RU44800U1

RU44800U1 - INSTALLATION FOR PRODUCING HEAT ENERGY FROM WATER

Info

Publication number: RU44800U1
Application number: RU2004109074/22U
Authority: RU
Inventors: Г.И. Абрамов; В.А. Рыженков; А.В. Волков; В.П. Фролов; С.Н. Щербаков
Original assignee: Абрамов Геннадий Иванович; Рыженков Вячеслав Алексеевич; Волков Александр Викторович; Фролов Вячеслав Петрович; Щербаков Сергей Николаевич
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-03-27

Abstract

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для нагрева жидкости. Особенно эффективна в замкнутых циркуляционных контурах систем отопления. Установка для получения тепловой энергии из воды, включает насос с электродвигателем, теплообменное устройство для отвода тепла и трубопроводы, объединенные в один контур, и позволяет получать тепловую энергию, избыточную по сравнению с затраченной электрической на привод водяного насоса, при его работе в не расчетном, не экономичном режиме, для предварительного нагрева воды за счет сил трения с последующей генерацией внутренней энергии, при выполнении условия t_вых/t_s≥0,4, где 1вых - температура воды на выходе из насоса; t_s - температура насыщения при рабочем напоре воды в контуре. Предлагаемое техническое решение позволяет создать высокоэффективные тепло-генерирующие устройства, в которых значение (t_вых) составляет от 70 до 102°С.The utility model relates to heat engineering and can be used to heat a fluid. It is especially effective in closed circulating circuits of heating systems. Installation for receiving thermal energy from water, includes a pump with an electric motor, a heat exchange device for removing heat and pipelines combined in one circuit, and allows you to receive thermal energy that is excessive compared to the energy expended on the drive of the water pump, when it is not calculated, not economical mode for preheating water due to frictional forces with consequent generation of internal energy, when the condition t _O / t _s ≥0,4, wherein 1vyh - water temperature at the outlet of the pump; t _s - saturation temperature at a working pressure of water in the circuit. The proposed technical solution allows you to create highly efficient heat-generating devices in which the value (t _o ) is from 70 to 102 ° C.

Description

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для нагрева жидкости. Особенно эффективна в замкнутых циркуляционных контурах систем отопления.The utility model relates to heat engineering and can be used to heat a fluid. It is especially effective in closed circulating circuits of heating systems.

В последнее время внимание специалистов различного профиля все больше и больше обращено к воде. Вода рассматривается как возможный «природный» генератор энергии различного вида. Под воздействием внешних факторов различной природы (например, магнитного поля) вода может проявлять уникальные кооперативные свойства (Вода - космическое явление / Кооперативные свойства. Биологическая активность/, под редакцией Ю.А.Рахманина, В.К.Кондратова, РАЕН, РАМН, Москва, 2002, (1).Recently, the attention of specialists in various fields is more and more turned to water. Water is considered as a possible "natural" energy generator of various kinds. Under the influence of external factors of various nature (for example, a magnetic field), water can exhibit unique cooperative properties (Water is a cosmic phenomenon / Cooperative properties. Biological activity), edited by Yu.A. Rakhmanin, V.K. Kondratov, RANS, RAMS, Moscow , 2002, (1).

Известна установка для нагрева жидкости путем создания вихревого режима течения жидкости и последующего преобразования энергии вихревого движения жидкости в тепловую за счет резкого торможения потока жидкости (см. патент РФ N 2045715, (2) или патент РФ N 2125215, (3).A known installation for heating a fluid by creating a vortex mode of fluid flow and subsequent conversion of the energy of the vortex motion of the fluid into heat due to the sharp inhibition of the fluid flow (see RF patent N 2045715, (2) or RF patent N 2125215, (3).

Известна установка для нагрева жидкости путем создания кавитационного режима течения жидкости и последующего преобразования энергии кавитационного режима течения жидкости в тепловую (Патент РФ N 2132025, (4).A known installation for heating a fluid by creating a cavitation mode of fluid flow and subsequent conversion of the energy of the cavitation mode of fluid flow into heat (RF Patent N 2132025, (4).

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является установка для нагрева жидкости, преимущественно в замкнутых циркуляционных контурах отопления, путем создания вихревого или/и кавитационного режима течения жидкости и последующего преобразования полученной энергии в тепловую (Патент РФ N 2131094, (5).The closest analogue to the proposed technical solution is the installation for heating the liquid, mainly in closed circulation heating circuits, by creating a vortex and / or cavitation mode of the fluid flow and subsequent conversion of the received energy into heat (RF Patent N 2131094, (5).

Недостатком ближайшего аналога является относительно невысокая эффективность, отсутствие воспроизводимости результатов для различных модификаций вихревой трубы.The disadvantage of the closest analogue is the relatively low efficiency, lack of reproducibility of the results for various modifications of the vortex tube.

Задачей настоящего технического решения является устранение недостатков ближайшего аналога и создание установки с высокой термодинамической эффективностью.The objective of this technical solution is to eliminate the shortcomings of the closest analogue and create an installation with high thermodynamic efficiency.

Технический результат достигается тем, что установка для получения тепловой энергии из воды, включающая насос с электродвигателем, теплообменное устройство и трубопроводы, объединенные в один контур, и получение тепловой энергии, избыточной по сравнению с затраченной электрической энергией на привод электродвигателя, осуществляется в режиме стационарного движения воды по контуру, при обеспечении выполнения условий, выделения «рассеянной» в объеме воды энергии в виде тепла - предварительного The technical result is achieved by the fact that the installation for receiving thermal energy from water, including a pump with an electric motor, a heat exchanger and pipelines combined in one circuit, and receiving thermal energy that is excessive compared with the expended electric energy to drive the electric motor, is carried out in stationary motion mode water along the circuit, while ensuring the fulfillment of the conditions, the release of energy "scattered" in the volume of water in the form of heat - preliminary

нагрева воды, а также отвода тепла от теплообменного устройства, при выполнении соотношенияheating water, as well as heat dissipation from the heat exchanger, when the ratio

t_выx/t_s≥0,4, где t_вых - температура воды на выходе из насоса, °С; _vyx t / t _s ≥0,4, where _O t - water temperature at the pump outlet, ° C;

t_s - температура насыщения, °С.t _s is the saturation temperature, ° C.

Установка может содержать запорно-регулирующие элементы.The installation may contain locking and regulating elements.

В качестве средства обеспечивающего движение воды по контуру, используются нагнетательные устройства с различной частотой вращения ротора при использовании центробежных насосов или скорости движения плунжера при использовании плунжерных насосов.As a means of providing water movement along the circuit, injection devices with different rotor speeds are used when using centrifugal pumps or plunger speeds when using plunger pumps.

Предварительный нагрев осуществляют насосом, при его работе в не расчетном, не экономичном режиме.Preheating is carried out by the pump, when it is operating in non-calculated, non-economical mode.

Перед запуском установки производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов.Before starting the installation, the initial water is pretreated by means of its purification and the addition of reagent-catalysts into it.

Электрическое питание установки осуществляется в том числе в автономном режиме при потреблении электрической энергии от мобильных источников.Electrical power supply of the installation is carried out, including offline, when consuming electrical energy from mobile sources.

Получение тепловой энергии из воды возможно. В частности, в диапазоне температур 325-375 К и давлений 2-2,5 МПа возможно сосуществование льда VI, воды и льда VII, возможно структурное превращение льда VI в лед VII при изменении «знака наклона теплоты» превращения, что показано в (С.Н.Ткачев, P.M.Насимов, В.А.Калинин - Новые экспериментальные данные о фазовых границах льда VI, льда VII и воды, ДАН 1995, т.342, №1, с.108-110, 6). Таким образом, поставленная задача об использовании воды для эффективного получения тепловой энергии, не противоречит теоретическим представлениям, подтвержденными в экспериментах, о воде как о структурированной жидкости, обладающей большим количеством «рассеянной» энергии, которую можно генерировать из массы воды. Для активизации «внутреннего источника» и перевода источника в устойчивое во времени состояние генерирования тепловой энергии необходимо совместное действие двух факторов - температурного (как бы «внутреннего» фактора) и фактора «внешнего» воздействия, которым может быть фактор «механической природы», в частности, так называемые «сдвиговые» напряжения в жидкости. Сдвиговые напряжения может создавать, например, рабочее колесо центробежного водяного насоса (ЦВН).Getting heat from water is possible. In particular, coexistence of ice VI, water and ice VII is possible in the temperature range 325-375 K and pressures of 2-2.5 MPa, structural transformation of ice VI into ice VII is possible with a change in the “sign of the heat slope” of the transformation, as shown in (C .N. Tkachev, PMNasimov, V.A. Kalinin - New experimental data on the phase boundaries of ice VI, ice VII and water, DAN 1995, v.342, No. 1, pp. 108-110, 6). Thus, the task of using water to efficiently produce thermal energy does not contradict the theoretical concepts confirmed in the experiments, about water as a structured liquid with a large amount of “dissipated” energy that can be generated from a mass of water. To activate the “internal source” and translate the source into a stable state of heat energy generation in time, the combined action of two factors is necessary - the temperature (like the “internal” factor) and the “external” impact factor, which may be a factor of “mechanical nature”, in particular , the so-called "shear" stresses in the fluid. Shear stresses can create, for example, the impeller of a centrifugal water pump (CVN).

На рис.1 представлена схема установки для получения тепловой энергии из водыFig. 1 shows the installation diagram for generating thermal energy from water

Установка состоит из следующих элементов:The installation consists of the following elements:

1. Источник электрической энергии;1. The source of electrical energy;

2. Счетчик электрической энергии;2. Electric energy meter;

3. Электродвигатель;3. The electric motor;

4. Насос (центробежный водяной);4. Pump (centrifugal water);

5. Трубопровод;5. The pipeline;

6. Теплообменное устройство (водовоздушный радиатор);6. Heat exchange device (water-air radiator);

7. Вентилятор;7. The fan;

8. 3апорно-регулирующие элементы.8. 3-locking elements.

Использование воды для получения тепловой энергии было реализовано в установке, состоящей из источника питания 1, счетчика электрической энергии2, электродвигателя 3, центробежного водяного насоса (ЦВН) 4, трубопровода 5, водо-воздушного радиатора 6, вентилятора 7 и запорно-регулирующих элементов 8. Электрическое питание установки осуществляется от сети; при работе в автономном режиме потребление электрической энергии осуществляется от мобильных источников. Электроэнергия от источника 1 подается на электродвигатель 2, который соединен с ЦВН 4. За счет трения ЦВН 4 начинает нагревать воду и по трубопроводу 5 подает ее в теплообменное устройство 6. Перед пуском установки производится предварительная подготовка исходной воды, посредством ее очистки и добавки в нее реагентов-катализаторов для улучшения процесса активизации «внутреннего источника» воды. Вентилятор 7 служит, в частности, для интенсификации теплоотдачи от теплообменного устройства 6. Для поддержания заданных параметров в установке используются так же запорно-регулирующие элементы 8. В качестве средства, обеспечивающего движение воды по контуру, могут использоваться нагнетательные устройства (насосы 4) с различной частотой вращения ротора - центробежные насосы, либо водяные насосы «плунжерного» типа с различной скоростью движения плунжера.The use of water for generating thermal energy was implemented in a plant consisting of a power source 1, an electric energy meter 2, an electric motor 3, a centrifugal water pump (CVP) 4, a pipeline 5, a water-air radiator 6, a fan 7, and shut-off and regulating elements 8. The unit is supplied with electrical power from the mains; when working offline, the consumption of electric energy is carried out from mobile sources. The electric power from source 1 is supplied to an electric motor 2, which is connected to the central water supply unit 4. Due to friction, the central water supply 4 begins to heat water and supplies it through a pipe 5 to the heat exchanger 6. Before starting up the unit, the initial water is pretreated by purification and addition to it reagent-catalysts to improve the process of activating the "internal source" of water. The fan 7 serves, in particular, to intensify the heat transfer from the heat exchanger 6. To maintain the specified parameters in the installation, shut-off and control elements are also used 8. As a means of ensuring the movement of water along the circuit, pressure devices (pumps 4) with different rotor speed - centrifugal pumps, or water pumps of the "plunger" type with different speeds of the plunger.

При выполнении строго детерминированных соотношений автоматически осуществлялись процесс активизации «внутреннего источника», процесс возрастания его мощности, процесс стабилизации внутреннего тепловыделения при отводе тепла и выполнении теплового баланса системы в целом. Для активизации «внутреннего источника» необходимо предварительно тем или иным способом нагреть движущуюся воду. Для этого создаются условия, при которых ЦВН 4 работает в не расчетном режиме, т.е. вне паспортного «рабочего участка» на зависимости «напор-расход», т.е. с очень низким к.п.д. Это дает возможность нагреть воду за счет трения (в рамках «классического» соотношения Джоуля: 4,2 Дж механической энергии=1 кал тепловой энергии) до температуры, выше When strictly determinate relations were fulfilled, the process of activating the “internal source”, the process of increasing its power, the process of stabilizing the internal heat generation during heat removal, and fulfilling the heat balance of the system as a whole were automatically carried out. To activate the "internal source" it is necessary first to heat the moving water in one way or another. For this, conditions are created under which CVN 4 operates in a non-calculated mode, i.e. outside the passport "work area" on the dependence "pressure-flow", ie with very low efficiency This makes it possible to heat water due to friction (within the framework of the "classical" Joule ratio: 4.2 J mechanical energy = 1 cal thermal energy) to a temperature above

критической, т.е. до температуры, соответствующей началу структурного превращения воды. Интенсивность теплоотвода от теплообменного устройства 6 должна быть подобрана так, чтобы отношение (t_вых/t_s), где t_вых - температура воды на выходе из ЦВН 4, t_s - температура насыщения при рабочем напоре, превысило значение равное 0,4. После превышения отношением (t_вых/t_s) критического значения начинает функционировать «внутренний источник» тепловой энергии воды и температура t вых начинает повышаться, что, в свою очередь, приводит к повышению интенсивности внутреннего источника и т.д.critical, i.e. to a temperature corresponding to the beginning of the structural transformation of water. The intensity of the heat sink from the heat exchanger 6 should be selected so that the ratio (t _o / t _s ), where t _o is the temperature of the water at the outlet of the CVN 4, t _s is the saturation temperature at the working pressure, exceeded the value equal to 0.4. After the ratio (t _o / t _s ) exceeds the critical value, the “internal source” of the thermal energy of the water begins to function and the temperature t o starts to rise, which, in turn, leads to an increase in the intensity of the internal source, etc.

Работа установки стабилизируется при достижении теплового баланса в стационарном режиме, т.е. когда тепловыделение за счет трения и за счет «внутреннего источника» становятся равны теплоотводу посредством водовоздушного радиатора 6 в окружающую среду (Q⁺). При (t_вых/t_s)>0,4 тепловая энергия Q⁺, передаваемая от водовоздушного радиатора 6, начинает превалировать над электрической энергией N^-, затраченной на привод ЦВН 4 (затраты электрической энергии фиксирует счетчик 2); при (t_вых/t_s)=0,8-0,85 отношение (Q⁺/N^-) достигает 1,8-2,0; при (t_вых/t_s)<0,4 внутренний источник не активизируется и не генерирует тепловую энергию, а отношение (Q⁺/N^-) становится равным единице. Стационарное генерирование тепловой энергии из массы воды можно прекратить путем увеличения интенсивности теплоотвода от водовоздушного радиатора 6 (например, при интенсивном обдуве вентилятором 7) - при этом значение (t_вых) можно понизить при постоянном рабочем напоре воды до такой степени, чтобы отношение (t_выx/t_s) стало меньше критического; последовательное «включение» и «выключение» «внутреннего источника» было реализовано в экспериментальных условиях и в данной установке.The operation of the installation is stabilized when the heat balance is reached in a stationary mode, i.e. when the heat due to friction and due to the "internal source" become equal to the heat dissipation by means of a water-air radiator 6 into the environment (Q ⁺ ). When (t _o / t _s )> 0.4, the thermal energy Q ⁺ transmitted from the air-water radiator 6 begins to prevail over the electric energy N ^- expended on the CVN 4 drive (counter 2 captures the cost of electric energy); with (t _o / t _s ) = 0.8-0.85, the ratio (Q ⁺ / N ^- ) reaches 1.8-2.0; when (t _o / t _s ) <0.4, the internal source is not activated and does not generate thermal energy, and the ratio (Q ⁺ / N ^- ) becomes equal to unity. The stationary generation of thermal energy from the mass of water can be stopped by increasing the intensity of heat removal from the air-water radiator 6 (for example, with intensive blowing by the fan 7) - in this case, the value (t _out ) can be reduced with a constant working water pressure to such an extent that the ratio (t _out / t _s ) has become less than critical; sequential “on” and “off” of the “internal source” was implemented in experimental conditions and in this installation.

Предлагаемое техническое решение позволяет создать высокоэффективные тепло-генерирующие устройства, в которых значение (t_вых) составляет от 70 до 102°С.The proposed technical solution allows you to create highly efficient heat-generating devices in which the value (t _o ) is from 70 to 102 ° C.

Claims

1. Installation for generating thermal energy from water, including a pump with an electric motor, a heat exchanger and pipelines combined in one circuit, characterized in that it contains shut-off and control elements, the circuit is made with the possibility of generating thermal energy that is excessive in comparison with the expended electric energy to the motor drive, when the ratio

t _o / t _s ≥ 0.4, where t _o - water temperature at the outlet of the pump, ° C;

t _s - saturation temperature, ° С.

2. Installation according to claim 1, characterized in that as a means of ensuring the movement of water along the circuit, injection devices with different rotor speeds are used when using centrifugal pumps or plunger speeds when using plunger pumps.

3. Installation according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the preliminary heating of the water is carried out by the pump, when it is operated in a non-calculated, non-economical mode.

4. Installation according to any one of claim 1 or 2, characterized in that the preliminary preparation of the source water is carried out by means of its purification and the addition of reagent-catalysts.

5. Installation according to claim 3, characterized in that the preliminary preparation of the source water is carried out by means of its purification and the addition of reagent-catalysts.

6. Installation according to any one of paragraphs.1, 2, or 5, characterized in that the electric power is carried out offline while consuming electric energy from mobile sources.

7. The installation according to claim 3, characterized in that the electric power is carried out offline while consuming electric energy from mobile sources.