RU2205334C2 - Способ получения энергии и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам и устройствам нагрева и перегрева жидкостей. Способ нагрева жидкостей и суспензий в смеси, включающей водород и его изотопы, заключается в продавливании смеси через одно или несколько цилиндрических отверстий во вставке. Вставка выполнена из диэлектрического материла, склонного к кавитационной эмиссии. Вставка перемещается в направлении, противоположном направлению истечения смеси. Перемещение вставки осуществляют по окружности. Устройство для нагрева жидкостей и суспензий в смеси, включающей водород и его изотопы, содержит корпус. В полости корпуса установлена вставка с одним или несколькими цилиндрическими отверстиями. Вставка выполнена из пластичного диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии. Корпус выполнен в виде держателя, прикрепленного к лопасти, или в виде самой лопасти крылатки центробежного насоса, где закреплена вставка. При этом оси отверстий перпендикулярны радиусу вращения вставки. Использование изобретения позволяет получать большую плотность энергии в единице объема рабочего тела (жидкости). 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам и устройствам нагрева и перегрева жидкостей.

Известен способ получения энергии для нагрева жидкостей в теплогенераторе посредством изменения нагрева жидкости, которое в соответствии с общепринятым законом термодинамики приводит к изменению температуры среды. Недостаток: низкая эффективность нагрева жидкости (1).

Известен способ получения тепла путем формирования вихревого потока воды и обеспечения кавитационного режима его течения при резонансном усилении возникающих звуковых колебаний в этом потоке, воду в вихревой поток подают при температуре выше 63^oС, лучше - 63-70^oС (2).

Для получения тепла осуществляют следующие операции.

1. Берут обыкновенную воду технической или другой чистоты. (Воду повышенной чистоты, имеющую удельное сопротивление 10¹¹-10¹⁴ Ом•м, используют только при осуществлении способа с помощью устройства Колдамасова (3) или аналогичного ему).

2. Подогревают приготовленную воду до 63-70^oС. 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 (6) или установки Колдамасова (3), или другого аналогичного им устройства.

4. С помощью насоса нагнетают воду из сосуда с 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 навигационный 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 потребителя.

7. Возвращают воду, охладившуюся в теплообменнике, по замкнутому контуру в сосуд для исходной воды, откуда ее вновь 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.

В изобретении рабочим телом является вода, которая в дальнейшем используется непосредственно теплоносителем, либо промежуточным теплоносителем. Этот способ не обеспечивает заявленный объем независимой части формулы, нагрев жидкостей, растворов и суспензий, т.к. для каждой жидкости, раствора или суспензии существует своя точка или свой интервал температур, при которых эффективность способа наибольшая.

Известен способ получения энергии, заключающийся в том, что кавитационные пузырьки жидкости создают путем понижения давления ниже давления водяных паров, перемещают смесь жидкости с кавитационными пузырьками из зоны пониженного в зону повышенного давления, разделяя ее на множество струек различного сечения, отсекают от струек порции смеси и забрасывают их в зону повышенного давления и, варьируя разрежение в зоне пониженного давления и расход протекающей жидкости, создают в ней резонансный режим.

(3) Известен способ получения энергии (4), заключающийся в том, что в зону обработки подают жидкий литий, который подвергают воздействию периодических акустических сил для создания в них кавитационных пузырьков, в результате чего происходит реакция термоядерного синтеза. Однако для осуществления указанного способа получения энергии необходимо большое количество громоздкого оборудования и энергопотребляющих узлов, что требует значительных энергетических затрат. Кроме того, жидкий литий, используемый в качестве вещества, является дорогим топливом, что удорожает процесс получения энергии.

Известен способ получения энергии, заключающийся в том, что кавитационные пузырьки в веществе создают путем создания периодически изменяющегося давления, имеющего постоянную и переменную составляющие, причем указанные составляющие выбирают из определенных соотношений (5).

Недостатком этого способа является создание большого (более 20 МПа) давления переменной составляющей давления при малом К=6 и большом объемах перекачиваемой жидкости.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача получения энергии для непосредственного нагрева и перегрева жидкостей, водных растворов и суспензий непромежуточными теплоносителями, а непосредственно этих жидкостей, водных растворов и суспензий, путем перевода внутренней энергии жидкости в тепловую.

Известно устройство (получения энергии) для нагрева жидкости, имеющее корпус с цилиндрической частью, оснащенное циклоном, торцевая сторона которого соединена с цилиндрической частью корпуса, в основании которой, противолежащей циклону, смонтировано тормозное устройство. За тормозным устройством, в цилиндрической части корпуса установлено дно с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, соединенным с циклоном с помощью перепускного патрубка. Тормозное устройство выполнено из двух или более радиально расположенных ребер, закрепленных на центральной втулке (6).

Недостатком такого устройства является необходимость для создания вихревого движения жидкости прокачивания больших масс жидкости, что требует на перекачку большого количества энергии.

Известно устройство для получения энергии, включающее корпус, выполненный целым, а ротор выполнен в виде одноступенчатой с двухсторонним проходом потока турбины, лопатки которой имеют утолщение к периферии и угол установки φ = 80^o, скрепленные тремя литыми, заодно с лопатками, ободами с перегородкой, разделяющей его на две равные половины, расположенные между резонирующими дисками, имеющими всасывающие и нагнетательные отверстия, прикрепленные к корпусам камер пониженного давления и нагнетания, периферийные части лопастей более удалены в радиальном направлении, чем кромки нагнетательных отверстий (7).

Недостатками известного устройства являются: излишний расход энергии на кручение (перекачку внутри устройства) ротором жидкости, не создавая давления, и тем самым снижается эффективность кавитации.

Известно устройство получения энергии - ультразвуковой активатор (8), содержащий две или более соединенные последовательно рабочие камеры, в каждой из которых установлены рабочие колеса центробежного насоса с закрепленными на периферии роторами в виде перфорированных колец. Коаксиально роторам в корпусах рабочих камер напротив каждого ротора закреплен статор, выполненный в виде перфорированного кольца. Рабочие камеры сообщены между собой посредством диффузоров. Последняя рабочая камера соединена с первой камерой циркуляционным контуром.

Недостатком этого устройства является:
- большие осевые нагрузки на подшипники;
- нетехнологичность сборки, т.к. требуется поэлементная единовременная сборка ротора, деталей корпуса, статора;
- трудность обеспечения взаимной центровки сопрягаемых деталей;
- сложность его изготовления и сборки, а также работает эффективно только первая ступень, все последующие работают при более высоком давлении, чем предыдущая, а значит с меньшей эффективностью.

Известно устройство (9), содержащее ротор цилиндрической формы, который характеризует определенное количество неоднородностей или расточек. Ротор вращается внутри кожуха, чья внутренняя поверхность близко соответствует цилиндрической и концевым поверхностям ротора. Опорная плита (крышка), предназначенная для установки подшипников и уплотнений для вала и ротора, примыкает к каждой стороне кожуха (корпуса). Полые участки опорной плиты соединены с пространством между кожухом и ротором. Впускные отверстия формируются в опорной плите для впуска жидкости в пространство ротора, кожуха рядом с валом. В другой половине кожуха выполнены одно или более выходных отверстий, через которые вода при повышении давления и/или температуры выходит из устройства. Вал может вращаться через муфту от электродвигателя.

Недостатком этого устройства является малоэффективная рабочая поверхность ротора при большой удельной массе последнего.

Недостатком всех теплогенераторов и реакторов такого типа (прототипа) является: необходимость для получения явления кавитации прокачивать рабочую среду (воду), а на перекачку среды (рабочего тела) расходуется большое количество энергии, и рабочее тело медленно нагревается, что не позволяет получать большую плотность получаемой энергии в единице объема рабочего тела.

Наиболее близким к предложенному способу является известный способ (прототип), реализованный в устройстве получения энергии (тепла), выделяющейся при реакциях синтеза, протекающих в реакторе, работающем на смеси, включающей водород и его изотопы в виде истекающей среды, содержит диэлектрический, стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема этой среды. В полости корпуса установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии и пластичного. На вставке выполнено одно или несколько отверстий, в которых формируется электрический заряд большой плотности, потенциал которого способен ионизировать атомы изотопов водорода и сообщать ядрам этих атомов энергетический импульс для преодоления Кулоновского барьера и обеспечения ядерного взаимодействия, когда в истекающую диэлектрическую среду, например "легкую воду", с удельным сопротивлением около 10¹¹ Ом•м вводится химически чистая "тяжелая вода" с такими же характеристиками и соотношением, необходимым для управления реакцией. Ядерный реактор увеличивает энергию плазменного образования и обеспечивает поддержку ядерных реакций, протекающих в нем, в управляемом режиме (10). Основной недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает работу устройства без прокачки рабочего тела (жидкости) для осуществления известного способа, а на прокачку требуется много энергии.

Задачей предлагаемого изобретения является: создание способа, позволяющего получать большую плотность энергии в единице объема рабочего тела, и в одну деталь были бы совмещены и ядерный реактор (теплогенератор), и движитель рабочей среды.

Эта техническая задача решается, если двигаться будет не только рабочее тело (жидкость), но и вставки с отверстиями в рабочем теле (в жидкости).

Предложенный способ отличается от известного тем, что в рабочем теле (жидкости) движутся по окружности вставки. Через отверстия вставок продавливается рабочая жидкость, причем давление в рабочей жидкости перед входом жидкости в цилиндрические отверстия создается движением вставок, установленных между дисками крылатки центробежного насоса, и/или лопастями крылатки, в которой установлены вставки. Вставка с отверстиями устанавливается между дисками и предпочтительно в конце лопасти крылатки, ось отверстия вставки параллельна с касательной к окружности в точке пересечения лопасти с наибольшей окружностью рабочего колеса. Это предпочтительное положение установки вставок, при котором жидкость продавливается через отверстие с наибольшим давлением, а значит и жидкость движется через отверстие с наибольшей скоростью. Кроме того, за вращающейся лопастью и за вставкой возникает разрежение, что увеличивает перепад в начале и в конце отверстия, и, наконец, вращающаяся с большой скоростью вставка навстречу движению жидкости в отверстии многократно увеличивает энергию плазменного образования и более эффективно нагревает жидкость.

Для создания резонансного режима, внутри поверхность улитки (корпуса) насоса отливают волнообразной, и лопасти, проходя то впадину, то выступ, создают внутреннюю пульсацию рабочей среды, создавая резонансный режим, необходимый для образования каверны у поверхности вставки, перед входом жидкости в отверстие. Изменением числа оборотов крылатки можно создать необходимый резонансный режим.

Предложенный способ, когда в жидкости движется вставка с одним или более отверстиями, позволяет, не прокачивая рабочую жидкость, т.е. не затрачивая энергии на перекачку, вести процесс нагрева и перегрева рабочей жидкости и сразу получать заданные энергетические параметры рабочей жидкости. Отверстия во вставках должны быть цилиндрическими, чтобы в них создавалось вихревое движение, при котором и высвобождается энергия вращения посредством кавитационных процессов, вызывающих в свою очередь ядерные, приводящие к выделению большого количества тепла.

Чтобы достичь необходимой скорости вращательного движения рабочей жидкости в отверстии вставки, при котором идет холодный ядерный синтез, можно увеличивать не только обороты центробежного колеса и радиус вращения вставки (т. е. диаметр колеса), причем предпочтительнее увеличивать радиус вращения, оставляя обороты вращения наименьшие, что для эксплуатации проще и дешевле. Радиус вращения может быть любой технически возможный. Выбор радиуса вращения является альтернативой между капитальными и эксплуатационными затратами.

Для примера: скорость истечения воды при давлении 8 кг/см² приблизительно в 10 раз меньше скорости движения вставки при диаметре крылатки 240 мм. Максимальная скорость вращения вставки соответствует максимальной технически возможной скорости крылатки.

Предложенное устройство отличается от известного тем, что вставки с отверстиями крепятся к дискам колеса центробежного насоса, причем держателем может служить и сама лопасть, при этом оси отверстий перпендикулярны радиусу вращения вставки. Предпочтительно, чтобы диаметр отверстия был не более 0,5 ширины лопасти в месте установки. Это обусловлено тем, что поток жидкости, скользящий по кривизне лопасти, обтекал бы выступающий держатель вставки, если вставка устанавливается выступающей впереди лопасти. Предпочтительно, чтобы длина цилиндрического отверстия составляла от 5 до 40 мм, в зависимости от диаметра отверстия. На одном валу возможна установка нескольких крылаток, которые могут быть как одного, так и различных диаметров.

На фиг. 3 представлена схема устройства для реализации предложенного способа нагрева воды; на фиг.1 представлено устройство (центробежный насос) и его продольный разрез; на фиг.2 - фрагмент устройства для осуществления предложенного способа: колесо центробежного насоса с установленной на лопасти колеса вставкой с отверстием.

Устройство содержит (все атрибуты обычного центробежного насоса для перекачки жидкости) корпус насоса 1, крылатку 2 с лопастями 3, вал электродвигателя 4. Под каждой лопастью 3 прикреплены держатели 5, куда запрессованы вставки 6 с отверстиями 7.

Конкретные размеры и материалы отдельных узлов устройства определяются исходя из конкретного технического задания на технические характеристики получаемой энергии.

Для создания промышленной установки выбрали обыкновенный центробежный насос, демонтировали крылатку и модернизировали ее, установив под каждой лопастью держатель со вставкой, как показано на фиг.2. Модернизированную крылатку установили на прежнее место и собрали схему, показанную на фиг.3.

Способ осуществляется следующим образом.

Через вводной патрубок 3 заполняют улитку насоса 1 и систему трубопроводов рабочей жидкостью, предварительно открыв все вентили. Заполнив систему, закрывают все вентили 3, 4 и 8. Замеряют исходную температуру рабочей жидкости. Закрывают вентиль 6. Включают электродвигатель. Двигатель работает при номинальных оборотах с минимальной нагрузкой, так как перекачка жидкости отсутствует. Закрепленные на дисках крылатки ядерные реакторы начинают вырабатывать энергию плазменного образования, и как только температура жидкости достигнет требуемой величины, открывается вентиль 6 и несколько открываются вентили входа 3 и выхода 4, и нагретая жидкость направляется по назначению. После использования тепла охлажденную жидкость направляют через штуцер 3 в устройство для повторного нагрева жидкости. Изменяя число оборотов крылатки и изменяя положения открытия вентилей 3, 5 и 6, подбирают необходимый режим работы данной конкретной системы.

Способ и реализуемое устройство позволяют получить плотность энергии в единице объема рабочего тела (жидкости) в 10-20 и более раз больше потребности на собственные нужды работы устройства.

Предложенная установка, реализуя предложенный способ получения энергии, перегревая воду до Т=168^oС при Р=8 кгс/см², дросселируя на выходе из системы давление до 4 кгс/см², может получать насыщенный пар температурой Т=142^oС для использования на производстве.

Источники информации
1. Патент РФ 2045715 от 10.10.95.

2. Патент РФ 2016554 от 16.06.2000.

3. Патент РФ 2142604 от 26.01.98.

4. Патент US 4333796 от 08.86.82.

5. PCT/RU 94/00290 от 23.12.94, WO 96/20377.

6. Патент РФ 2045715 от 10.10.95.

7. Патент РФ 2142604 от 26.01.98.

8. PCT/RU 92/00195.

9. Патент US 5188090 от 23.03.93.

10. Патент РФ 2152083 от 05.10.98.

Claims (6)

1. Способ нагрева жидкостей и суспензий в смеси, включающей водород и его изотопы, путем продавливания смеси через одно или несколько цилиндрических отверстий во вставке, выполненной из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, отличающийся тем, что осуществляют перемещение вставки в направлении, противоположном направлению истечения смеси.

2. Способ нагрева по п. 1, отличающийся тем, что перемещение вставки осуществляют по окружности.

3. Устройство для нагрева жидкостей и суспензий в смеси, включающей водород и его изотопы, содержащее корпус, в полости которого установлена вставка с одним или несколькими цилиндрическими отверстиями, выполненная из пластичного диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде держателя, прикрепленного к лопасти, или в виде самой лопасти крылатки центробежного насоса, где закреплена вставка, при этом оси отверстий перпендикулярны радиусу вращения вставки.

4. Устройство для нагрева по п. 3, отличающееся тем, что длина цилиндрического отверстия составляет от 5 до 40 мм, в зависимости от диаметра отверстия.

5. Устройство для нагрева по п. 3 или 4, отличающееся тем, что в лопастях крылатки установлено несколько вставок с отверстиями.

6. Устройство по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что на одном валу установлено несколько крылаток, которые могут быть как одного, так и различных диаметров.

Images