Кавитационный теплогенератор – виды и принцип работы

Разнообразие способов сэкономить электроэнергию или получить дешевое электричество как никогда имеют огромную популярность. Многообразие «чудо-идей» на просторах интернета становятся все более востребованными и при этом доступнее, более усовершенствованные конструкции сменяют устаревшие. Разберемся с таким интересным изобретением, как вихревой кавитационный генератор, создатели которого уверяют, что подобное устройство способно обеспечить максимально эффективный обогрев жилья.

В чем же суть подобного устройства? Прибор использует принцип нагрева жидкости, который выражается в специфическом эффекте получения мельчайших пузырьков пара в местах локального понижения давления в жидкости, который образуется во время воздействия звуковыми колебаниями на жидкость, либо во время вращения крыльчатки насоса.

Таким образом, явление кавитации получается с помощью получаемых завихрений в некой жидкости и получением микропузырьков, которые по сути, выступают в роли главных носителей тепловой энергии.

Вихревой кавитационный теплогенератор может стать решением проблемы с дорогими энергетическими ресурсами. Разберем немного подробнее его устройство, а также принцип его работы.

Немного истории кавитационного вихревого теплогенератора

Теплогенератор вихревой считается достаточно перспективной разработкой, несмотря на то, что в принципе, сама технология новой не является, так как уже век назад ученые уже задумывались над применением такого явления, как кавитация. В 1934 г. инженер-француз Д. Ранк изобрел и запатентовал первую опытную установку под названием «вихревая труба». Инженер первым обратил внимание на то, что на входе в воздухоочиститель, так называемый циклон, температура воздуха существенно различается с температурой струи воздуха на выходе. При этом, надо сказать, что во время проведения первых испытаний, данное устройство проверялось на охлаждение, а не нагрев струи воздуха.

Развитие данное устройство получило в шестидесятых годах 20 века, после того, как советские ученые занялись усовершенствованием «вихревой трубы», решив запустить в нее вместо воздуха, жидкость. Так как жидкость имеет большую плотность, чем воздух, то при прохождении через «вихревую трубу», температура менялась более активно.

Таким образом, путем проведения опытов, было выявлено, что жидкость, проходящая через трубу французского инженера, после усовершенствования, максимально быстро разогревалась и преобразовывала энергию в 100%. Но так как, в то время, не было необходимости в дешевых источниках энергии тепла, за счет чего, данное изобретение не получило достойного применения.

Впервые установки кавитации, направленные на нагрев жидкости, в действии стали появляться лишь к середине девяностых годов 20 столетия.

Достаточно затянувшийся период энергетических кризисов увеличил интерес источникам тепловой энергии, имеющих альтернативную основу, стали причиной для начала новой волны работ над развитием преобразователя энергии движения жидкости в тепло. Как итог, установку требуемой мощности можно приобрести в магазине и применять ее с большинством систем отопления.

Устройство и принцип работы

Принцип работы кавитационного вихревого теплогенератора подразумевается в эффекте нагрева при помощи преобразования энергии механической в энергию тепла. Суть кавитационного явления: за счет создания излишнего давления в жидкости появляются завихрения, в результате того, что давление жидкости больше, чем у газа, который содержится в ней, на следующем этапе, молекулы газа переходят в отдельные включения, происходит схлопывание этих микропузырьков. По причине разного давления, вода старается сжать пузырь газа, что создает на поверхности огромное количество энергии, а внутренняя температура доходит до 1000 — 1200ºС.

При перемещении полостей кавитации в область с нормальным давлением, происходит разрушение микропузырьков, а энергия от произошедшего разрушения выделяется в пространство. Таким образом, происходит выдел энергии тепла, а нагрев жидкости происходит от вихревого потока. Таков принцип работы теплового генератора.

Простейшая модель теплогенератора

Устройство элементарного кавитационного теплового генератора, заключается в простейшем нагнетании воды при помощи насоса до места сужения трубопровода. Когда поток воды достигает сопла, то давление жидкости сильно возрастает и происходит формирование кавитационных пузырьков, которые при выходе их сопла дают мощность тепловой энергии, а давление начинает быстро уменьшаться. Для повышения эффективности, в практическом применении устанавливаются сразу несколько таких сопел или трубок.

Идеальный генератор тепла Потапова

Образцом идеальной установки считают тепловой генератор Потапова, у которого имеется вращающийся диск, расположенный напротив стационарного. Из трубы, которая расположена внизу камеры кавитации происходит подача холодной воды, а ее отвод, уже в состоянии нагрева происходит сверху в той же камере.

Однако, несмотря на его идеальность, активного распространения данное устройство не получило, так как не имело практического обоснования работоспособности.

Виды кавитационных теплогенераторов

Проводя опытные работы в попытках усовершенствовать процесс выделения энергии тепла, учеными были внедрены технологии, которые и послужили причиной подразделения теплогенераторов кавитации на виды:

• роторные – кавитация образуется за счет вращающегося цилиндра или диска, в которых имеются сквозные или поверхностные отверстия;
• трубчатые – позволяют сформировать пузырьки при помощи соединения труб различной формы и способов их соединения;
• ультразвуковые – в данном случае, завихрения в жидкости получаются при помощи ударной волны, которую посылает ультразвуковой генератор.

Кроме перечисленных видов есть также лазерная кавитация, однако воплощения подобный метод пока не нашел. Остановимся на каждом из перечисленных методов подробнее.

Роторный

Представлен электрическим двигателем, вал которого соединяется с роторным механизмом, направленным на создание завихрений в жидкой среде. Герметичный статор, является особенностью роторного генератора, так как именно в нем и осуществляется нагрев. Такой статор представлен в виде цилиндрической полости внутри, так называемую вихревую камеру, где выполняется вращение ротора.

Ротор, в виде цилиндра с набором углублений по поверхности, за счет этого, во время вращения внутри статора такие углубления на цилиндре придают воде неоднородность, а, следовательно, создают выполнение процессов кавитации.

Параметры геометрии углублений и их количество напрямую зависят от модели кавитационного теплового генератора. Для того, чтобы происходил оптимальный нагрев, между ротором и статором расстояние должно быть около 1,5 мм. Такая конструкция не единственная в своем виде, за все время изменений, ротор прошел через множество преобразований.

Даже то, что конструкция весьма проста, роторный тип устройства достаточно сложен в использовании, так как необходимо проведение точной калибровки, качественных уплотнений и при этом необходимости соблюдать геометрические параметры во время работы, что становится причиной затруднения в использовании.

Подобные теплогенераторы имеют небольшой срок эксплуатации, около 2-4 лет, так как корпус и детали подвергаются эрозии кавитации. Кроме того, подобные устройства дают большую шумовую нагрузку во время работы вращающейся части. Из плюсов подобной модели можно выделить высокую продуктивность, которая практически на 25% больше, чем у стандартных нагревателей.

Трубчатые

Статический генератор не обладает вращающимися элементами, нагрев происходит при помощи движения жидкости по трубам, которые сужаются по длине или за счет использования сопел. Вода подается с помощью гидродинамического насоса, который дает механическое усиление воде в узком пространстве, при ее перемещении в широкое пространство создаются завихрения кавитации.

В отличии от роторной модели трубчатый теплогенератор не создает большого шума и его изнашивание происходит несколько медленнее. Во время установки и использования не требуется точная балансировка, а если произойдет разрушение элементов нагрева, то их ремонт или замена обойдется в разы дешевле, чем у роторного вида. Из недостатков данного вида можно обозначить громоздкие размеры и значительно сниженную производительность.

Ультразвуковые

Подобный вид устройства обладает камерой-резонатором, которая настроена на специальную частоту звуковых колебаний. У такой камеры на входе монтируется пластина из кварца, которая создает колебания получая электрические сигналы. Вибрируя, пластина создает эффект волны внутри воды, который при достижении стенок камеры дает отражение. Возвратное движение волны, встречаясь с прямыми колебаниями, дают кавитацию гидродинамики.

После создания, пузырьки двигаются с потоком воды по узким патрубкам входа, далее, переходя в широкое место, пузырьки начинают свое разрушение, выделяя при этом тепло. Кавитационные ультразвуковые генераторы тепла имеют отличные эксплуатационные показатели, так как не обладают элементами вращения.

Принцип действия кавитационного преобразователя

Процесс пошагово

1. В преобразователь по типу трубы происходит подача основного потока жидкости стандартной температуры;
2. Дополнительные потоки жидкости подаются навстречу основному потоку;
3. Потоки, имеющие разное направление, при столкновении дают эффект кавитации, таким образом, выходя из преобразователя, происходит нагрев жидкости.

Устройство и особенности функционирования

Устройство работающих представителей вихревых генераторов тепла несложное, представлено массивным двигателем, а к нему идет подключение приспособы в виде цилиндра в форме «улитка».

Такая форма является доработанной версией трубы Д. Ранка, за счет того, что конструкция имеет характерную форму, интенсивность процесса кавитации в полости такой формы намного выше по сравнению с «вихревой трубой».

• Внутри полости размещается дисковый активатор – диск с перфорацией, вращаясь, жидкость приходит в действие и запускает процессы кавитации.
• Дисковый активатор приводится в действие электродвигателем, который подключен при помощи ременной передачи или прямого вала. После включения, двигатель передает кручение активатору.
• Жидкость раскручивается с помощью активатора, происходит закручивание и создание кинетической энергии.
• При выходе из активатора, жидкость существенно теряет свое ускорение, а результатом резкого торможения, становится образование эффекта кавитации. Как следствие, кинетическая энергия прогревает жидкость до + 95 °С, и соответственно, энергия механическая переходит в тепловую.

Сфера применения

• Отопление. Устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии движения жидкости в энергию тепла, довольно успешно используется при обогреве разнообразных построек, начиная с маленьких зданий и захватывая крупными объектами промышленности.
• Нагрев проточной воды для использования в быту. Тепловой генератор, при включении в электросеть, достаточно быстро осуществляет нагрев воды. Таким образом, подобное оборудование можно применять при разогреве жидкости в бассейне, автономном водопроводе, банях и тд.
• Перемешивание несмешиваемых жидкостей происходит при помощи установок кавитации в условиях лаборатории. Подобное устройство поможет качественно смешать жидкости с разными плотностями, до состояния консистенции однородности.

Интеграция в отопительную систему частного дома

Чтобы использовать тепловой генератор в системе отопления, его следует в систему внедрить. Надо сказать, что данный процесс не такой уж и сложный.

До генератора происходит установка центробежного насоса, который будет осуществлять подачу воды с давление в шесть атмосфер, уже после генератора происходит установка расширительного бака и запорной арматуры.

Плюсы использования кавитационных теплогенераторов

Преимуществами являются:

• Экономичность. За счет эффективного расходования электричества и достаточно высокому коэффициенту полезного действия, тепловой генератор намного более экономичен по сравнению с другим видом отопительного оборудования.
• Небольшие размеры относительно обычного отопительного оборудования с похожей мощностью. Простейший стационарный генератор, используемый при отоплении маленького домика, почти вдвое меньше современного нового газового котла. При монтаже теплогенератора в стандартную котельную вместо котла, то в комнате останется много места.
• Небольшой вес установки. Маленький вес устройств, даже крупных с высокой мощностью позволяет легко разместить прибор на полу в котельной, без использования специального фундамента.

Важно. На что следует обратить внимание при установке прибора в систему отопления, это то, что устройство будет создавать высокий уровень шума, таким образом, его монтаж необходимо проводить лишь в нежилом помещении.

• Элементарная конструкция. Его устройство такое простое, что ломаться в нем нечему, ведь в самой конструкции малое количество движущихся элементов, сложной электроники также не наблюдается. Таким образом, вероятность поломки сводится практически к нулю.
• Не требуется проведения дополнительных доработок, ведь теплогенератор можно смело объединять с уже существующей системой отопления, то есть, нет необходимости производить замену труб из-за их диаметра, или менять их расположение.
• Не требуется специальная водоподготовка, то есть для кавитационного нагревателя не требуется специальный фильтр проточной воды, так как можно не ждать засоров. Осуществление специфических процессов, которые проходят в рабочей камере генератора не допускают появления накипи и засоров.
• Кавитационный обогреватель осуществляет работу в автономном режиме, таким образом, нет необходимости в постоянном присмотре и контроле, процесс эксплуатации весьма прост – просто включение в сеть, а по потребности, выключить.
• Подобные устройства являются максимально экологичными, ведь единственным компонентом энергопотребления является электрический двигатель.

Теплогенератор кавитационный своими руками

Простейшим вариантом для воплощения своими руками кавитационного генератора является трубчатый вид с соплами для нагрева жидкости. Что для этого потребуется:

• Помпа или насос – потребуется обязательно тепловой, которому не страшны высокие температуры, ему необходимо на выходе поддерживать рабочее давление в 4-12атм.
• Пара манометров с гильзами, которые размещаются по сторонам от сопел для контроля давления на входе-выходе из элемента, создающего кавитацию.
• Для измерения нагрева теплоносителя необходим термометр.
• Клапан требуется для удаления излишнего воздуха из теплогенератора, его установка выполняется в верхней точке отопительной системы.
• Сопла должны быть от 9 до 16 мм в проходном отверстии, меньший диаметр употреблять не следует, так как эффект кавитации может начаться уже в насосе, что негативно уже скажется на его эксплуатации. Форма сопла принципиальной разницы не имеет – может быть, как овальным, цилиндрическим, так и коническим.
• Радиаторы отопления, соединительные элементы и трубы.
• Автоматическое включение и отключение теплогенератора привязывается к температурному режиму и чаще всего, установка на отключение идет на 80ºС, а на включение – привязка идет к температуре менее 60ºС.
• До начала монтажа, рекомендуется предварительно нарисовать схематичный рисунок расположения на стенах, полу или бумаге. Следует учесть, что места расположения требует располагать подальше от элементов, которые могут легко воспламениться.
• Согласно схеме, следует собрать элементы, после чего, необходимо провести проверку герметичности, однако без включения теплогенератора. Только после этого, проводится запуск кавитационного теплового генератора в рабочем режиме. Стандартным ростом температуры воды в режиме работы будет около 3- 5ºС в минуту.