворенні кавітаційних бульбашок приводить до збільшення часу життя бульбашок, оскільки, частота схлопування бульбашок у рідині з розчиненим газом в 5-10 раз нижче, чим у рідині без газу, а час життя кавітаційної бульбашки порівняний з періодом генерованих звукових хвиль. Таким чином, кавітаційні бульбашки можуть перемішуватися по всьому об'єму потоку. Внаслідок того, що вихровий потік, підданий звуковому впливу, розділяють на потоки, з різними швидкостями розділених потоків, створюють умови для інтенсифікації кавітаційних процесів за рахунок зменшення об'ємів води, у яких викликають кавітацію. Завдяки тому, що закручують розділені частини потоку, що мають різні швидкості, перпендикулярно осі потоку, шляхом з'єднання частин розділеного потоку, відбувається 1 UA 113342 C2 5 10 15 20 25 утворення мікровихорів з інтенсивним перемішуванням виникаючих кавітаційних бульбашок по всьому об'єму потоку. Це приводить до підвищення ефективності робочого процесу. На Фіг. 1 представлений поздовжній розріз кавітаційного апарата для реалізації способу. На Фіг. 2 - вигляд на нього з торця. Кавітаційний апарат має: вхідний канал - 1, резонансну камеру 2, канал підведення розчинного газу - 3, роздільник потоку - 4. Спосіб, що заявляється, одержання тепла реалізують таким чином. Подають воду через вхідний канал 1, розташований тангенціально до резонансної камери 2. Через канал підведення газу 3 подають розчинний газ. У резонансній камері викликають утворення кавітаційних бульбашок, які схлопуються з виділенням тепла й утворенням звукових коливань у воді. Розміри й форма резонансної камери й режим подачі води й газу вибирають таким чином, щоб процес утворення кавітаційних бульбашок протікав при резонансному посиленні виникаючих звукових коливань. Піддану кавітаційній обробці воду подають у роздільник потоку 4. Вибором параметрів роздільника, потік розділяють на потоки з різними швидкостями, які можуть відрізнятися на порядок і більш. У розділених частинах потоку кавітаційні процеси інтенсифікуються внаслідок зменшених об'ємів частин потоку і поперечного завихрення частин потоків, відбувається перемішування потоків і зростає рівномірність виділення тепла за об'ємом потоків. На виході з роздільника потоку 4, частини потоку закручують перпендикулярно осі потоку шляхом їхнього з'єднання. Це приводить до утворення мікровихорів, у яких створюють умови для утворення кавітаційних бульбашок і їх інтенсивного перемішування. До споживача, і частина на вхід 1 у кавітаційний апарат, подається, рівномірно по всьому об′єму, нагріта вода. Приклад конкретного виконання. У першому випадку водопровідна вода під тиском 0,6 ΜПа подається тангенціально через вхідний канал 1, у резонансну камеру 2 і далі в роздільник потоку 4. Як роздільник потоку використовувалася труба Вентурі. З роздільника потоку вода верталася у вхідний канал 1. Вимірявся час подачі води й температура води на виході з роздільника потоку 4. У другому випадку водопровідна вода подавалася під тиском 0,3 МПа й одночасно подавався розчинний газ - вуглекислий газ через канал підведення газу 3. Порівняльні дані вимірів зведені в Таблицю. №№ п/п 1. 2. 30 35 Час подачі води, хвилин Температура води, °C без додавання газу Температура води, °C з додаванням газу 0 10 20 30 40 50 20 30 40 50 60 70 20 35 45 55 66 78 Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні із найближчим аналогом, полягають у тому, що підвищується ефективність нагрівання води, при знижених енерговитратах - робочий тиск води, що подається на вхід кавітаційного апарата, у два рази нижче у випадку подачі розчинного газу. Це є наслідком збільшення часу життя кавітаційних бульбашок, створення умов виникнення кавітації в більшому об'ємі й можливості їх інтенсивного перемішування. 1. RU № 2460019, F24J 3/00,27.08.2012. 2. RU № 2165054, F24J 3/00, 10.04.2001. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Спосіб одержання тепла шляхом подачі води у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку води закручуванням його уздовж осі потоку й забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку води до споживача, попереднього нагрівання води, що подається у вихровий теплогенератор до 63-90 °C, який відрізняється тим, що перед подачею води в резонансну камеру у воду вводять розчинний газ, вихровий потік, підданий звуковому впливу, розділяють на потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. 2 UA 113342 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3