Теплова система підвищенної ефективності

Реферат: Теплова система підвищеної ефективності включає послідовно з'єднані між собою у кільце трубопроводами та патрубками бак для води, теплоутворювач-кавітатор, на боковій поверхні ротора якого виконані активні центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, теплообмінник, запірну арматуру та апаратуру керування. На торцях ротора та його боковій поверхні виконані додаткові центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса. На поверхню статора, ротора та внутрішню поверхню комірок ротора нанесено каталізатор у вигляді шару паладію - Pd або платини - Pt. Бак для води виконано у вигляді закритої ємності з вхідним, вихідним та контрольним патрубками. В лінії "бак-кавітатор-теплообмінник" паралельно кавітатору встановлено насос, а на контрольному патрубку - зворотний клапан. UA 99658 U (54) ТЕПЛОВА СИСТЕМА ПІДВИЩЕННОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ UA 99658 U UA 99658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв, які можуть бути використані в системах теплозабезпечення житлових, суспільних та промислових приміщень, а також для гарячого водопостачання як для побуту, так і для технологічних систем в різних галузях народного господарства. Відомі теплові системи автономного та локального опалення [1], які мають у своєму складі теплоутворювач, теплообмінники, бак для води, запірну арматуру, які з'єднані між собою у кільце патрубками та трубопроводами та апаратуру керування теплової системи. Теплоутворювачі відомих теплових систем являють собою котли для нагрівання води при спалюванні твердого, рідинного палива або природного газу. Недоліком відомих теплових систем є низький коефіцієнт ефективності роботи, який в залежності від виду палива лежить в межах від 0,4 до 0,65 [1], а також складність конструкції пристроїв для одержання тепла за рахунок спалювання будь-якого виду палива. Відома також теплова система [2], яка включає послідовно з'єднані між собою у кільце трубопроводами та патрубками бак для води, теплообмінник, запірну арматуру, апаратуру керування та теплоутворювач, який виконано у вигляді кавітатора [3], вхід якого поєднано з баком для води, а вихід під'єднано патрубками та запірною арматурою до входу теплообмінника-кавітатора, поєднаним з баком для води. За кількістю ознак, що збігаються з тепловою системою підвищеної ефективності, є теплова система [2], яка вибрана як найближчий аналог. Недоліком найближчого аналога також є низький коефіцієнт ефективності роботи, який на відміну такого показника для систем [1] є дещо вищий, але нові конструктивні ознаки, закладені у новому технічному рішенні, забезпечать збільшення його у порівнянні з найближчим аналогом. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки конструкції теплової системи та створення умов технологічного процесу перетворення, наприклад, електричної енергії, яка забезпечить підвищення ефективності одержання додаткового тепла. Поставлена задача вирішується тим, що у тепловій системі підвищеної ефективності, яка включає послідовно з'єднані між собою у кільце трубопроводами та патрубками бак для води, теплоутворювач-кавітатор, на боковій поверхні ротора якого виконані активні центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, теплообмінник, запірну арматуру та апаратуру керування, згідно з корисною моделлю на торцях ротора та його боковій поверхні виконані додаткові центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, а на поверхню статора, ротора та внутрішню поверхню комірок ротора нанесено каталізатор у вигляді шару паладію Pd або платини - Pt. Крім того бак для води виконано у вигляді закритої ємності з вхідним, вихідним та контрольним патрубками, а в лінії "бак-кавітатор-теплообмінник" паралельно кавітатору встановлено насос, а на контрольному патрубку - зворотний клапан. Суть корисної моделі пояснюється схемою теплової системи підвищеної ефективності одержання тепла, яка наведена на фіг. 1. Схема появи кавітаційного пухирця наведена на фіг. 2. На фіг. 3 наведено розширення кавітаційного пухирця. На фіг. 4 наведено швидке зменшення розмірів кавітаційного пухирця - його (стискання) та схлопування. На фіг. 5 наведено випромінювання світла та тепла при схлопуванні кавітаційного пухирця. Теплова система підвищеної ефективності складається з бака 1 для води, який виконано у вигляді закритої ємності, теплоутворювача - кавітатора 2 ТУ(К), на боковій поверхні ротора якого виконані активні центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, теплообмінника 3, запірної арматури 4 та апаратури керування 5 (АК), які з'єднані між собою у кільце трубопроводами 6 та патрубками. Відповідно до корисної моделі на торцях ротора кавітатора 2 та його боковій поверхні виконані додаткові центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, а на поверхню статора, ротора та внутрішню поверхню комірок ротора кавітатора 2 нанесено каталізатор у вигляді шару паладію - Pd або платини - Pt. Теплоутворювач 2 поєднано з баком 1 для води безпосередньо запірною арматурою 4, а вихід кавітатора 2 - під'єднано патрубками та запірною арматурою 4 до входу теплообмінника 3, поєднаного трубопроводом 6 з баком 1 для води. Бак 1 для води має вхідний 7, вихідний та контрольний 9 патрубки, рівень 8 води в бакові 1 контролюється зворотним клапаном 10, встановленому на контрольному патрубку 9. В лінії "бак-кавітатор-теплообмінник" паралельно кавітатору 2 встановлено насос 11. Теплова система підвищеної ефективності працює наступним чином. Всю теплову систему заповнюють водою, при цьому рівень води 8 у баку 1 може бути максимальним завдяки наявності зворотного клапана 10, встановленого на контрольному патрубку 9, через який зайва вода буде зливатися геть. Таким чином зворотний клапан 10 контрольного патрубка 9 забезпечить заданий рівень 8 води в баку 1, тобто забезпечить відповідну висоту (h) - фіг. 1 1 UA 99658 U 5 10 15 вхідного патрубка 7 над рівнем води 8 у баку 1. Виконання бака 1 для води у вигляді закритої ємності дає можливість підвищення тиску всередині бака 1 і тим самим створює умови підвищення температури води. Регуляторами датчиків температури встановлюють (задають) необхідне її значення, яке повинно бути у приміщенні. Відкривають крани запірної арматури 4 і запускають теплову систему в роботу. Запуск системи в роботу здійснюється апаратурою керування 5, за допомогою якої включають кавітатор 2. При роботі кавітатора 2 в комірках ротора, що являють собою центри утворення кавітаційних пухирців і відомі як комірки Гріггса, утворюють кавітаційні пухирці - фіг. 2, які в подальшому розширюються - фіг. 3, потім стискаються та схлопуються - фіг. 4. Схлопування кавітаційних пухирців супроводжується випромінюванням світла та тепла - фіг. 5. В процесі життєвого циклу кавітаційних пухирців від їх утворення до схлопування - фіг. 2 - фіг. 5 внаслідок розкладання молекул води виділяють атоми і складові молекул води, головним чином атомарний (Н та О) та молекулярний (Н2 та О2) водень та кисень. Руйнування молекул води відбувається на етапі розширення кавітаційних пухирців фіг. 3. В подальшому - фіг. 4 відбувається швидке зменшення розмірів кавітаційного пухирця його (стискання) та схлопування. Розміри кавітаційних пухирців зменшуються - фіг. 4 і відбувається це завдяки зближенню стінок кавітаційних пухирців з швидкістю у відповідності до рівняння Релея: V 20 25 30 35 3  2P  R 0   1 ,    R3   (1) 2 де P - тиск на зовнішній поверхні пухирця, (н/м ); 3  - щільність рідини, (кг/м ); R 0 та R - початковий та текучий радіуси кавітаційного пухирця, (м). Швидкість зближення стінок кавітаційних пухирців з зменшенням радіуса пухирця R необмежено збільшується (залежність 1), таким чином, при зменшенні розмірів кавітаційних пухирців відстані між складовими зруйнованої молекули води - атомарним та молекулярним воднем та атомарним та молекулярним киснем також невпинно зменшуються. Зрештою зазначена відстань зменшується до критичної, при цьому прискорення, з яким рухаються стінки пухирця до центру, збільшується, що спричиняє ущільнення шару рідини біля стінок пухирця, що створює умови, при яких відбувається взаємодія між атомарними та молекулярними воднем та киснем у вигляді окисно-відновної реакції (ОВР), яка спричиняє мікровибух з виділенням світла та додаткового тепла - фіг. 5. За формулою Жуковського для води тиск при схлопуванні кавітаційних пухирців сягає порядка 4 ГПА (40000 атм.). При взаємодії між атомарними та молекулярними воднем та киснем у вигляді окисно-відновної реакції (ОВР) спостерігається синьо-голубе світло сонолюмінесценції - фіг. 5, що приблизно відповідає теоретичному випромінюванню "абсолютно чорного тіла" при температурі 6000 ºС. Внаслідок взаємодії між атомарними та молекулярними воднем та киснем у вигляді окисновідновної реакції (ОВР) при критичній відстані між ними, утворюють нові молекули води та одержують тепло у вигляді: H  H  O  H2O  Q1 (2) 2H2  O2  H2O  Q2 , (3) 40 45 50 Q1 та Q 2 - виділене додаткове тепло при взаємодії між атомарними та молекулярними воднем та киснем відповідно. Для підвищення ефективності роботи теплової системи на торцях ротора та його боковій поверхні виконані додаткові центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, крім того нанесення каталізатора у вигляді шару паладію - Pd або платини - Pt на поверхню статора, ротора та внутрішню поверхню комірок ротора підсилює реакції розкладання (руйнування) молекул води на складові та їх з'єднання, внаслідок чого збільшується їх кількість в кавітаційних пухирцях, що підвищує питому продуктивність ОВР на одиницю маси або об'єму. Про збільшення атомарного водню (Н), кисню (О) та їх молекул Н2 та О2 свідчить більш яскраве світіння кавітаційних пухирців - фіг. 5. Апаратура керування 5 призначена для керування роботи кавітатора 2 та насоса 11, тобто включення їх та зупинку в залежності від встановлених необхідних параметрів у приміщенні, яке 2 UA 99658 U 5 10 15 20 25 обслуговується тепловою системою. Для забезпечення роботи апаратури керування 5 у приміщенні встановлені датчик(и) температури з можливістю її регулювання на необхідні параметри та датчики рівня води у баку 1. Для підтримання температури у приміщенні в заданих межах зазначені датчики з апаратурою керування мають зворотний зв'язок, тобто, при досягненні необхідних параметрів температури у приміщенні апаратура керування 5 автоматично вимкне кавітатор та увімкне насос 11 для перекачування гарячої води по системі при вимкненому кавітаторі обминаючи його. При зниженні температури води у системі нижче встановленої (АК) - 5 автоматично увімкне кавітатор 2 при увімкненому або вимкненому насосі 11 в залежності від мікроклімату у приміщенні. Тобто апаратура керування 5 - (АК) дозволить підтримувати необхідні параметри температури у приміщенні у автоматичному режимі. Запропонована конструкція теплової системи підвищеної ефективності та наведений перелік операцій одержання тепла забезпечить виконання поставленої задачі корисної моделі розробка конструкції теплової системи та створення умов технологічного процесу перетворення, наприклад, електричної енергії, яка забезпечить підвищення ефективності одержання додаткового тепла. Запропонована конструкція теплової системи підвищеної ефективності є промислово придатною і може бути реалізована в системах теплозабезпечення житлових, суспільних та промислових приміщень, а також для гарячого водопостачання як для побуту, так і для технологічних систем в різних галузях народного господарства. В джерелах інформації теплової системи з аналогічними ознаками авторами не виявлено. Джерела інформації: 1. Фоминский Л.П. Роторные генераторы дарового тепла. Сделай сам. - Черкассы: "Око Плюс", 2003. - 346 с. 2. Патент України № 76610 Теплова система МПК F24D 3/00. Глотов Є.А., Здоровенко В. І., Слободянюк А.А. 3. Патент України на винахід № 78879 Кавітатор МПК В01F 7/00. Глотов Є.А., Сердюк О.Д., Нікітіна О.С., Нікітін С.П. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Теплова система підвищеної ефективності, яка включає послідовно з'єднані між собою у кільце трубопроводами та патрубками бак для води, теплоутворювач-кавітатор, на боковій поверхні ротора якого виконані активні центри утворення кавітаційних пухирців - комірки Гріггса, теплообмінник, запірну арматуру та апаратуру керування, яка відрізняється тим, що на торцях ротора та його боковій поверхні виконані додаткові центри утворення кавітаційних пухирців комірки Гріггса, а на поверхню статора, ротора та внутрішню поверхню комірок ротора нанесено каталізатор у вигляді шару паладію - Pd або платини - Pt, при цьому бак для води виконано у вигляді закритої ємності з вхідним, вихідним та контрольним патрубками, а в лінії "баккавітатор-теплообмінник" паралельно кавітатору встановлено насос, а на контрольному патрубку - зворотний клапан. 3 UA 99658 U 4 UA 99658 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5