Теплогенераторы

Типы обогревателей

Кавитационный котел отопления относится к одному из распространенных типов обогревателей. Наиболее востребованные из них:

1. Роторные установки, среди которых особого внимания заслуживает устройство Григгса. Суть его действия основана на центробежном насосе роторного действия. Внешне описываемая конструкция напоминает диск с несколькими отверстиями. Каждая такая ниша называется ячейкой Григгса, их количество и функциональные параметры взаимозависимы с частотой вращения привода, типом применяемой генераторной установки. Рабочая жидкость подогревается в пространстве между ротором и статором из-за быстрого перемещения по дисковой поверхности.
2. Статические обогреватели. Котлы лишены каких-либо передвигающихся деталей, кавитация в них обеспечивается за счет специальных элементов Лаваля. Установленный в отопительную систему насос задает необходимое давление воды, которая начинает быстро передвигаться и подогреваться. За счет узких отверстий в соплах жидкость перемещается в ускоренном режиме. Из-за ее быстрого расширения достигается необходимая для обогрева кавитация.

Особенность статического агрегата заключается в отсутствии вращающихся деталей, чем и обуславливается его продолжительный эксплуатационный срок. Длительность работы без технического обслуживания достигает 5 лет. Если же сломается сопло, его без труда можно заменить, что стоит гораздо дешевле в сравнении с приобретением нового рабочего элемента в роторную установку.

Изготовление гидродинамического контура

Применяемый в тепловом генераторе гидродинамический контур представляет собой стандартное устройство, представленное:

• манометром, установленном на выходном участке сопла и предназначенным для измерения показателей давления;
• термометром, необходимым для измерения температурных показателей на входе;
• вентилем для эффективного удаления из системы воздуха;
• вводным и выводным патрубками, оснащенными вентилями;
• гильзой для температурного термометра на вход и выход;
• манометром на входную часть сопла, предназначенным для измерения показателей давления на вход в систему.

Контур системы представлен трубопроводом, входная часть которого соединяется с выходной частью патрубка на насосном оборудовании, а выходная — с входной частью установленного насоса.

В трубопроводную систему обязательно вваривается сопло, а также основные элементы, представленные патрубками на подключение манометра, гильзами для температурного термометра, штуцером под вентиль для удаления воздушной пробки и штуцером для подключения отопительного контура.

Для подачи теплоносителя в контур системы используется нижний патрубок, а водоотвод осуществляется посредством верхнего патрубка. Вентиль, установленный на участке от входного до выходного патрубков, позволяет эффективно регулировать перепады давления.

Технология изготовления. Двигатель

Обратите внимание! Ввиду того, что не существует никакой информации касаемо характеристик устройства с точки зрения мощности насоса, все параметры, приведенные ниже, будут примерными. Читайте так же про установку водяного насоса для отопления —

Читайте так же про установку водяного насоса для отопления —

Самый простой вариант изготовить вихревой теплогенератор своими руками – использовать в работе стандартные детали. Нам может подойти практически любой двигатель, чем большую мощность он будет иметь, тем больше теплоносителя сможет нагреть. При выборе электродвигателя следует учесть, в первую очередь, напряжение в вашем доме. Следующий этап – создание станины под двигатель. Станина представляет собой обычный железный каркас, для которого лучше использовать железные уголки. Размеров никаких мы не скажем, так как они зависят от габаритов двигателя и определяются на месте.

1. Нарезаем турбинкой угольники необходимой длины. Свариваем из них квадратную конструкцию таких размеров, чтобы все элементы туда поместились.
2. Вырезаем дополнительный уголок и привариваем его к каркасу поперек таким образом, чтобы к нему можно было прикрепить электродвигатель.
3. Красим станину, ждем, пока высохнет.
4. Сверлим отверстия для крепежа, закрепляем электродвигатель.

1 Характеристика и виды котлов

Прекрасно можно заменить старые печи котлами длительного горения на дровах, являющимися сравнительно новыми конструкциями, которые работают на твёрдом топливе. Мощности такого прибора хватает обогреть не только жилые, но и производственные помещения.

Длительность горения соответствует происходящим внутри него процессам, которые будут зависеть от конструкции прибора. Твердотопливный котёл отличается технологией работы от обычной дровяной печи тем, что горит сначала верхняя часть дров, постепенно захватывая нижнюю вместе с продуктами распада (золой, сажей).

В старых печах дрова загораются снизу, а затем воспламеняются остальные, при этом происходит быстрое сгорание топлива и остывание печи, поэтому приходится наблюдать за процессом горения и часто подкладывать дрова. Обычно считают, что длительность горения зависит от продолжительности тления с ограничением поступления воздуха. Но это неэффективный способ сжигания дров и угля:

1. 1. При максимальном горении КПД дровяных котлов достигает 75%, а в режиме тления эффективность прибора падает до 40%.
2. 2. Тлеющими дровами выделяется небольшое количество тепловой энергии, что влияет на полный, качественный обогрев дома.
3. 3. Невозможность сжигания способом тления свежесрубленного дерева таких пород, как ивы, тополя и низкокалорийного топлива.

Продолжительность горения зависит от увеличенной топливной камеры в котле, именно её размер оказывает влияние на процесс: чем больше закладываемых в топку дров, тем дольше они будут гореть и выделять тепло. Бытовые агрегаты могут работать 10—12 часов с одной закладкой дров, а с порцией угля до суток. Существуют такие виды твердотопливных котлов:

• классические, у которых функционирует принудительная подача воздуха;
• действующие по методу верхнего горения;
• пиролизные модели;
• теплогенераторы шахтного типа.

Принцип работы

«Кавитация» относится к образованию пузырьков в жидкости, таким образом, рабочее колесо работает в смешанной фазе (период жидкости и пузырьков газа) окружающей среды. Насосы, как правило, не предназначены для смешанной фазы потока (их работа уничтожает пузыри, из-за чего кавитационный генератор теряет эффективность). Данные термические приспособления предназначены, чтобы вызывать смешанный поток фаз как часть перемешивания жидкости, что приводит к термической конверсии.

Фото – Чертеж теплогенератора

В коммерческих кавитационных обогревателях, механическая энергия приводит в действие нагреватель входной энергии (например, двигатель, блок управления), в результате чего жидкость, которая отвечает за образование выходной энергии, возвращается к источнику. Такое сохранение превращает механическую энергию в ??тепловую с небольшой потерей (как правило, менее 1 процента), поэтому при пересчете учитываются погрешности преобразования.

Немного по иному работает суперкавитационный реактивный генератор энергии. Такой нагреватель используется на мощных предприятиях, когда тепловая энергия выхода передается на жидкость в определенном устройстве, её мощность значительно превышает количество механической энергии, необходимой для приведения в действие нагревателя. Эти приборы более энергетически продуктивны, чем возвратные механизмы, в частности тем, что они не требуют регулярной проверки и настройки.

Существуют разные типы таких генераторов. Самый распространенный вид – это роторно-гидродинамический механизм Григгса. Его принцип действия основан на работе центробежного насоса. Состоит он из патрубков, статора, корпуса и рабочей камеры. На данный момент существует множество модернизаций, самый простой – приводной или дисковый (сферический) водяной насос ротационного действия. Он представляет собой дисковую поверхность, в которой просверлено много различных отверстий глухого типа (без выхода), данные конструктивные элементы называются ячейки Григгса. Их размерные параметры, число напрямую зависят от мощности ротора, конструкции теплогенератора и частоты вращения привода.

Фото – Гидродинамический механизм Григгса

Между ротором и статором находится определенный зазор, который необходим для нагрева воды. Данный процесс осуществляется при помощи быстрого движения жидкости по поверхности диска, что способствует повышению температуры. В среднем, ротор движется приблизительно со скоростью 3000 оборотов в минуту, чего достаточно для повышения температуры до 90 градусов.

Второй вид кавитационного генератора принято называть статическим. Он не имеет, в отличие от роторного, никаких вращающихся частей, для того, чтобы осуществлялась кавитация, ему необходимы сопла. В частности, это детали известного Лаваля, которые подключены к рабочей камере.

Для работы, подключается обычный насос, как в роторном виде генератора, он нагнетает в рабочей камере давление, чем обеспечивает большую скорость движения воды, соответственно, повышение её температуры. Скорость жидкости на выходе из сопла обеспечена разностью диаметров поступательного и выходного патрубков. Его недостатком является то, что эффективность значительно ниже, чем в роторном, тем более, он более габаритный, тяжелый.

Конструкции кавитационных теплогенераторов

Ссылки на то, что разработки по кавитационным двигателям засекречены, не выдерживают критики. Многие устройства действуют с КПД выше 1, если речь о перекачке тепла. Следовательно, сверхсекретного в этом нет. Конструкторы изготавливают образцы вполне работоспособных кавитационных теплогенераторов. Нельзя сказать, что КПД высок, но определённый потенциал у конструкции присутствует.

Роторные

Центрифуга Григгса считается достойным примером роторных кавитационных теплогенераторов. В устройство закачивается вода, ось начинает вращаться, приводимая в движение электродвигателем. Безусловный плюс конструкции  – единственный привод служит насосом в системе отопления и нагревателем жидкой фазы. На поверхности рабочего цилиндра прорезано множество неглубоких отверстий круглой формы, где жидкость образует турбулентности. Нагрев происходит за счёт сил трения в приповерхностном слое и кавитации.

Трубчатые

На скрине из видео показана сборка кавитационного обогревателя с продольным расположением трубок. Конструкция описана в патенте RU 2313036. Помпой нагнетается давление во входной камере, жидкость устремляется сквозь конструкцию из трубок. На входе (см. рис.) образуются пузырьки за счет кавитации по описанной выше схеме. Выходя на той стороне, попадают во вторую камеру с высоким давлением, лопаются и отдают тепло.

На входе перед системой узких трубок давление жидкости повышается помпой, температура в этом месте увеличена. Указанная энергия и забирается образовавшимися пузырьками с паром для обогрева помещений. Как оговорено выше, такой тепловой насос способен на КПД более 100%, о чем заявляет автор конструкции. Каждый убедится самостоятельно, посмотрев видео на Ютуб (название канала – на скрине).

Ультразвуковые

В 2013 году опубликован патент WO2013102247 A1. После полугодового рассмотрения комиссия бюро отдала исключительные права на ультразвуковой кавитационный теплогенератор Иоэлю Дотте Эхарту Рубему. Смысл задумки в преобразовании электрического тока кварцевой пластиной. Колебания звуковой частоты подаются на вход, и устройство начинает создавать вибрации. В обратной фазе волны образуются участки разряжения, где за счёт кавитации образуются пузырьки.

Для достижения максимального эффекта рабочая камера кавитационного теплогенератора выполнена в виде резонатора на ультразвуковую частоту. Полученные пузырьки немедленно уносятся потоком через узкие трубки. Это нужно для получения разряжения, дабы пузырьки в кавитационном теплогенераторе не сомкнулись немедленно, тут же отдав энергию обратно.

Несложно догадаться, что потери минимальные, а трение отсутствует вовсе, поэтому КПД ультразвукового кавитационного теплогенератора шикарный. Учёный говорит, что перекачка тепла возможна с выигрышем в 2,5 раза. Это пока меньше полученного Виктором Шаубергером, но заставит задуматься. Устройство предположительно возможно использовать и для охлаждения помещений.

По ходу текста автор подробно объясняет механизм переотражения волны в кавитационном теплогенераторе, суть которого несущественна в рамках обзора.

Самодельные теплогенераторы

Тем не менее, как демонстрация интересного физического процесса, сделанный своими руками теплогенератор имеет право на жизнь.

Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

• Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
• Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
• Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.

Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:

E=cm(T2-T1)

Где с — это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m — ее масса, T2 — температура воды в конце работы насоса, Т1 — температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.

ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.

Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители

6 Дешёвая конструкция из кирпича и металла

Он изготавливается с применением:

• металлических листов;
• листового металла с врезкой труб;
• только из труб.

На прочный бетонный фундамент устанавливается поддувальная камера с колосником. Затем ставится теплообменник и вокруг обкладывается качественным кирпичом. В процессе кладки встраиваются две дверки. Нижняя монтируется на уровне, удобном для закладки и поджога дров, а также для очистки топки и поддувала от золы. Через верхнюю дверцу, которую можно поставить на лицевой плоскости прибора или сверху в виде люка, загружаются дрова, уголь или пеллеты.

Теплообменник необходимо выставить так, чтобы выход горячего теплоносителя располагался в самой высокой точке. Это препятствует образованию воздушных пробок в системе, благодаря чему улучшается циркуляция воды. Кладку из кирпичей выполнять с перевязкой швов для большей прочности стенок, которые должны выступать над теплообменником на 3 см. Дымоотвод можно выложить из кирпича или установить металлический.

Изготовление и разработка кавитатора

Схема устройства стационарного теплогенератора.

Существует большое количество конструкций статических кавитаторов, однако практически во всех случаях они выполняются в виде сопла. За основу чаще всего берется сопло и модифицируется конструктором. Классическая конструкция изображена на рисунке (ИЗОБРАЖЕНИЕ 1).

Первое, на что необходимо обратить внимание — сечение канала между конфузором и диффузором. Не следует сильно зауживать его сечение, стараясь тем самым обеспечить максимальный перепад давления

Объем воды, которая перекачивается через сопло, будет слишком мал. При смешении с холодной водой, она передаст ей недостаточное количество теплоты. Значит, общий объем воды не сможет нагреваться быстро. Помимо того, малое сечение канала поспособствует завоздушиванию воды, которая поступает во входной патрубок рабочего насоса. Вследствие данный насос будет работать шумно, и может возникать кавитация в самом устройстве.

Наилучшие показатели могут быть достигнуты при диаметре канального отверстия 10-15 мм.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, теплогенератор кавитационного типа имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Среди преимуществ можно выделить следующие показатели:

• доступность;
• огромная экономия;
• не перегревается;
• КПД стремящийся к 100% (другим типам генераторов крайне сложно достичь таких показателей);
• доступность оборудования, что позволяет собрать прибор не хуже заводского.

Слабыми сторонами генератора Потапова считают:

• объемные габариты, занимающие большую площадь жилой зоны;
• высокий уровень шума мотора, при котором крайне сложно спать и отдыхать.

Генератор, используемый в промышленности, отличается от домашнего варианта лишь габаритами. Однако, иногда мощность домашнего агрегата настолько высока, что нет смысла его устанавливать в однокомнатной квартире, иначе минимальная температура при работе кавитатора будет не менее 35°С.

На видео интересный вариант вихревого теплогенератора на твердом топливе

Информация об устройстве

Теплогенератор – это специальный прибор, основная цель которого вырабатывать тепло, путем сжигания, загружаемого в него, топлива. При этом вырабатывается тепло, которое затрачивается на обогрев теплоносителя, который уже в свою очередь непосредственно выполняет функцию обогрева жилой площади.

Первые теплогенераторы появились на рынке еще в 1856 году, благодаря изобретению британского физика Роберта Бунзена, который в ходе ряда проведенных опытов заметил, что вырабатываемое при горении тепло можно направлять в любое русло.

С тех пор генераторы, конечно же, модифицировались и способны обогревать гораздо больше площади, нежели это было 250 лет назад.