CN1918440A - 用于产生加热建筑物和建筑的热量的方法以及一种连续空化热发生器 - Google Patents

Abstract

一种用于加热建筑物和建筑以及用于连续操作根据本发明的空化热发生器(10)所要求的方法，不同的是，通过改变用于流体输送的罐的结构以及通过改变热发生器的结构，也通过将数量为7％的工作流体(水)质量的乙烯乙二醇加入到工作流体(水)中，且用等于水团体积的0.002的空气充满工作流体流，大量的热量可以产生，用于加热相当大的流体体积，且同时将工作流体输送到发生器，并实现其加热。

Description

用于产生加热建筑物和建筑的热量的方法 以及一种连续空化热发生器

技术领域

本发明涉及热能工程，也就是获得热量的方法，其发生不同于燃料燃烧，且可以用于自主地加热建筑物(building)以及各种用途的建筑(construction)，用于加热工业和家庭用水。

发明背景

1.用于产生加热建筑物和建筑的热量的方法。

加热流体的方法是已知的，其中热量通过在主流体流中喷射反向流的动作获得，或者通过在流体路径中设置机械障碍物获得，或者通过使用具有有限体积的热载体的间歇运转热发生器获得，或者在增加用于加热流体的输入能的同时减少热载体的体积获得，或者通过在主流中增加重水获得。

与权利要求的方法最类似的方法，是通过流体加热装置——专利RU 2045715 C1，F25 B29/00，10.10.1995，Bul.No.28和UA 47535C2，F24.J3/00，Bul.No.7.描述的热发生器获取热量的方法。

在这种方法中，任何纯净水(例如，技术水)在可以使初压力增加到0.6Mpa的泵的帮助下输送到专利RU 2045715 C1，F25 B29/00描述的热发生器的输入端，且使用5.5千瓦的输出泵在封闭的回路中将初始温度18-20℃总质量200kg的水加热到70℃的温度。在专利中没有描述热发生器的热生产率，描述的效率没有考虑室外空气温度，以及通过此装置和此方法加热的房屋壁的厚度和材料，以及描述了在封闭回路中间歇的流体加热率，差异是每分钟1.5℃。

通过专利UA 47535 C2，F24J3/00，15.07.2002，Bul.No.7描述的同种装置获取热量的方法，提出了关于通过在热发生器中用于获取热量的水温的时间间隔的改变和改进以及热生产率增加的提供来获取热量的方法的问题。

提出的问题可以通过说明给出的实例得到解决，其中水初始加热到63-70℃的温度可以借助于具有相同性能数据的电加热单元或热发生器实现。然后，类似热发生器的工作回路充满了加热的水，且在封闭循环运行完后，可以获得每分钟0.8℃的加热温度，直到水的沸点。在给出的另一个实例中，可以将电动机容量增加到11千瓦，即两倍多，且热发生器的工作回路充满温度63℃以上相同质量为100kg的水。而且还是如专利UA 47535 C2，15.07.2002，Bul.No.7所述，热发生器工作效率水平为2。

因此，专利中提出的问题毫无疑问地在其第一部分被证实，即在温度63℃以上，水加热的强度增加了，且一直持续到沸点，但是在提出的问题的另一部分，在进行热生产效率的实际计算时没有考虑用于将水加热到63℃以上的温度的初始能量输入。

相对于以前的专利UA 47535 C2，15.07.2002，Bul.No.7，当使用更大功率的泵以及减少水的质量两倍时，装置效率增加了。因此，已经证实，在封闭回路中工作流体加热强度首先取决于在装置中每时间单元的流循环速度的增加，即空化(cavitational)和振动波过程的增强。

目前所使用的方法的缺点是倘若泵输出没有增加，工作流体体积增加的情况下，热产生效率不够，以及将工作温度70℃的热载体(水)频繁间歇地输送到房屋的热水加热系统，在那里，其散发了一部分热量，且在65-67℃的温度下返回到热发生器入口，且因此导致泵的频繁启动，即过大的能量输入，输送泵的磨损，以及不可能在加热系统中相当长时间保持热载体的温度。以及也不可能在需要过热水温的工艺操作领域使用该方法和该装置。

2.流体加热装置是已知的，其包括设有工作流体输入端和输出端的热发生器，连接到热发生器入口的泵，流加速器，以及与回流管连接的设有位于热发生器出口的闸结构的管状部分。(UA 7205 A，F25B29/00，30.06.1995，Bul.No.2；RU 2045715 C1，F25B29/00，10.10.1995，Bul.No.28；UA 22003 A，30.04.1998，Bul.No.2)。

目前所使用的装置的工作原理是基于利用不同的工作流体压力以及利用在流体流中产生且导致其温度增加的空化作用。

实用发明的最类似的类似物是用作流体加热的装置，包括设有工作流体输入端和输出端的热发生器，连接到热发生器入口的泵，流加速器，供给管和回流管，与回流管连接的设有位于热发生器出口的闸结构的管状部分，注射管，顺序单向的蛋形管，设有圆柱形通道的圆柱形端口的套管，圆锥形流体分离器。(UA 22003 A，F25B29/00，30.04.1998，Bul.No.2)

目前所使用的方法的缺点是在增加工作流体体积的条件下热产生效率不够，在工作流体中出现的热扩散过程的低速度，因此限制了装置的性能。

发明内容

本发明的主要部分是关于热量获取方法的问题，其提供了热量获取效率的增加，倘若能量输入没有增加，热载体总质量增加的话，以及借助于该装置同时将热载体输送到消费者(consumer)，并借助于一个热发生器实现加热的方法是可能的。

提出的问题可以通过将正常条件下沸点为114℃，溶液中含量7％的乙二醇(乙硫醇)HOCH₂-CH₂OH输送到用于热载体的密闭罐36内的水中获得解决。罐36内的热载体总体积包括用于充满加热系统和热交换器44必需的体积，以及等于加热系统体积的0.7倍的附加的水体积，且如图9用点划线——第一水位所示。

除了工作流体沸点温度增加的可能外，倘若在加速器和热发生器的槽形空间内针对给出的介质可将流速度增加到超音速的话，在水中乙二醇的出现会导致空气对水相位的连续性，以及在出现故障情况和热发生器关闭的情况下提供了加热系统更连续的不会结冻的状态。

热量获取效率增加的方法的目的的实现是通过使用补充装置产生，它是由不锈钢制成的管39，其上端通到热载体罐36的空气罩空间(air hood space)，且下端浸没到泵35的进气歧管34，且在较低的部分具有沿管周长均匀分布的垂直孔53，但是在高度上不会超过泵35的进气歧管34的边界。利用这个装置可通过将相应数量的空气与工作流体流一起抽入到热发生器系统中，由于流体流浸透了初始的空化空气水珠以及局部水压的降低，从而提供了增强热交换的可能性，这样依次改变传热速率，在这种条件下在热发生器内可以增加到20％，且使工作流体的沸点大大提高了5％-直到120℃。

因此，热量获取方法中提出的问题获得了解决，使其获取效率增加以及在大气压力不变的情况下使工作流体沸点增加。

提出的问题的第二部分提供了一种方法，由于此方法，同时将热载体输送到消费者且借助于相同热发生器实现加热是可能的。

提出的问题通过这个事实获得了解决，该事实是工作流体罐36有一层具有对应于必需的计算的低的传热比热的材料，且在不考虑长时间热载体温度降低的情况下，使其控制被加热的热载体的温度。工作流体罐36通过下列方式体现，它具有由低传热系数的材料制成的隔板37形成的两个部分，且在较低的部分通过用于工作流体的通道38相互连接，且还通过罐空气罩空间36内的隔板37连接在一起，从而使罐区域的压力平衡且保持罐内工作流体的水位相等成为可能。两个部分的出现使更加积极地加热在热发生器所在区域的工作流体，以及防止用于大量热载体的热扩散的连续过程成为可能。在另一部分，具有较低温度的工作流体被注入，其与比例为抽出的工作流体质量的体积的0.002的空气一起通过泵35的进气歧管34抽出，其通过泵的进气歧管从通道38将水输送到热发生器。热发生器10与工作流体罐36通过排放线路21和回流管45与加热系统(或热水输送系统)连接在一起，排放线路21和回流管45通过凸缘进入到工作流体的罐空气罩空间区，但是不会接触流体的表面。罐还安装有用于读取工作流体温度示数，以及用于通过正常关闭的电液阀41检查和操纵控制调节装置组件49的热电偶40。工作流体罐36还安装有用于向系统补给工作流体的活栓51，如果需要的话，或者为了连续将水输送到罐中，它可以用于与供水系统的连接。提供了位于罐较低部分的活栓52，其用作工作流体从罐中流出。为了使系统与中心主线独立，且用于紧急情况关掉，提供了必要容量的柴油机发生器装置54，其连接到泵和控制调节装置组件49上。系统还安装有用于转变系统工作模式42以及使工作流体从加热系统和热交换器44手动泄出的手动操作旋塞。为了防止管道系统内的水压冲击，提供了安置在活栓41，42后的用于水压冲击阻尼的罐43。回流管安装有连接到控制调节装置组件49的热电偶46，且使其可以读取回流管内的温度示数以及通过控制调节装置组件管理正常关闭的电液阀工作47。控制调节装置组件49操作自动模式下的所有系统模块。

作为本发明的主要部分，也提出了改进加热流体装置的问题，其中，其结构的改变以及用新的附件对其的补充提供了大量热能的产生，热扩散作用的增强以及用于加热相当大地体积的工作流体以及工作流体同时输送到供给管的空化热发生器操作的连续性。

提出的问题通过这个事实获得解决，该事实是根据本发明，设有工作流体入口和出口，泵，供给管和回流管的连续运转空化热发生器，还包括工作流体加速器(图2)，其连接到泵35和用于流体输送的连接套管33，包括至少三个具有不同直径的通道的相继连接的歧管，这些歧管通过具有圆锥形斜面改变主流体流方向的凸缘27和与歧管通道26切向设置的喷出加速通道29相互连接。工作流体加速器还安装有设有径向分布的孔的静止穴24，31，其可以产生校准的(calibrated)空化泡沫流，泡沫流进入流槽形区，目的是空化泡沫的分解以及二级流的产生。工作流体加速器还安装有槽形喷射器23和增加工作流压力的腔1，其具有与热发生器的中心管2的通道切向设置的槽形喷射加速通道(图1)。热发生器的中心管2与它的中心部分7连接，其包括产生校准空化泡沫流的径向设置的孔4的静止穴3，且具有位于槽形流区的径向通道5。静止穴3还包括空化拉瓦尔喷管6，其提供了主流体流瞬间的变窄和加宽，以及导致分解的空化泡沫的二级流的形成。

连续运转空化热发生器还包括设有圆锥形分离器的主流体流的分配凸缘10，11，其在压力下均匀地分流工作流体通过槽形切向引导的通道12，23，进入靠在热发生器的中心管12中心设置的热发生器的出口装置通道14，该通道至少是五个，以及加热系统的供给管21，或者将热水输送给消费者。出口装置14安装有产生校准空化泡沫流的分散状设置的孔16的静止穴15，位于装置体19中的环形通道17，以及分解空化泡沫的空化拉瓦尔喷管18。出口装置19还安装有与装置轴以及从热发生器的中心管2伸出的导向旁道(sideway)成45°倾斜角的热发生器的喷管出口20。

附图说明

附图呈现了连续空穴热发生器及其单元的示意性略图，以及描述了根据本发明权利要求方法的实在化的示意图(图9)。

具体实施方式

1.体现同时将热载体输送到消费者并借助于相同的热发生器实现加热的方法的系统运行如下。

如前面提到的，用初始温度5℃以上的必需数量的工作流体36充满罐后，在没有控制调节装置组件49的参与下开启泵35，且借助于热发生器加热工作流体直到90℃的温度，热电偶40控制加热过程。在工作流体达到90℃的温度后，平稳地打开手动控制阀42，且工作流体进入设有热交换器44的加热回路中，热发生器开启，且同时打开旋塞48，51。热电偶46读取在回流管45内的热发生器的示数。在工作流体充满加热系统后，关闭阀42，48，51，关掉泵且热载体工作温度在加热系统的供给和回流管内的控制调节装置上显示。关闭电液阀41的上限温度可以设置，其可以低于罐36内的工作流体温度90℃，例如为80℃，以及同时关掉泵35的温度，打开电液阀47的温度可以设置，例如60℃，以及自动开启用于启动热发生器工作的泵35的温度。90℃的温度也可设置用作电液阀41的打开。然后，泵和热发生器自动开启。当罐内的工作流体温度水平为90℃时，阀41和47打开，且热发生器给水加压使其进入系统中，且同时继续加热罐内的工作流体。当回流管内的温度水平为80℃时，阀41，47自动关闭，泵关掉，直到系统冷却到60℃，于是阀47打开，且泵自动开启以及热发生器开启，将水在适当的加热后通过打开的阀41输送到系统中。提升需要加热的温度必需的时间是不重要的，因为在60℃的温度下从回流管45进入的水物质如果与罐内温度不会低于80℃的水物质相比是不重要的，因此它将被加热到比63℃更高的温度，而且如专利UA 47535 C2，F24J3/00所证明的，会出现工作流体加热速率的突然增大。在将罐中的工作流体加热到90℃的温度后，系统进入自动工作模式，且整个循环按照相同的规律重复操作，同时热发生器工作时间将取决于加热系统设置的温度参数，且热发生器的开启频率将自动地取决于影响被加热房屋的温度条件的环境温度。

因此，同时将热载体输送到消费者且借助于该一个热发生器实现加热的方法可以实现。

泵容量参数的改变，用于工作流体罐的总体积的增加或降低及其部分的比例，其是变量，以及根据所述方法的热发生器的相继连接对本领域技术人员是显而易见的，且不可用作关于给出的发明的改进方法的理由。

2.与所述的装置安装在一起的连续空穴热发生器运行如下。

流体(水)流借助于泵35以7m/sec的速度进入加速器(图2)的歧管通道32中，然后进入静止穴31的圆锥形部分，在那里，其打漩且获得9m/sec的速度。在此速度下，流体流进入直径比歧管通道32小2.4倍的静止穴31的内通道中，且同时流体流速度增加到14m/sec。因此，静止穴的内通道是不能进入到达其圆锥形末端，主流又打漩且获得回行运动，且同时由于涡流以及由于流的动能转变成热能而产生热量，空化泡沫开始的首次过程发生了。而且，在两排径向的孔中，其是相同尺寸的校准空化泡沫的均匀流的发生器，主流突然改变了它的运动方向，且同时再次释放热能，以24m/sec的速度进入流槽形区，且进入歧管的径向通道30，在那里，空化泡沫破裂的主动过程发生了，伴随着能量释放，且累积的流速度局部增加到700m/sec，且饱和流的首次泡沫分解具有更小的直径20-25×10^-6m。同时，在由静止穴31的外直径-d_C和歧管30的内直径-D形成的槽形间隙中，流压缩系数根据公式确定：

V_IN·D²＝V·(D²-d² _C)，

由此，

$\frac{d_c}{D}=\sqrt{1-\frac{V_{\mathrm{IN}}}{V}}=\sqrt{1-\frac{7}{24}}=0.84$

其中，V_IN——通过泵施加的初始流体流速度；

V——在进入槽形间隙时通过其获得的流体流速度；

——空气对水混合流的连续(压缩)系数。

水珠的空气对水物质产生了，其可以压缩(与流体对立)，空气体积含量为0.8，可以导致附加的振动波和超声波流动的产生。空气对水物质的声速可以根据伍德公式计算：

$a\≈\sqrt{\frac{P}{\mathrm{\α}\·(1-\mathrm{\α}){\·P}_f}}$

其中：P——在空气对水混合物的压力

α——空气体积含量；

P_f——流体体积厚度。

因此，α＝0.8，α·(1-α)＝0.16，且用于所给出的介质的音速为25m/sec。

为了通过超声振动波和振动气穴现象的产生进一步激活热量的累积过程，在泡沫破裂过程中直径为20-25mkm的泡沫结束时，需要超声波的流体速度以形成空气对水混合物，这可以在槽形间隙以及位于静止穴31末端的空化拉瓦尔喷管中获得，其提供了主流体流瞬间的变窄和加宽。此外，主流体流进入歧管30的压力增加的通道的流动部分，在那里，在没有累积流的形成下微泡沫的完全点破裂(complete spot collapse)发生了，且因此流体被强烈加热。

此外，主流体流进入歧管的圆锥形通道28，在那里，它的速度再次增加到5m/sec，且在直径等于歧管通道32的0.5倍的歧管的圆柱形通道28中，在那里，它的速度增加到9m/sec，且由于在与歧管通道26切向设置的喷出加速通道29上的凸缘27的导向圆锥形斜面，流运动方向发生突然改变，且同时主流体流速度增加到14m/sec。当通过歧管通道时，流打漩且导致热能释放。此外，主流体流进入歧管的圆锥形通道25，在那里，流再次获得9m/sec的速度，且进入静止穴24的内通道，在那里，发生了相同的物理现象，因为当流通过静止穴31时伴随着热能释放。此外，当通过歧管28，改变流运动方向的凸缘、通道25，26以及歧管22的和静止穴24时，主流体流的温度会相继增加。

加速器出口(图2)安装了设有孔的槽形排出器23，当通过它们时，主流获得加速度且形成空化泡沫，其在更高压力的腔(1)内破裂且释放热能。虽然槽形喷出加速通道与歧管通道2切向设置，但是主流体流以9m/sec的速度进入热发生器中心歧管的通道2，然后打漩且释放热能。当通过静止穴3和产生泡沫的孔，径向通道5以及拉瓦尔喷管6时，热能也被释放且流进入歧管的圆锥形通道8，在那里，流再次打漩且释放热能。当主流体流进入设有圆锥形分离器的分配凸缘10时，主流被分成进入槽形切向引导通道12，13以及进入出口装置14的流动通道的流，其至少是5个，且也会进入加热系统的供给管21的流动通道，或将热水输送到消费者且获得8m/sec的速度。

(图4，5)示出了用于北半球和南半球的槽形通道进入部(entering)12，13相对歧管14，21的布置，北半球和南半球与陆地磁场对水的感应相关联，水是抗磁性的，且在主流体流的螺旋运动下具有磁化系数χ＝-13.0·10⁶，为了增加主流的速度，主流体流的方向与不同半球内陆地磁场强度矢量的作用方向是相同的。此外，在出口装置14内打漩的流体流受到科里奥利力的影响，其将外面的流体层转向到与它的相对速度垂直的方向，且对导致热能释放的歧管通道壁14施加压力。

槽形通道的横截面区域13取决于被输送到供给管21的热载体的体积，且是个变量，因此它可以调节热载体输送率。

然后，流体流进入静止穴15的内流动通道，通过径向通道16，位于歧管体19内设有环形通道17的槽形流区和空化拉瓦尔喷管18，且同时发生相同的物理过程和释放热能，当流体流通过静止穴的加速器(图2)以及热发生器的中心歧管2时。当流体流通过与歧管轴成45°倾角的歧管19的喷管出口20时，如果与设有一个工作流体喷管出口的热发生器的结构相比，额外的热能释放且热扩散过程的总面积增加5倍多(作为最小值)。

因此，提出的关于通过结构改变以及用新装置对其补充来改进装置的问题提供了：空化发生器可产生用于加热相当大体积的流体的热能并连续将流体同时输送给供给管。

改变加速器元件的数量以及相对热发生器中心歧管同心设置的工作流体出口装置的数量，或改变供给管通道的横截面积对本领域技术人员是显而已见的，且不能成为关于本发明的用于改进装置的基础。

工业实用性

根据本发明，连续运转空化热发生器以及根据权利要求的获得热量的方法，可以在农业，工艺操作过程领域用作建筑物以及不同用途的建筑的自动加热，或用于能源产生。

Claims (2)

1.一种用于产生加热建筑物和建筑的热量的方法，其通过形成漩涡水流以及在出现声波动和冲击波动的流中在谐振增强处提供其流动的空化模式进行，不同的是，将总量为水体的7％的乙二醇加入到水中，且工作流体流充满了相当于水体体积的0.002的空气，通过改变用于流体输送的罐的结构以及改变热发生器的结构，可以实现同时输送工作流体以及对其加热的方法。

2.连续空化热发生器，其设有工作流体入口和出口，连接到热发生器入口的泵，流体运动加速器，供给管和回流管，单向圆锥形歧管，圆锥形流体分流器，不同的是，空化热发生器还包括工作流体加速器(图2)，其包括至少三个具有流动通道的不同直径的相继连接的歧管，且通过具有圆锥形斜面和喷出加速通道(29)的凸缘(27)改变主流体流运动方向而相互连接，包括设有用于产生校准的空化泡沫流的径向分布的孔(4，16)的内侧静止穴(24，31)，和空化拉瓦尔喷管(6，18)，增加压力的流体腔(1)和设在热发生器中央(7)和出口装置(19)中的静止穴(3，15)，其至少为五个，同时进入热发生器出口凸缘(19)和供给管歧管(21)的主流体流的分配凸缘(10)。

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