RU2471130C1 - Method of heat release in liquid - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: method of heat release in a liquid is proposed, including development of cavitation, at the same time a gas cushion is developed in the liquid cavitating in the closed circuit, and its volume and flow of passing liquid are serially varied to set an autovibrating mode in it, besides, a source of oscillations is a centrifugal nozzle, and to vary a gas cushion the closed circuit is equipped with an expansion tank with a piston moving in it, besides, the smaller part of the liquid flowing along the circuit is additionally heated to the temperature close to overheating in a heat exchanger prior to arrival to a cavitator (centrifugal nozzle), and a coolant for a heat exchanger is hot water or steam or power. The method makes it possible to intensify heat release in a closed circuit, where liquid circulates due to pre-heating of the liquid prior to its supply into a cavitator (centrifugal nozzle). Pre-heating of the liquid is carried out to the temperature close to overheating.

EFFECT: more intense formation of cavitation bubbles and release of high quantity of energy as they collapse.

1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева различного назначения.The invention relates to a power system and can be used both in heating systems and in heating apparatuses for various purposes.

Известен способ тепловыделения в жидкости путем создания в ней и последующего схлопывания в ней кавитационных пузырей при возбуждении колебаний давления магнитострикционным или пьезоэлектрическим пульсатором. В фазе высокого давления схлопывание пузырей происходит с большой скоростью, сравнимой со скоростью звука в жидкости, что приводит к значительному повышению в них температуры и давления пара.There is a method of heat release in a liquid by creating cavitation bubbles in it and then collapsing in it when pressure oscillations are excited by a magnetostrictive or piezoelectric pulsator. In the high pressure phase, the collapse of the bubbles occurs at a high speed comparable to the speed of sound in a liquid, which leads to a significant increase in their temperature and vapor pressure.

Недостатком этого способа является невысокая интенсивность тепловыделения относительно затраченной на создание кавитации.The disadvantage of this method is the low intensity of heat relative to the spent on the creation of cavitation.

Известен способ тепловыделения в жидкости (патент РФ №2061195, опубликован 27.05.1996 г.) - ближайший аналог, включающий создание в ней кавитации в замкнутом контуре жидкости, в котором создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем.A known method of heat dissipation in a liquid (RF patent No. 2061195, published 05/27/1996) is the closest analogue, including the creation of cavitation in it in a closed fluid circuit, in which a gas cushion is created and its volume and flow rate of the flowing fluid are sequentially adjusted until it is established in it self-oscillating mode, and the centrifugal nozzle serves as the oscillation source, and for varying the gas cushion, the closed loop is equipped with an expansion tank with a piston moving in it.

Недостатком данного способа является не полностью использованная возможность повышения интенсивности тепловыделения в жидкости, так как испарение жидкости происходит в зоне наибольшего вакуума, т.е. у центра потока.The disadvantage of this method is the not fully used opportunity to increase the intensity of heat in the liquid, since the evaporation of the liquid occurs in the zone of greatest vacuum, i.e. at the center of the stream.

Целью прелагаемого способа является повышение интенсивности тепловыделения в жидкости за счет более интенсивного испарения воды в кавитаторе.The aim of the proposed method is to increase the intensity of heat in the liquid due to more intensive evaporation of water in the cavitator.

Поставленная цель достигается за счет того, что используется способ тепловыделения в жидкости, включающий создание в ней кавитации, при этом в кавитирующей в замкнутом контуре жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем, а меньшую часть жидкости, протекающей по контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением на кавитатор (центробежную форсунку), в качестве теплоносителя для теплообменника используют горячую воду, или пар, или электроэнергию.This goal is achieved due to the fact that the method of heat dissipation in the liquid is used, including the creation of cavitation in it, while in the cavitating fluid in a closed circuit a gas cushion is created and its volume and flow rate of the flowing fluid are varied until a self-oscillating regime is established in it, and the source of oscillations a centrifugal nozzle serves, and for varying the gas cushion, the closed loop is equipped with an expansion tank with a piston moving in it, and a smaller part of the liquid flowing about the circuit, additionally heated to a temperature close to overheating in the heat exchanger before entering the cavitator (centrifugal nozzle), hot water, or steam, or electricity is used as the heat carrier for the heat exchanger.

При таком способе достигается близкая к максимально возможной интенсивность тепловыделения в жидкости, так как обеспечивается значительное усиление процесса кавитации за счет повышения температуры кавитирующей жидкости до близкой к перегреву, создавая интенсивное испарение жидкости и образование кавитационных пузырей.With this method, the intensity of heat dissipation in the liquid is close to the maximum possible, since it provides a significant increase in the cavitation process by increasing the temperature of the cavitating liquid to close to overheating, creating intense evaporation of the liquid and the formation of cavitation bubbles.

Таким образом, при реализации данного технического решения достигается технический результат, заключающийся в повышении интенсивности тепловыделения в жидкости за счет более интенсивного образования кавитационных пузырей и их схлопывания, при этом выделяется большое количество тепла.Thus, when implementing this technical solution, a technical result is achieved, which consists in increasing the intensity of heat release in the liquid due to more intensive formation of cavitation bubbles and their collapse, while a large amount of heat is released.

Анализ аналогов показал, что заявляемый способ является новым. Новизна решения заключается в том, что меньшую часть жидкости, протекающей по замкнутому контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением на кавитатор.Analysis of analogues showed that the claimed method is new. The novelty of the solution lies in the fact that a smaller part of the fluid flowing in a closed circuit is additionally heated to a temperature close to overheating in the heat exchanger before entering the cavitator.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новым существенным признаком, дающим положительный эффект, и обладает признаком соответствия критерию «изобретательский уровень».Thus, the claimed technical solution is characterized by a new significant feature that gives a positive effect, and has a sign of compliance with the criterion of "inventive step".

На фиг.1 приведена схема предлагаемого способа, содержащая насос 1 с электрическим мотором 2, гидравлический контур 3, на котором последовательно установлена расширительная емкость 4 с поршнем 5, снабженным устройством 6 для его перемещения, заправочный штуцер 7 и кавитатор 8 центробежного типа, теплообменник 9 для передачи тепла потребителю; контур 3 снабжен также дросселем 10, датчиками температуры 11 и давления 12; расширительная емкость 4 снабжена дренажным клапаном 13. Кроме того, схема содержит теплообменник 14, на вход которого через отверстия 15 и регулятор расхода 16 подается меньшая часть жидкости, протекающей по контуру 3, а выход теплообменника соединен с той частью контура 3, которая подключена ко входу кавитатора 8.Figure 1 shows a diagram of the proposed method, comprising a pump 1 with an electric motor 2, a hydraulic circuit 3, on which an expansion tank 4 with a piston 5 equipped with a device 6 for moving it, a filling nozzle 7 and a centrifugal cavitator 8, a heat exchanger 9 to transfer heat to the consumer; circuit 3 is also equipped with a throttle 10, temperature sensors 11 and pressure 12; the expansion tank 4 is equipped with a drain valve 13. In addition, the circuit includes a heat exchanger 14, the input of which through the holes 15 and the flow regulator 16 is supplied with a smaller part of the fluid flowing along the circuit 3, and the output of the heat exchanger is connected to that part of the circuit 3, which is connected to the input cavitator 8.

Работа приведенной на фиг.1 схемы осуществляется следующим образом. Сначала открывают дренажный клапан 13 и через заправочный штуцер 7 контур 3 заполняется жидкостью (водой). При этом поршень 5 с помощью устройства для его перемещения 6 устанавливают в одно из крайних положений, например, в нижнее. Затем включают электромотор 2 насоса 1, который прокачивает жидкость через контур 3. На теплообменник 14 подают теплоноситель (горячую воду или пар), либо электроэнергию (в зависимости от типа теплообменника 14). Через теплообменник 14 поступает по ответвлению 15, имеющему меньшее сечение, чем контур 3, меньшая часть воды (обеспечиваемая регулятором 16), протекающей по контуру 3. Фиксируют температуру воды, протекающей по контуру 3, датчиком 11 и давление пульсации датчиком 12. Заправочный штуцер 7 и дренажный клапан 13 при этом предварительно закрывают. Далее открывают клапан 13 и с помощью устройства 6 меняют положение поршня 5 в расширительной емкости 4, например, постепенно сдвигают вверх. В новом положении поршня 5 закрывают дренажный клапан 13 и фиксируют температуру жидкости. Одновременно изменяют дросселем 10 расход жидкости в контуре 3 до появления колебаний давления в контуре 3. При этом последовательно добиваются увеличения температуры жидкости. При достижении максимальной температуры процесс регулирования заканчивают. Часть жидкости, которая протекает через теплообменник 14, нагревается до температуры, близкой к перегреву, и поступает на кавитатор 8. В качестве кавитатора используется центробежная форсунка. При этом процесс создания и последующего схлопывания кавитационных пузырей интенсифицируется за счет образования большого количества пузырей. При этом теплообменник 9 отдает большое количество тепла, так как на него поступает более горячая вода.The operation shown in figure 1 of the circuit is as follows. First, the drain valve 13 is opened and through the filling nozzle 7, the circuit 3 is filled with liquid (water). In this case, the piston 5 using the device for moving it 6 is installed in one of the extreme positions, for example, in the lower. Then turn on the electric motor 2 of the pump 1, which pumps the liquid through the circuit 3. The heat exchanger 14 serves the heat carrier (hot water or steam), or electricity (depending on the type of heat exchanger 14). Through the heat exchanger 14, a smaller portion of the circuit than circuit 3 enters a smaller portion of the water (provided by the regulator 16) flowing along the circuit 3. The temperature of the water flowing along the circuit 3 is recorded by the sensor 11 and the pulsation pressure by the sensor 12. Filling nozzle 7 and the drain valve 13 is then previously closed. Next, open the valve 13 and using the device 6 change the position of the piston 5 in the expansion tank 4, for example, gradually shift up. In the new position of the piston 5, the drain valve 13 is closed and the temperature of the liquid is fixed. At the same time, the flow rate of the liquid in the circuit 3 is changed by the throttle 10 until pressure fluctuations in the circuit 3 appear. In this case, an increase in the liquid temperature is successively achieved. When the maximum temperature is reached, the regulation process is completed. The part of the liquid that flows through the heat exchanger 14 is heated to a temperature close to overheating, and enters the cavitator 8. A centrifugal nozzle is used as a cavitator. Moreover, the process of creation and subsequent collapse of cavitation bubbles is intensified due to the formation of a large number of bubbles. In this case, the heat exchanger 9 gives off a large amount of heat, since it receives hotter water.

Предлагаемый способ обеспечивает высокий КПД преобразования в тепло вводимой в контур энергии. Данный способ является промышленно применимым, так как содержит элементы, изготавливаемые промышленностью (теплообменники, центробежная форсунка, датчик давления, температуры жидкости).The proposed method provides a high efficiency conversion to heat introduced into the circuit energy. This method is industrially applicable, since it contains elements manufactured by the industry (heat exchangers, centrifugal nozzle, pressure sensor, liquid temperature).

Claims (1)

Способ тепловыделения в жидкости, включающий создание в ней кавитации, при этом в кавитирующей в замкнутом контуре жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима, причем источником колебаний служит центробежная форсунка, а для варьирования газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем, отличающийся тем, что меньшую часть жидкости, протекающей по контуру, дополнительно подогревают до температуры, близкой к перегреву в теплообменнике перед поступлением в кавитатор (центробежную форсунку), а в качестве теплоносителя для теплообменника используют горячую воду, или пар, или электроэнергию. A method of heat dissipation in a liquid, including the creation of cavitation in it, while creating a gas cushion in a cavitating fluid in a closed circuit and sequentially varying its volume and flow rate of the flowing fluid until a self-oscillating regime is established in it, the centrifugal nozzle being the source of oscillations, and for varying the gas cushion the closed circuit is equipped with an expansion tank with a piston moving in it, characterized in that a smaller part of the liquid flowing along the circuit is additionally heated to t temperatures close to overheating in the heat exchanger before entering the cavitator (centrifugal nozzle), and hot water, or steam, or electricity is used as the heat carrier for the heat exchanger.

Images