На главную страницу Rambler's Top100

О журнале

Архив

Разделы

Полезные ссылки

Rambler's Top100

Yandex.CN Сделано для России , тематический каталог отборных русских сайтов.

 

С.В. Геллер

директор по науке
ЗАО "БРАВО Технолоджиз"
  • Энергобезопасность в документах и фактах №5, 2007

    Перспективы использования аппаратов БРАВО в теплоснабжении

    В статье классифицированы известные источники тепла гидродинамического типа. Описан гидродинамический аппарат для отопления, горячего водоснабжения, а также безопасного нагрева технологических жидкостей. Указаны экономически обоснованные области его промышленного применения. Опытный образец такого аппарата (БРАВО, см. рис.1, фото) в настоящее время проходит испытания на одном из предприятий ВПК города Москвы. Совместно со специалистами Московского института энергобезопасности и энергосбережения ведётся подготовка к приборным замерам эффективности аппарата. Предварительные испытания показали, что один и тот же объём воды (при одинаковом питающем электронасосном агрегате) нагревается до заданной температуры в 1,8 раза быстрее, чем при использовании функционального аналога производства Ковровского завода имени Дегтярёва, (см. рис.2). Соответственно во столько же раз меньше затрачивается электроэнергии.

    Механическое воздействие на жидкость приводит к ее нагреву. Д. Джоуль и Р. Майер в середине ХIХ века сформулировали механический эквивалент теплоты. Даже спустя полтора века на эту тему создавались изобретения [1]. При этом обнаружено, что в тепло может быть превращена не только подводимая извне механическая энергия, но и внутренняя энергия жидкости (в режиме кавитации), (см. http://www.jurle.com/). Для возбуждения кавитации широко используется метод закрутки жидкости (вихревые эффекты). В настоящее время в России ВНЖ производятся рядом фирм (Санкт - Петербург, Ростов - на - Дону, Пенза, Тула), а также на Украине (Донецк, Харьков, Киев). Использование ВНЖ выгодно на электрифицированных объектах, прокладка газовых коммуникаций и теплоцентралей к которым невозможна или не экономична.

    В частности, ВНЖ пригодны в качестве мини-котельных для зданий и сооружений (рис.3). С помощью ВНЖ можно нагревать любые жидкости, в то время как ТЭНы недолговечны, пожароопасны, подвержены воздействию накипи и не могут применяться в агрессивных средах (нагрев растворов гальванических ванн).

    Заслуживают особого внимания факторы (не технического свойства!), дискредитирующие ВНЖ. Приобрели скандальную известность аппараты г-на Потапова, которые якобы выдавали "сверхъединичную" тепловую энергию на основании холодного ядерного синтеза, а затем торсионных полей и энергии "физического вакуума". По мере практической проверки данные спекуляции неоднократно развенчивались (например, в МЭИ в 2002-м году) (см.http://www.energy-saving-technology.com/page-ru/blask-bill/black-list-ru.html, http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=0f97818d-c4b4-41e1-a2a0--d87c084e5099&_Language=ru, а также http://www.thermonews.ru/news/news.jsp?id=6649). На другом полюсе дискредитации ВНЖ находятся эксперты - теоретики, лишённые своего интереса и оттого огульно критикующие ВНЖ. Если Потапов и "иже с ними" пытаются вывести ВНЖ из-под действия незыблемых законов Природы, то эксперты - перестраховщики те же законы упоминают не к месту (в силу нежелания вникнуть в суть внутренних процессов в рабочем теле). Такие "эксперты" хотели бы лишить ВНЖ права на существование, но им мешает сделать это успешная практика коммерциализации ВНЖ. Самую же малочисленную категорию причастных к ВНЖ лиц составляют собственно их конструкторы и изобретатели (к числу которых относится и автор статьи).

    Рабочий процесс ВНЖ в настоящее время не исследован, попытаемся восполнить этот пробел на основе теории структурирования жидкости. Согласно этой теории, значения относительной статической диэлектрической проницаемости e, теплоемкости С, других показателей структурированной воды могут существенно отличаться от справочных значений (принятых для обычной воды). Причиной этих отличий служат кавитационные явления – развитая кавитация в рабочем теле (в каждом кубическом миллилитре жидкости содержится до 105 кавитационных каверн со средним диаметром около 10 мкм). Удельная теплоемкость структурированной воды Св может приближаться к параметрам твердой фазы. Так как удельная теплоемкость воды в 2 раза превышает удельную теплоемкость льда, изменение теплоемкости воды при переходе из жидкого состояния L1 в структурированное, подобное льду состояние L2 сопровождается избыточным тепловыделением Qизб: L1->L2+Qизб (1)

    Количество тепла Q, выделяющееся при работе ВНЖ, представляет собой сумму Q=Qизб+DQ (2)

    где Qизб вызвано экзотермическим превращением

    воды (теплота перехода L1->L2 ), а DQ получена пу-тем преобразования электроэнергии U в эквивалентную ей теплоту.

    Qизб зависит от интенсивности кавитации, степени различия молярных теплоемкостей воды в свободном и структурированном состояниях, а также начальной температуры воды: Qизб=k1m/µ(Cв1 - Cв2)(T1-Tпл) (3)

    где Cв1 и Cв2 - удельные теплоемкости при постоянном давлении свободной воды L1 и кавитирующей воды L2, соответственно.

    Cв2 можно представить в виде Cв2 = k2Cл,

    где - константа, характеризующая степень отличия теплоемкости Cв2 структурированной воды (фаза L2) от теплоемкости льда Cл;

    k1 - коэффициент структурирования воды, вызванного кавитацией(массовая парциальная доля частично упорядоченной фазы В2 в активированной воде), ; m - масса структурированной воды; T1 и Tпл - температура воды, поступающей в ВНЖ, и точка плавления льда, соответственно;

    m = 18,015 - молярная масса воды.

    В случае полного структурирования k1=k2=1, Qизб= km(T1-Tпл) ,

    где k - постоянная,

    Таким образом, в ВНЖ происходит существенное дополнительное тепловыделение Qизб.

    В замкнутой схеме работы (ВНЖ , насос и теплообменник соединены последовательно) выделение теплоты Qизб происходит без изменения энергосодержания контура.

    Теплопроизводительность контура за время t определяют по перепаду температуры на теплообменнике и расходу G воды: k=QDTG? (4)

    где k - коэффициент пропорциональности.

    Эффективность работы ВНЖ: n=Q/U (5)

    где U - электроэнергия, потребляемая насосом за время t, а n всегда <=1 , поскольку DQ<=U.

    Эффективность ВНЖ определяется с помощью калориметра. По изменению температуры Т образцовой жидкости в резервуаре за время t можно определить количество тепла DQ, отданного теплообменником образцовой жидкости за это время, и достоверно оценить эффективность ВНЖ по формуле (5). Вначале выделяемая, а затем поглощаемая теплота не может изменить производительность генератора таким образом, чтобы его эффективность превысила единицу.

    Но совсем иначе обстоят дела при разомкнутой схеме работы ВНЖ (от "донора" - трубопровода проточной воды) (рис.4).

    Если, согласно рис.5, возвращать в магистраль-донор релаксирующую воду, а в ВНЖ постоянно подавать "свежую" (с неиспользованной для тепловыделения внутренней энергией), эффективность нагревательной системы заметно превысит единицу! Закон сохранения энергии не нарушается, процесс проходит по обратному термодинамическому циклу [44,45]. Такой режим обеспечивается методом отбора тепла от внешнего низкотемпературного источника - системы водоснабжения, с затратой механической работы.

    С учётом изложенных тенденций автором разработана принципиально новая разновидность ВНЖ с роторным активатором - турбиной, приводимой в движение текущим рабочим телом (рис.5).

    В аппарате БРАВО (Би- роторный аппарат волновой отопительный, патентная заявка с приоритетом от 25 ноября 2005 г.) на периферии первого ротора, являющегося активной гидротурбиной, расположены вихревые камеры. Второй ротор выполнен в виде реактивной гидротурбины. Роторы вращаются встречно. При этом циклически генерируются гидроудары путём перекрытия вторым ротором выходов вихревых камер. Гидроударные волны из перекрытых камер перепускаются в тыловые зоны открытых камер. Имеются средства саморегулирования энергообмена роторов. Всё это обеспечивает большую амплитуду и широкий частотный спектр колебаний, а также высокую эффективность кавитации при малом гидравлическом сопротивлении. Конструкция аппарата позволяет избежать общий недостаток аппаратов динамического типа - наличия валов с жёстко посаженными на них роторами (см. ниже).

    Чтобы принципиальные отличия БРАВО от известных ВНЖ стали понятны читателю, рассмотрим особенности известных типов ВНЖ и классифицируем их.

    В статических ВНЖ отсутствуют подвижные конструктивные элементы [2] - [19], [21] - [26], [28] и имеется тормозное устройство, имеющее большое гидравлическое сопротивление. Самый распространённый аппарат такого рода был упомянут выше и приведён на рис.2 (фото автора) (см. также http://www.zid.ru/ru/products/perspective/vtu.html).

    Динамические ВНЖ имеют размещённые в полости корпуса активаторы, жёстко скрепленные с приводными валами (роторные [20], [25], [27], [31], [33] - [40]) либо лопаточные [32]). Некоторые из аппаратов снабжены средствами создания автоколебаний в потоке жидкости (сходного с БРАВО назначения). Например, в "Роторном гидроударном насосе - теплогенераторе" [20] совмещена зона кавитации с рабочим колесом насоса, что снижает КПД последнего [29] и эффективность всей нагревательной системы. Это присуще всем подобным ВНЖ (в частности, [32], [35], [38], [39]). Большой момент инерции роторов, кинематически связанных с валом приводного электродвигателя, - общий недостаток всех известных ВНЖ динамического типа.

    Этот недостаток присущ, в частности, ВНЖ марки "ТС" (производства ФГУП "СПЛАВ", г. Тула), приведённому на рис.6 (фото с электронного ресурса http://teplo.esa-energo.ru/images/gener/gener_04.jpg). Аппаратам "ТС" необходимы энергоёмкий привод вала ротора, дорогостоящая динамическая балансировка массивного ротора, применение выносных подшипниковых опор с радиальными уплотнениями, а также циркуляционного насоса. "ТС" требуют также применения аппаратуры плавного пуска (именно ввиду больших моментов инерции роторов).

    Сопоставление с существующими аналогами позволяет сделать вывод, что БРАВО представляет собой новый тип нагревателя (смешанный), сочетающий преимущества статических и динамических ВНЖ и лишённый их недостатков. Оптимальными по соотношению "себестоимость - эффективность" средствами повышена эффективность и расширены функциональные возможности аппарата.

    Приложение 1. Рис. 1. Опытный образец аппарата БРАВО

    Приложение 2. Рис. 2. Фото тепловой установки, содержащей статический ВНЖ (завод имени Дегтярёва)

    Приложение 3. Рис. 3. Мини-котельная на базе ВНЖ

    Приложение 4. Рис. 4. Импульсно-разомкнутая схема отопления

    Приложение 5. Рис. 5. БРАВО, принципиальная схема

    Приложение 6. Рис. 6. ВНЖ "ТС" ФГУП "СПЛАВ"

  • © «Московский институт энергобезопасности и энергосбережения»
    Полное или частичное использование материалов возможно только с разрешения редакции.

    Зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия. Свидетельство ПИ № ФС77-28742

    webmaster: webmaster@endf.ru