RU2446364C1 - Heating method of heat carriers - Google Patents

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: heating method of heat carriers involves their heating with electric current. Electric current is obtained by conversion of mechanical energy of water flow in water conduit (pipelines) to electric energy. For that purpose, the water conduit having parts of walls, which are movable in radial direction, is placed in water flow, and hydraulic impact leading to radial movements of movable parts of water conduit walls is initiated from time to time in water conduit. Magnets with magnetic conductors and windings consisting of insulated wire are installed on water conduit walls, thus forming magnetic circuits. Heat insulated jacket inside which there are magnets with magnetic conductors and windings is arranged on water conduit; heat carrier is pumped through jacket and heated with vortex electric currents occurring in magnetic conductors and with currents induced in windings loaded with electric resistances and determined with the change in magnetic flow in magnetic circuits, at radial movement of movable parts of water conduit walls.

EFFECT: increasing efficiency.

Description

Изобретение относится к теплоснабжению жилых и производственных помещений, а именно к способам нагрева теплоносителей различных отопительных систем.The invention relates to heat supply of residential and industrial premises, and in particular to methods of heating coolants of various heating systems.

Известен способ нагрева теплоносителей путем сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива в теплообменниках отопительных систем [смотри, например, Межгосударственный стандарт "Аппараты отопительные газовые бытовые с водяным контуром". ГОСТ 20219-93].A known method of heating coolants by burning solid, liquid or gaseous fuels in heat exchangers of heating systems [see, for example, the Interstate standard "Gas heating household appliances with a water circuit". GOST 20219-93].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ нагрева теплоносителей в теплообменниках, предусматривающий использование электрической энергии [Электротехнический справочник, т.3, кн.2. М.: Энергоатомиздат, 1988, раздел 53.1].Closest to the proposed technical solution (prototype) for the greatest number of similar features and the result achieved with this is a method of heating coolants in heat exchangers, involving the use of electrical energy [Electrical reference book, vol. 3, book 2. M .: Energoatomizdat, 1988, section 53.1].

Недостатком прототипа является то, что электрическую энергию подводят в теплообменники к встроенным нагревательным элементам (ТЭНам), по проводам электросетей от различного типа генераторов электрической энергии. Это существенно удорожает себестоимость получаемой таким способом тепловой энергии.The disadvantage of the prototype is that electrical energy is supplied to the heat exchangers to the built-in heating elements (heating elements), through the wires of electric networks from various types of electric energy generators. This significantly increases the cost of thermal energy obtained in this way.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание достаточно простого способа нагрева теплоносителей для различных отопительных систем с низкой себестоимостью генерации экологически чистой тепловой энергии.The technical challenge facing the invention is the creation of a fairly simple way of heating coolants for various heating systems with low cost of generation of clean thermal energy.

Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ нагрева теплоносителей, включающий нагревание их электрическим током. Электрический ток получают путем преобразования механической энергии потока воды в водоводе (трубопроводе) в электрическую энергию вихревых токов магнитопроводов и токов в обмотках, нагруженных электрическими сопротивлениями. При этом размещают водовод (трубопровод), имеющий подвижные в радиальном направлении части стенок, в потоке воды, периодически инициируют в водоводе (трубопроводе) гидравлический удар, приводящий к радиальным перемещениям подвижных частей стенок водовода (трубопровода), устанавливают на стенках водовода (трубопровода) линейные электрогенераторы, представляющие собой магниты с магнитопроводами и обмотки из изолированного провода, образующие вместе магнитную цепь, размещают на водоводе (трубопроводе) теплоизолированную рубашку, внутри которой находятся магниты с магнитопроводами и обмотки, прокачивают через рубашку теплоноситель, нагреваемый вихревыми электрическими токами, возникающими в магнитопроводах, и токами, индуцируемыми в нагруженных электрическими сопротивлениями обмотках, обусловленными изменением магнитного потока в магнитных цепях, при радиальном перемещении подвижных частей стенок водовода.According to the invention, the technical problem is solved as follows. A method of heating coolants, including heating them with electric current. Electric current is obtained by converting the mechanical energy of the water flow in a water conduit (pipeline) into the electric energy of the eddy currents of magnetic circuits and currents in windings loaded with electrical resistances. In this case, a water conduit (pipeline) having radially movable wall parts is placed in the water flow, a hydraulic shock is periodically initiated in the water conduit (pipeline), resulting in radial movements of the moving parts of the water conduit (pipeline) walls, linear are mounted on the walls of the water conduit (pipeline) electric generators, which are magnets with magnetic cores and windings from an insulated wire, forming together a magnetic circuit, place a thermally insulated shirt on the water conduit (pipeline), inside which contains magnets with magnetic circuits and windings, a coolant is pumped through the jacket, heated by eddy currents arising in the magnetic circuits, and currents induced in the windings loaded with electrical resistances due to a change in the magnetic flux in the magnetic circuits when the moving parts of the duct walls are radially moved.

В предложенном способе кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе (трубопроводе) с первоначальной скоростью (до инициирования гидравлического удара), сначала преобразуется при перекрытии сечения водовода (трубопровода) в потенциальную энергию упругой деформации воды и стенок водовода (трубопровода), под действием которой совершается механическая работа по радиальному перемещению подвижных частей стенок водовода (трубопровода), приводящая к изменению значения магнитного потока в магнитных цепях и генерации в обмотках из изолированного провода электрического тока, а также вихревых токов (токов Фуко) в магнитопроводах магнитных цепей, которые нагревают обмотки и магнитопроводы с последующей отдачей тепла прокачиваемому через рубашку теплоносителю.In the proposed method, the kinetic energy of the entire volume of water moving in a water conduit (pipeline) with an initial speed (before initiating a water hammer) is first converted when the cross section of the water conduit (pipeline) is blocked into the potential energy of elastic deformation of water and the walls of the water conduit (pipeline), under which mechanical work is done on the radial movement of the moving parts of the walls of the water conduit (pipeline), leading to a change in the value of the magnetic flux in the magnetic circuits and generation in the windings ax from an insulated wire of electric current, as well as eddy currents (Foucault currents) in the magnetic circuits of magnetic circuits that heat the windings and magnetic circuits, followed by the transfer of heat to the coolant pumped through the jacket.

Способ нагрева теплоносителей реализуется следующим образом. Теплообменники сооружают в виде трубопроводов (водоводов), часть стенок которых способны к радиальным перемещениям под действием изменяющегося в трубопроводах давления воды, вызванного периодически инициированным гидравлическим ударом, прикрепляют к неподвижным и подвижным частям стенок трубопроводов высокоэнергетические магниты с магнитопроводами и обмотки из медного изолированного провода, создают в трубопроводах гидравлический удар с использованием гидротаранов [Гидравлика. Н.Н.Кременецкий, Д.В.Штеренлихт, В.М.Алышев, Л.В.Яковлева, М., Энергия, 1973, с.215-217]. Гидроудар, инициируемый гидротараном, приводит к колебаниям давления в трубопроводе и радиальным перемещениям подвижных частей стенок трубопровода, приводящим к изменению магнитного потока в магнитопроводах магнитных цепей, индуцируя тем самым электрический ток в обмотках, находящихся под нагрузкой, и вихревые токи (токи Фуко) в магнитопроводах магнитных цепей.The method of heating the coolant is implemented as follows. Heat exchangers are constructed in the form of pipelines (conduits), part of the walls of which are capable of radial displacement under the influence of water pressure changing in the pipelines caused by periodically initiated hydraulic shock, they attach high-energy magnets with magnetic circuits and windings from an insulated copper wire to the fixed and moving parts of the walls of the pipelines, create hydraulic shock in pipelines using hydraulic rams [Hydraulics. N.N. Kremenetsky, D.V. Shterenlikht, V.M. Alyshev, L.V. Yakovleva, M., Energy, 1973, p. 215-217]. A water hammer initiated by a hydraulic ram leads to pressure fluctuations in the pipeline and radial movements of the moving parts of the walls of the pipeline, leading to a change in the magnetic flux in the magnetic circuits of the magnetic circuits, thereby inducing electric current in the windings under load, and eddy currents (Foucault currents) in the magnetic circuits magnetic circuits.

Рассмотрим следующий пример. Первоначальная скорость движения воды в стальном трубопроводе с внутренним диаметром 1,4 м составляет 5 м/с. Трубопровод без теплоизолированной рубашки представляет собой составную неотъемлемую часть теплообменника для нагрева теплоносителей отопительных систем. Площадь подвижной части стенок трубопровода на единице длины трубопровода составляет 1,54 м².Consider the following example. The initial water velocity in a steel pipe with an internal diameter of 1.4 m is 5 m / s. A pipeline without a thermally insulated jacket is an integral integral part of a heat exchanger for heating coolants in heating systems. The area of the movable part of the walls of the pipeline per unit length of the pipeline is 1.54 m ² .

При резком перекрытии сечения в конце трубопровода клапаном известной гидротаранной установки в нем возникает гидравлический удар, с ударным давлением, согласно расчетам, 0,69 МПа. Гидравлический удар движется от перекрытого сечения трубопровода к его началу со скоростью распространения ударной волны. В нашем примере она составляет, согласно расчетам, 138 м/с, приводя к последовательным радиальным перемещениям подвижные части стенок трубопровода на 5 см. Механическая работа, производимая ударным давлением в течение одной секунды при последовательном радиальном перемещении всех подвижных частей стенок трубопровода на длине 138 м, представляет собой механическую мощность, которая составляет, согласно расчетам, 2,6 МВт и преобразуется, согласно предлагаемому способу, в электрическую энергию, а затем в тепловую (Джоулево тепло). Механическая работа, совершенная за первую секунду после инициирования гидравлического удара, при минимальных потерях энергии практически равна кинетической энергии массы воды, движущейся в трубопроводе заданной длины при первоначальной скорости. Далее в работе гидроагрегата следует пауза. Пауза необходима для инициирования нового гидроудара в трубопроводе при помощи известного гидротаранного устройства, и процесс повторяется. Для непрерывного снятия вышеуказанной механической мощности необходимо иметь несколько одинаковых устройств, работающих со сдвигом по времени. Механическая мощность, согласно способу, через электрическую мощность полностью превращается в тепловую энергию.With a sharp overlap of the section at the end of the pipeline with a valve of a known hydraulic ram installation, a hydraulic shock occurs in it, with a shock pressure of 0.69 MPa, according to calculations. Water hammer moves from the blocked section of the pipeline to its beginning with the speed of propagation of the shock wave. In our example, it is, according to calculations, 138 m / s, resulting in successive radial movements of the moving parts of the pipeline walls by 5 cm. Mechanical work produced by shock pressure for one second during the sequential radial movement of all moving parts of the pipeline walls over a length of 138 m represents mechanical power, which, according to calculations, is 2.6 MW and is converted, according to the proposed method, into electrical energy, and then into thermal energy (Joule heat). Mechanical work completed in the first second after the initiation of a water hammer, with minimal energy loss, is almost equal to the kinetic energy of the mass of water moving in a pipeline of a given length at the initial speed. Further in the operation of the hydraulic unit there is a pause. A pause is necessary to initiate a new water hammer in the pipeline using a known hydraulic ram device, and the process repeats. For the continuous removal of the above mechanical power, it is necessary to have several identical devices operating with a time shift. Mechanical power, according to the method, through electrical power is completely converted into thermal energy.

Использование заявленного технического решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает выработку значительного количества экологически чистой тепловой энергии, с малой себестоимостью для теплоснабжения жилых и производственных помещений, расположенных на удаленных от централизованного энергоснабжения территориях, имеющих водные ресурсы.The use of the claimed technical solution in comparison with all known means of a similar purpose provides the generation of a significant amount of environmentally friendly heat energy, with a low cost for heat supply of residential and industrial premises located in areas remote from the centralized energy supply that have water resources.

Claims (1)

Способ нагрева теплоносителей, включающий нагревание их электрическим током, отличающийся тем, что электрический ток получают путем преобразования механической энергии потока воды в водоводе (трубопроводе) в электрическую, размещают водовод (трубопровод), имеющий подвижные в радиальном направлении части стенок, в потоке воды, периодически инициируют в водоводе (трубопроводе) гидравлический удар, приводящий к радиальным перемещениям подвижных частей стенок водовода (трубопровода), устанавливают на стенках водовода (трубопровода) магниты с магнитопроводами и обмотки из изолированного провода, образуя магнитные цепи, размещают на водоводе (трубопроводе) теплоизолированную рубашку, внутри которой находятся магниты с магнитопроводами и обмотки, прокачивают через рубашку теплоноситель, нагреваемый вихревыми электрическими токами, возникающими в магнитопроводах, и токами, индуцируемыми в нагруженных электрическими сопротивлениями обмотках, обусловленными изменением магнитного потока в магнитных цепях, при радиальном перемещении подвижных частей стенок водовода. A method of heating coolants, including heating them with electric current, characterized in that the electric current is obtained by converting the mechanical energy of the water flow in the water conduit (pipeline) into electrical energy, place a water conduit (pipeline) having parts of the walls that are movable in the radial direction, in the water flow, periodically initiate a hydraulic shock in the water conduit (pipeline), leading to radial movements of the moving parts of the walls of the water conduit (pipeline), install magnesium on the walls of the water conduit (pipeline) you with magnetic cores and windings from an insulated wire, forming magnetic circuits, place a thermally insulated shirt on the water conduit (pipeline), inside which there are magnets with magnetic cores and windings, coolant pumped through the jacket is heated by the eddy electric currents arising in the magnetic cores, and the currents induced in windings loaded with electrical resistances due to a change in the magnetic flux in the magnetic circuits during radial movement of the moving parts of the walls of the conduit.