RU2783049C1 - Method for obtaining heat for heating buildings and structures, a heating device for its implementation and an element of a heating device - Google Patents
Method for obtaining heat for heating buildings and structures, a heating device for its implementation and an element of a heating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783049C1 RU2783049C1 RU2021129957A RU2021129957A RU2783049C1 RU 2783049 C1 RU2783049 C1 RU 2783049C1 RU 2021129957 A RU2021129957 A RU 2021129957A RU 2021129957 A RU2021129957 A RU 2021129957A RU 2783049 C1 RU2783049 C1 RU 2783049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating device
- annular
- diffuser
- annular groove
- confuser
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 12
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- VHHVGPDQBHJHFB-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Cr].[Ni] Chemical compound [Ti].[Cr].[Ni] VHHVGPDQBHJHFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Данное изобретение относится к способам и устройствам для получения тепла для обогрева зданий и сооружений и может быть использовано в различных отраслях промышленности и быту, везде, где требуется нагрев каких-либо устройств, участков пространства или площадей.This invention relates to methods and devices for generating heat for heating buildings and structures and can be used in various industries and households, wherever heating of any devices, areas of space or areas is required.
Известней способ получения тепла, включающий пропускание жидкости-теплоносителя через нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов. В качестве генератора тепловой энергии используют гидросопротивление, через которое гидронасосом нагнетают масло, чтобы преобразовать кинетическую энергию в тепло. Прокачка масла производится без перепуска теплоносителя, что не обеспечивает экономию тепловой энергии (Заявка Германии 934341209). Такие же особенности имеет и устройство, описанное в заявке Германии DE 19506679 А1.A well-known method of heat generation includes passing a heat-transfer fluid through a heating device containing a thermal energy generator, a heat transfer system to a consumer, interconnected in a closed circuit by means of supply and return pipelines. As a generator of thermal energy, a hydraulic resistance is used, through which oil is pumped by a hydraulic pump in order to convert kinetic energy into heat. Oil is pumped without bypassing the coolant, which does not provide thermal energy savings (German Application 934341209). The device described in the application of Germany DE 19506679 A1 has the same features.
Известен способ получения тепла, включающий пропускание теплоносителя через нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии (котел), систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре тепловой насос, и трубопровод перепуска между подающим и обратным трубопроводами. При этом давление теплоносителя понижают перед трубопроводом 1 ниже давления насыщенных паров воды. Образовавшийся в результате пар подают при сверхкритическом перепаде давления в обратный трубопровод. При этом образование пара и его последующее смешение с жидким теплоносителем осуществляется с образованием неоднородностей среды, в импульсном колебательном режиме, что может приводить к возникновению вибраций, шумов и других нежелательных эффектов, нарушающих экологические характеристики окружающей среды. Срок службы устройства снижается за счет возникновения разрушений деталей (Патент СССР N 1663345).A known method of obtaining heat, including passing the coolant through a heating device containing a thermal energy generator (boiler), a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of a supply and return pipelines, a heat pump located in this circuit, and a bypass pipeline between the supply and return pipelines. At the same time, the coolant pressure is lowered in front of the
Известен способ получения тепла, включающий пропускание теплоноситаля через нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии (котел), систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, и трубопровод перепуска. При этом поток жидкости содержит микроскопические пузырьки газа или пара, что связано с кавитационными явлениями, имеющими место в данном контуре. Эти явления отрицательно сказываются на экологии и технологичности процесса, экологичности окружающей среды. Кавитационные явления значительно снижают срок службы устройства из-за разрушений деталей, вызванных кавитацией (Заявка PCT/RU 97/00299).A known method of obtaining heat, including passing the coolant through a heating device containing a thermal energy generator (boiler), a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of supply and return pipelines, and a bypass pipeline. In this case, the liquid flow contains microscopic bubbles of gas or vapor, which is associated with cavitation phenomena that take place in this circuit. These phenomena have a negative impact on the ecology and manufacturability of the process, environmental friendliness. Cavitation phenomena significantly reduce the service life of the device due to the destruction of parts caused by cavitation (Application PCT/RU 97/00299).
Известен также способ получения тепла, включающий пропускание теплоносителя через нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре сетевой насос, и установленный между прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции (Авторское свидетельство СССР N 1019180, 1983).There is also known a method for generating heat, including passing the coolant through a heating device containing a thermal energy generator, a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of a supply and return pipelines, a network pump located in this circuit, and installed between the direct and return pipelines, although there would be one recirculation pipeline (USSR Author's certificate N 1019180, 1983).
Данные способы и устройства для их осуществления не обеспечивают удовлетворительную экономию топлива или иного теплонесущего агента в генераторе тепловой энергии во всех случаях.These methods and devices for their implementation do not provide a satisfactory economy of fuel or other heat-carrying agent in the heat generator in all cases.
Известен способ получения тепла, включающий пропускание теплоносителя через нагревательное устройство, содержащее генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре насос, и установленный с прямым и обратным трубопроводами трубопровод рециркуляции и хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором канавку. (Патент России N 2096695).A known method of generating heat, including passing the coolant through a heating device containing a generator of thermal energy, a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of supply and return pipelines, a pump located in this circuit, and a recirculation pipeline installed with direct and return pipelines and at least one element containing a confuser, a diffuser and a groove made between the diffuser and the confuser. (Patent of Russia N 2096695).
Элемент, содержащий конфузор и диффузор, расположен здесь в подающем трубопроводе. Это приводит к легкому проявлению кавитационных эффектов, мешающих работе устройства и уменьшающих срок его службы. Кроме того, следует отметить, что известное устройство содержит прорезные, продольные канавки в элементе, содержащем конфузор и диффузор.The element containing the confuser and the diffuser is located here in the supply pipeline. This leads to a slight manifestation of cavitation effects that interfere with the operation of the device and reduce its service life. In addition, it should be noted that the known device contains slotted, longitudinal grooves in the element containing the confuser and diffuser.
Данное устройство также не обеспечивает удовлетворительную экономию топлива или иного теплонесущего агента в генераторе тепловой энергии во всех случаях.This device also does not provide a satisfactory economy of fuel or other heat-carrying agent in the heat generator in all cases.
Известен способ получения тепла для обогрева зданий и сооружений, включающий перекачку теплоносителя под давлением, исключающим появление кавитации в потоке теплоносителя, в нагревательном устройстве, содержащем генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре хотя бы один циркуляционный насос, и установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции, при этом упомянутый хотя бы один трубопровод рециркуляции содержит хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку. (Заявка PCT/RU 94/000265).A known method of obtaining heat for heating buildings and structures, including pumping the coolant under pressure, excluding the occurrence of cavitation in the coolant flow, in a heating device containing a thermal energy generator, a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of supply and return pipelines, located at least one circulation pump in this circuit, and at least one recirculation pipeline installed with direct and return pipelines, while at least one recirculation pipeline contains at least one element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove. (Application PCT/RU 94/000265).
Данный способ получения тепла является существенно более эффективным, чем описанные выше, однако его эффективность ограничена.This method of obtaining heat is significantly more efficient than those described above, however, its efficiency is limited.
Наиболее близким к предложенному является способ получения тепла для обогрева зданий и сооружений, включающий перекачку теплоносителя под давлением, исключающим появление кавитации в потоке теплоносителя, в нагревательном устройстве, содержащем генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре хотя бы один циркуляционный насос, и установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции, при этом упомянутый хотя бы один трубопровод рециркуляции содержит хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку (Патент РФ N 2370708). В этом способе хотя бы на часть подающего трубопровода, расположенную перед генератором тепловой энергии и/или хотя бы на часть трубопровода рециркуляции после упомянутого элемента, содержащего конфузор, диффузор и хотя бы одну кольцевую канавку, воздействуют пульсирующим электромагнитным и/или акустическим полями.Closest to the proposed one is a method of obtaining heat for heating buildings and structures, including pumping the coolant under pressure, excluding the occurrence of cavitation in the coolant flow, in a heating device containing a thermal energy generator, a heat transfer system to the consumer, connected to each other in a closed circuit by means of a supply and return pipelines, at least one circulation pump located in this circuit, and at least one recirculation pipeline installed with direct and return pipelines, while said at least one recirculation pipeline contains at least one element containing a confuser, a diffuser and made between the diffuser and the confuser at least one annular groove (RF Patent N 2370708). In this method, at least part of the supply pipeline located in front of the heat energy generator and/or at least part of the recirculation pipeline downstream of the said element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove is exposed to pulsating electromagnetic and/or acoustic fields.
Эффективность этого способа ограничена тем, что в ходе процесса получения тепла в вышеупомянутом элементе могут возникать вихревые токи, снижающие эффективность процесса, а также структурные фазовые переходы, снижающие срок службы элемента из-за его разрушения.The effectiveness of this method is limited by the fact that during the process of obtaining heat in the aforementioned element, eddy currents can occur that reduce the efficiency of the process, as well as structural phase transitions that reduce the service life of the element due to its destruction.
Была поставлена задача создания такого способа получения тепла для обогрева зданий и сооружений, которое обеспечило бы устранение вышеупомянутых недостатков.The task was to create such a method of obtaining heat for heating buildings and structures, which would ensure the elimination of the above disadvantages.
Данная задача была решена настоящим изобретением.This problem has been solved by the present invention.
В способе получения тепла для обогрева зданий и сооружений, включающем перекачку теплоносителя под давлением, исключающим появление кавитации в потоке теплоносителя, в нагревательном устройстве, содержащем генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре хотя бы один циркуляционный насос, и установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции, при этом упомянутый хотя бы один трубопровод рециркуляции содержит хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, согласно изобретению, внешняя часть элемента выполнена из ферромагнитного материала, а внутренняя часть элемента в месте расположения кольцевых канавок выполнена из коррозионностойкого материала, обладающего возможностью прямого и обратного мартенситного фазового перехода, и внутренняя часть элемента вне кольцевых канавок, конфузора, диффузора выполнена из парамагнитного материала.In the method of obtaining heat for heating buildings and structures, including pumping the coolant under pressure, excluding the appearance of cavitation in the coolant flow, in a heating device containing a thermal energy generator, a heat transfer system to the consumer, connected to each other in a closed circuit by means of supply and return pipelines, located at least one circulation pump in this circuit, and at least one recirculation pipeline installed with direct and return pipelines, while at least one recirculation pipeline contains at least one element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove, according to the invention, the outer part of the element is made of a ferromagnetic material, and the inner part of the element at the location of the annular grooves is made of a corrosion-resistant material with the possibility of a direct and reverse martensitic phase transition, and the inner part of the element The element outside the annular grooves, confuser, diffuser is made of paramagnetic material.
При этом внутренняя часть элемента может быть выполнена, например, из хромникельтитановой нержавеющей стали Х18Н9Т (12X18Н10Т согласно ГОСТ 5632-2014), обладающей возможностью фазовых переходов γ↔ε↔α↔γ.In this case, the inner part of the element can be made, for example, from Kh18N9T chromium-nickel-titanium stainless steel (12X18N10T according to GOST 5632-2014), which has the possibility of phase transitions γ↔ε↔α↔γ.
При этом хотя бы одна кольцевая поверхность кольцевой канавки предпочтительно выполнена ступенчатой, например, треугольной в сечении.In this case, at least one annular surface of the annular groove is preferably stepped, for example, triangular in cross section.
При этом треугольник сечения кольцевой канавки предпочтительно является по существу прямоугольным.In this case, the cross-sectional triangle of the annular groove is preferably substantially rectangular.
Внутренняя часть элемента может быть выполнена из колец, выполненных с возможностью размещения во внутреннем канале внешней части.The inner part of the element can be made of rings that can be placed in the inner channel of the outer part.
Кольца могут быть выполнены эллиптической в проекции формы, прогнутыми по направлению к центральной оси, предпочтительно прогнутыми частями навстречу.The rings can be made elliptical in the projection of the shape, bent towards the central axis, preferably with bent parts towards.
При этом внутренняя кольцевая поверхность колец может быть выполнена гофрированной.In this case, the inner annular surface of the rings can be made corrugated.
Хотя бы на часть подающего трубопровода, расположенную перед генератором тепловой энергии и/или хотя бы на часть трубопровода рециркуляции после элемента, содержащего конфузор, диффузор и хотя бы одну кольцевую канавку, предпочтительно воздействуют пульсирующим электромагнитным и/или акустическим полями. Такое воздействие можно производить пульсирующими с частотой 40-60 Гц электромагнитным и/или акустическим полями.At least part of the supply pipeline located before the heat generator and/or at least part of the recirculation pipeline after the element containing the confuser, diffuser and at least one annular groove is preferably exposed to pulsating electromagnetic and/or acoustic fields. Such an impact can be produced by electromagnetic and/or acoustic fields pulsating at a frequency of 40-60 Hz.
Перекачку теплоносителя-воды при этом можно осуществлять насосом с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.In this case, the pumping of the coolant-water can be carried out by a pump with a controlled flow rate of the pumped liquid.
Заявленный способ осуществляется другим изобретением -нагревательным устройством.The claimed method is carried out by another invention - a heating device.
В нагревательном устройстве для получения тепла для обогрева зданий и сооружений, содержащем генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов, расположенный в данном контуре хотя бы один циркуляционный насос, и установленный с прямым и обратным трубопроводами хотя бы один трубопровод рециркуляции, при этом упомянутый хотя бы один трубопровод рециркуляции содержит хотя бы один элемент, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, согласно изобретению, внешняя часть элемента выполнена из ферромагнитного материала, а внутренняя часть элемента в месте расположения кольцевых канавок выполнена из коррозионностойкого материала, обладающего возможностью прямого и обратного мартенситного фазового перехода, и внутренняя часть элемента вне кольцевых канавок конфузора, диффузора выполнена из парамагнитного материала.In a heating device for obtaining heat for heating buildings and structures, containing a thermal energy generator, a heat transfer system to the consumer, interconnected in a closed circuit by means of supply and return pipelines, at least one circulation pump located in this circuit, and installed with direct and return pipelines, at least one recirculation pipeline, while said at least one recirculation pipeline contains at least one element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove made between the diffuser and the confuser, according to the invention, the outer part of the element is made of a ferromagnetic material, and the inner part of the element at the location of the annular grooves is made of a corrosion-resistant material with the possibility of direct and reverse martensitic phase transition, and the inner part of the element outside the annular grooves of the confuser, diffuser is made of a paramagnetic material.
На подающем трубопроводе перед генератором тепловой энергии и/или хотя бы на одном трубопроводе рециркуляции после упомянутого элемента, содержащего конфузор, диффузор и хотя бы одну кольцевую канавку, может быть установлен генератор пульсирующего электромагнитного и/или акустического полей.A generator of pulsating electromagnetic and/or acoustic fields can be installed on the supply pipeline before the heat energy generator and/or at least one recirculation pipeline after the said element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove.
В качестве генератора пульсирующего электромагнитного и/или акустического полей устройство может содержать электромагнитную катушку, витки которой намотаны в одну сторону.As a generator of pulsating electromagnetic and/or acoustic fields, the device may contain an electromagnetic coil, the turns of which are wound in one direction.
Элемент трубопровода рециркуляции предпочтительно содержит 2-300 кольцевых канавок, более предпочтительно 5-100 кольцевых канавок.The recirculation conduit element preferably contains 2-300 annular grooves, more preferably 5-100 annular grooves.
Устройство предпочтительно выполнено с возможностью регулирования диаметра отверстия упомянутого элемента для прохождения жидкости.The device is preferably configured to adjust the diameter of the orifice of said fluid passage element.
Оно может содержать управляющий блок, связанный с циркуляционным насосом. При этом управляющий блок может быть дополнительно связан с датчиком температуры, расположенном в системе передачи тепла потребителю или в отапливаемом помещении, а также с системой управления расходом топлива в генераторе тепловой энергии.It may contain a control unit associated with the circulation pump. In this case, the control unit can be additionally connected to a temperature sensor located in the heat transfer system to the consumer or in the heated room, as well as to the fuel consumption control system in the heat energy generator.
Система передачи тепла может содержать хотя бы две параллельно расположенные линии обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.The heat transfer system may include at least two parallel heating lines, each of which contains a pump with a controlled flow rate of the pumped fluid.
Устройство может также содержать управляющий блок, связанный с циркуляционным насосом, а также с насосами с управляемым расходом перекачиваемой жидкости, содержащимися в параллельно расположенных линиях обогрева, с возможностью управления указанными насосами и перепускным клапаном.The device may also contain a control unit associated with the circulation pump, as well as pumps with a controlled flow rate of the pumped liquid contained in parallel heating lines, with the ability to control these pumps and bypass valve.
При этом управляющий блок предпочтительно связан с датчиком температуры, расположенном в системе передачи тепла потребителю или в отапливаемом помещении.In this case, the control unit is preferably connected to a temperature sensor located in the heat transfer system to the consumer or in the heated room.
Хотя бы один первый трубопровод рециркуляции может содержать насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.At least one first recirculation pipeline may contain a pump with a controlled flow rate of the pumped fluid.
Поставленная задача достигается также другим изобретением - элементом нагревательного устройства, содержащем конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку.This task is also achieved by another invention - a heating device element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove made between the diffuser and the confuser.
В элементе нагревательного устройства, содержащем конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, согласно изобретению, внешняя часть элемента выполнена из ферромагнитного материала, а внутренняя часть элемента в месте расположения кольцевых канавок выполнена из коррозионностойкого материала, обладающего возможностью прямого и обратного мартенситного фазового перехода, и внутренняя часть элемента вне кольцевых канавок, конфузора, диффузора выполнена из парамагнитного материала.According to the invention, in a heating device element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove made between the diffuser and the confuser, the outer part of the element is made of a ferromagnetic material, and the inner part of the element at the location of the annular grooves is made of a corrosion-resistant material with the ability to direct and reverse martensitic phase transition, and the inner part of the element outside the annular grooves, confuser, diffuser is made of paramagnetic material.
Элемент трубопровода рециркуляции, содержащий конфузор, диффузор и выполненную между диффузором и конфузором хотя бы одну кольцевую канавку, при прохождении через него рециркулируемой жидкости, как было показано при испытаниях, приводит к выделению тепла, например, за счет создания специфических вихревых потоков жидкости, фазовых структурных переходов и других возможных факторов.A recirculation pipeline element containing a confuser, a diffuser and at least one annular groove made between the diffuser and the confuser, when the recirculated liquid passes through it, as shown during tests, leads to heat release, for example, due to the creation of specific vortex liquid flows, phase structural transitions and other possible factors.
В частности, при прохождении жидкости через данный элемент, например, возможно (в случае фазового перехода) выделение скрытой теплоты фазового перехода, которая, например, для воды составляет 1500 кал/моль.In particular, when a liquid passes through this element, for example, it is possible (in the case of a phase transition) to release the latent heat of the phase transition, which, for example, for water is 1500 cal/mol.
Выполнение кольцевой канавки по существу треугольной в сечении (при этом хотя бы одна кольцевая поверхность кольцевой канавки предпочтительно выполнена ступенчатой) позволяет обеспечить повышение эффективности способа за счет увеличения удельной плотности вихревых потоков жидкости, а также акустических каустик.The implementation of the annular groove is essentially triangular in cross section (at least one annular surface of the annular groove is preferably stepped) allows to increase the efficiency of the method by increasing the specific density of the vortex fluid flows, as well as acoustic caustics.
Термин "по существу" здесь является синонимом термина "практически" и означает, что хотя на практике любая геометрическая фигура (например, треугольник) за счет неточности изготовления, например, отличается от идеальной, она условно считается в данном случае треугольной. Кроме того, эти отклонения формы от идеальной могут возникать и по другим причинам, например, в случае, когда поверхность кольцевой канавки выполнена ступенчатой. В последнем случае, например, сторона треугольника с точки зрения геометрии будет представлять собой ломаную линию. Однако за счет того, что такие ступеньки невелики по сравнению с длиной стороны треугольника, сторону треугольника можно условно (практически) считать отрезком прямой линии. Во всяком случае отклонения от идеальной геометрической формы не должны превышать 10-15%.The term "essentially" here is synonymous with the term "practically" and means that although in practice any geometric figure (for example, a triangle) differs from the ideal one due to manufacturing inaccuracies, for example, it is conditionally considered triangular in this case. In addition, these deviations from the ideal shape can also occur for other reasons, for example, in the case when the surface of the annular groove is stepped. In the latter case, for example, the side of a triangle in terms of geometry will be a broken line. However, due to the fact that such steps are small compared to the length of the side of the triangle, the side of the triangle can be conditionally (practically) considered a segment of a straight line. In any case, deviations from the ideal geometric shape should not exceed 10-15%.
В случае прокачки холодной воды через трубопровод рециркуляции из обратного трубопровода по направлению к подающему трубопроводу выделение «скрытой теплоты» фазового перехода приведет к нагреву перепускаемой жидкости и следовательно, приближению ее температуры к температуре подающего трубопровода, что делает возможным смешение нагретой жидкости трубопровода рециркуляции с жидкостью, подаваемой по подающему трубопроводу, нагретому в котле, без заметного снижения ее температуры. Таким образом, количество подаваемой в котел жидкости уменьшается и следовательно, уменьшается количество топлива, расходуемого на ее нагрев до заданной температуры.In the case of pumping cold water through the recirculation pipeline from the return pipeline towards the supply pipeline, the release of the "latent heat" of the phase transition will heat the bypassed liquid and, consequently, its temperature will approach the temperature of the supply pipeline, which makes it possible to mix the heated liquid of the recirculation pipeline with the liquid, supplied through the supply pipeline, heated in the boiler, without a noticeable decrease in its temperature. Thus, the amount of liquid supplied to the boiler decreases and, consequently, the amount of fuel consumed for its heating to a predetermined temperature decreases.
В случае перекачки насосом горячей воды от подающего к обратному трубопроводу также происходит выделение дополнительного количества тепла; горячая вода смешивается с холодной водой обратного трубопровода и поступает в котел с более высокой температурой, что также приводит к уменьшению количества тепла, расходуемого для нагревания воды до требуемой температуры.In the case of pumping hot water from the supply to the return pipeline, an additional amount of heat is also released; hot water mixes with cold return water and enters the boiler at a higher temperature, which also reduces the amount of heat used to heat the water to the required temperature.
При этом, как было показано, именно такое выполнение элемента трубопровода рециркуляции является оптимальным с точки зрения наиболее экономичного перераспределения тепловых потоков в контуре. Это в конечном счете приводит к повышению экономии топлива или иного теплонесущего вещества.At the same time, as it was shown, it is this execution of the recirculation pipeline element that is optimal from the point of view of the most economical redistribution of heat flows in the circuit. This ultimately leads to an increase in the economy of fuel or other heat-carrying substance.
Кроме того, за счет уменьшения сопротивления потоку жидкости в генераторе тепловой энергии (например, водогрейном котле, где применяются узкие трубки, создающие большое сопротивление потоку жидкости) за счет протекания части жидкости в обход генератора тепловой энергии уменьшается затрата электроэнергии, потребляемой сетевым насосом для перекачки жидкости или иного теплоносителя в контуре.In addition, by reducing the resistance to fluid flow in a thermal energy generator (for example, a hot water boiler, where narrow tubes are used that create a large resistance to fluid flow), due to the flow of a part of the liquid around the thermal energy generator, the consumption of electricity consumed by the network pump for pumping liquid is reduced. or other coolant in the circuit.
В качестве сетевого насоса целесообразно применять насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости, например, обычный центробежный насос. Это связано с тем, что применение насоса с управляемым расходом перекачиваемой жидкости требует относительно дорогих управляющих электронных устройств.As a network pump, it is advisable to use a pump with a constant flow rate of the pumped liquid, for example, a conventional centrifugal pump. This is due to the fact that the use of a pump with a controlled flow of the pumped liquid requires relatively expensive control electronics.
Однако, при наличии возможности, можно использовать и насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.However, if possible, a pump with a controlled flow rate of the pumped liquid can also be used.
Воздействие пульсирующим электромагнитным и/или акустическим полями на вышеупомянутые части подающего трубопровода и/или трубопровода рециркуляции позволяет увеличить количество центров фазовых структурных преобразований в жидкости, что приводит к усилению вследствие резонанса явлений, происходящих в вышеописанном элементе трубопровода рециркуляции, и, как было экспериментально показано, приводит к увеличению количества выделяемого системой тепла.The impact of pulsating electromagnetic and/or acoustic fields on the above-mentioned parts of the supply pipeline and/or the recirculation pipeline makes it possible to increase the number of centers of phase structural transformations in the liquid, which leads to an increase due to resonance of the phenomena occurring in the above-described element of the recirculation pipeline, and, as has been experimentally shown, leads to an increase in the amount of heat generated by the system.
В качестве генератора пульсирующего электромагнитного и/или акустических полей можно использовать электромагнитную катушку, витки которой намотаны в одну сторону. Такое выполнение катушки приводит к максимальной амплитуде направленных в одну сторону электрического, магнитного и акустического воздействий (аналог катушки Тесла).As a generator of pulsating electromagnetic and/or acoustic fields, you can use an electromagnetic coil, the turns of which are wound in one direction. This design of the coil leads to the maximum amplitude of electric, magnetic and acoustic effects directed in one direction (analogous to the Tesla coil).
Для дальнейшей оптимизации перераспределения тепловых потоков нагревательное устройство выполняют с возможностью регулирования диаметра отверстия для прохождения жидкости, например, отверстия, находящегося в вышеупомянутом элементе трубопровода рециркуляции. Регулирование можно проводить известными средствами, например, с помощью раздвигаемой диафрагмы.To further optimize the redistribution of heat flows, the heating device is configured to adjust the diameter of the hole for the passage of liquid, for example, the hole located in the above-mentioned element of the recirculation pipeline. The regulation can be carried out by known means, for example by means of an expandable diaphragm.
Если в этом варианте выполнения нагревательное устройство содержит в качестве циркуляционного (сетевого) насос с постоянным расходом перекачиваемой жидкости, то система передачи тепла потребителю при этом может содержать хотя бы один насос с управляемым расходом жидкости. Это позволяет регулировать передачу тепла потребителю и, следовательно, приводит к экономии топлива (тепловыделяющего агента).If in this embodiment the heating device contains a circulation (network) pump with a constant flow rate of the pumped liquid, then the heat transfer system to the consumer may contain at least one pump with a controlled flow rate of the liquid. This allows you to regulate the transfer of heat to the consumer and, therefore, leads to savings in fuel (heat-releasing agent).
Нагревательное устройство может содержать управляющий блок, связанный с циркуляционным насосом, а также с датчиком температуры, расположенным в системе передачи тепла потребителю или в отапливаемом помещении, и с системой управления расходом топлива в генераторе тепловой энергии. Это позволяет обеспечить автоматическую регулировку параметров негревательного устройства и параметров теплоообмена для достижения наибольшей экономии топлива или иного тепловыделяющего агента, в том числе регулировки для компенсации изменений, связанных с суточным изменением температуры.The heating device may contain a control unit associated with the circulation pump, as well as with a temperature sensor located in the heat transfer system to the consumer or in the heated room, and with the fuel consumption control system in the heat energy generator. This makes it possible to automatically adjust the parameters of the non-heating device and heat exchange parameters to achieve the greatest savings in fuel or other heat-releasing agent, including adjustments to compensate for changes associated with daily temperature changes.
Возможен вариант осуществления устройства, в котором система передачи тепла содержит хотя бы две параллельно расположенные линии обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости.An embodiment of the device is possible, in which the heat transfer system comprises at least two parallel heating lines, each of which contains a pump with a controlled flow rate of the pumped liquid.
Выполнение внешней части элемента из ферромагнитного материала, а внутренней части в месте расположения кольцевых канавок из коррозионностойкого материала, обладающего возможностью прямого и обратного мартенситного фазовых переходов, и внутренней части элемента вне кольцевых канавок, конфузора, диффузора из парамагнитного материала, позволяет обеспечить стабилизацию магнитных потоков в требуемом направлении, что исключает появление противодействующих потоку жидкости вихревых токов.The execution of the outer part of the element from a ferromagnetic material, and the inner part at the location of the annular grooves from a corrosion-resistant material with the possibility of direct and reverse martensitic phase transitions, and the inner part of the element outside the annular grooves, confuser, diffuser made of paramagnetic material, makes it possible to ensure the stabilization of magnetic fluxes in required direction, which eliminates the appearance of eddy currents opposing the flow of liquid.
Это позволяет обеспечить оптимальное распределение тепла между двумя и более потребителями. В этом варианте выполнения нагревательное устройство также может содержать управляющий блок, связанный с циркуляционным насосом или с перепускным клапаном, а также с насосами с управляемым расходом перекачиваемой жидкости, содержащимися в параллельно расположенных линиях обогрева, с возможностью управления указанными насосами и перепускным клапаном. Это, как и в предыдущем варианте выполнения устройства, позволяет обеспечить автоматическую регулировку параметров нагревательного устройства и параметров теплообмена для достижения наибольшей экономии топлива или иного тепловыделяющего агента, в том числе регулировки для компенсации изменений, связанных с суточным изменением температуры.This allows for optimal distribution of heat between two or more consumers. In this embodiment, the heating device may also contain a control unit associated with the circulation pump or bypass valve, as well as pumps with a controlled flow of the pumped liquid contained in parallel heating lines, with the ability to control these pumps and the bypass valve. This, as in the previous version of the device, allows for automatic adjustment of the parameters of the heating device and heat exchange parameters to achieve the greatest savings in fuel or other heat-releasing agent, including adjustment to compensate for changes associated with daily temperature changes.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated in the following drawings.
На Фиг. 1 изображена общая схема нагревательного устройства.On FIG. 1 shows the general scheme of the heating device.
На Фиг. 2 показан элемент трубопровода рециркуляции в разрезе.On FIG. 2 shows an element of the recirculation pipeline in section.
На Фиг. 3 изображено нагревательное устройство в варианте выполнения с двумя трубопроводами рециркуляции.On FIG. 3 shows a heating device in an embodiment with two recirculation lines.
На Фиг. 4 изображен вариант выполнения нагревательного устройства, содержащего пять параллельно расположенных линий обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости, а также управляющий блок.On FIG. 4 shows an embodiment of a heating device containing five parallel heating lines, each of which contains a pump with a controlled flow rate of the pumped liquid, as well as a control unit.
На Фиг. 5 изображена общая схема нагревательного устройства, выполненного по варианту с двумя трубопроводами рециркуляции и регулируемым клапаном.On FIG. 5 shows the general scheme of the heating device, made according to the variant with two recirculation pipelines and an adjustable valve.
На Фиг. 6 показан вариант выполнения нагревательного устройства, содержащего пять параллельно расположенных линий обогрева, каждая из которых содержит насос с управляемым расходом перекачиваемой жидкости, а также управляющий блок.On FIG. 6 shows an embodiment of a heating device containing five parallel heating lines, each of which contains a pump with a controlled flow of the pumped liquid, as well as a control unit.
На Фиг. 7, Фиг. 8 и Фиг. 9 показан элемент нагревательного устройства со ступенчатой кольцевой канавкой.On FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 shows a heater element with a stepped annular groove.
На Фиг. 10 показан элемент выполнения нагревательного устройства, в котором хотя бы одна кольцевая поверхность кольцевой канавки выполнена треугольной в сечении (прямоугольный треугольник).On FIG. 10 shows an element of the heating device, in which at least one annular surface of the annular groove is triangular in cross section (right triangle).
На Фиг. 11 показан элемент выполнения нагревательного устройства, в котором кольца выполнены эллиптической в проекции формы, прогнутыми по направлению к центральной оси, прогнутыми частями навстречу.On FIG. 11 shows an element of the heating device, in which the rings are made elliptical in the projection of the shape, bent towards the central axis, bent parts towards.
Нагревательное устройство содержит генератор тепловой энергии -водогрейный котел 1, подающий 2 и обратный 3 трубопроводы, циркуляционный насос 4, радиатор 5 для передачи тепла в нагреваемое помещение. Позицией 6 обозначен трубопровод рециркуляции с элементом 7, содержащим конфузор 8, диффузор 9 и выполненные между конфузором 8 и диффузором 9 кольцевые канавки 10 и 11. Параллельно расположенные линии обогрева 12 (Фиг. 4) содержат насосы 13 с управляемым расходом перекачиваемой жидкости. Устройство содержит управляющий блок 14, связанный электрически с водогрейным котлом 1, регулируемым отверстием в элементе трубопровода 7 и каждым из насосов 13. Позициями 16 и 17 соответственно обозначены часть подающего трубопровода, расположенная перед генератором тепловой энергии, и часть трубопровода рециркуляции после элемента 7. На этих частях 16 и 17 расположены электромагнитные катушки 18 и 19, установленные с возможностью подключения к источнику питания.The heating device contains a thermal energy generator - a
В примере по другому варианту выполнения нагревательное устройство содержит генератор тепловой энергии - водогрейный котел 1, подающий 2 и обратный 3 трубопроводы, циркуляционный насос 4, радиатор 5 для передачи тепла в нагреваемое помещение. Позицией 6 обозначен первый трубопровод рециркуляции с элементом 7, содержащим конфузор 8, диффузор 9 и выполненные между конфузором 8 и диффузором 9 кольцевые канавки 10 и 11. Позицией 20 обозначен второй трубопровод рециркуляции с регулируемым клапаном 21. Управляющий блок (шкаф управления) 14 связан (электрически) с циркуляционным насосом 4 или клапаном 21 (показано пунктиром), а также с датчиком температуры (на чертеже не показан), расположенном в радиаторе 5. Позицией 22 обозначен нагнетательный насос, расположенный в первом трубопроводе рециркуляции 6. Параллельно расположенные линии обогрева 12 (Фиг. 6) содержат насосы 13 с управляемым расходом перекачиваемой жидкости. Позицией 23 обозначено отверстие для прохода жидкости с регулируемым диаметром D элемента 7, позицией 24 - ступеньки поверхности кольцевой канавки, позицией 25 - кольца, из которых выполнен элемент 7 в месте расположения кольцевых канавок 10 и 11. Позициями 26, 27 и 28 обозначены соответственно труба из парамагнитного материала, труба из ферромагнитного материала и фланцы.In the example according to another embodiment, the heating device contains a generator of thermal energy - a
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
При включении насоса 4 он начинает перекачивать жидкость по замкнутому контуру. Жидкость поступает в водогрейный котел 1 и нагревается до заданной температуры, после чего через подающий трубопровод 2 поступает в радиатор 5, через который отдает тепло потребителю, и затем возвращается по обратному трубопроводу 3 к насосу 4. При этом, часть жидкости поступает не в водогрейный котел 1, а через трубопровод рециркуляции 6 и его элемент 7 поступает в подающий трубопровод 2, где смешивается с горячей водой, поступающей из котла 1. При этом, при прохождении элемента 7 жидкость частично разогревается, в том числе в результате скоростных вихревых потоков и фазовых структурных переходов. При наличии в нагревательном устройстве управляющего блока 14, который получает сигналы от датчиков температуры, расположенных в отапливаемом помещении, при отклонении температуры от заданной, он (управляющий блок) вырабатывает соответствующие сигналы, подаваемые на управляемый регулятор подачи топлива в котле 1, регулируемую диафрагму в элементе 7 и на насосы 13 и 4. Одновременно на катушки 18 и 19 подают напряжение частотой 40-60 Гц, которые создают в соответствующих частях трубопроводов 16 и 17 переменное электромагнитное и/или акустическое поля.When the
В другом варианте выполнения при включении насоса 4 он начинает перекачивать жидкость по замкнутому контуру. Жидкость поступает в водогрейный котел 1 и нагревается до заданной температуры, после чего через подающий трубопровод 2 поступает в радиатор 5, через который отдает тепло потребителю, и затем возвращается по обратному трубопроводу 3 к насосу 4. При этом часть жидкости поступает не в радиатор 5, а через первый трубопровод рециркуляции 6 и его элемент 7 поступает в обратный трубопровод 3, где смешивается с холодной водой, поступающей из радиатора 5. При этом при прохождении элемента 7 жидкость дополнительно разогревается, в том числе в результате вихревых потоков и фазовых структурных переходов. При наличии в нагревательном устройстве шкафа управления (управляющего блока) 14, который получает сигналы от датчиков температуры, расположенных в радиаторе 5, при отклонении температуры от заданной он(управляющий блок) вырабатывает соответствующие сигналы, подаваемые на управляемый регулятор подачи топлива в котле 1 и на насос 4 или на клапан 21, который в случае необходимости открывается через шкаф управления 14, обеспечивая тем самым «сброс» избыточного тепла. Одновременно на катушки 18 и 19 подают напряжение частотой 40-60 Гц, которые создают в соответствующих частях трубопроводов 16 и 17 переменное электромагнитное и/или акустическое поля.In another embodiment, when the
Оптимальным является способ эксплуатации данного устройства, включающий перекачку теплоносителя-воды в контуре под давлением, исключающим появление кавитации в потоке теплоносителя. Специалистам в данной области техники известны условия появления кавитации и методы их расчета. Практически появление кавитации можно обнаружить по резкому возрастанию шума работы трубопровода рециркуляции. Поэтому в случае отсутствия кавитации в процессе работы устройства дополнительные шумы в области трубопровода рециркуляции практически отсутствуют.The optimal method of operating this device is that it includes pumping the coolant-water in the circuit under pressure, which excludes the appearance of cavitation in the coolant flow. Those skilled in the art are aware of the conditions for the occurrence of cavitation and methods for calculating them. In practice, the appearance of cavitation can be detected by a sharp increase in the noise of the recirculation pipeline. Therefore, in the absence of cavitation during operation of the device, there are practically no additional noises in the area of the recirculation pipeline.
Claims (42)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783049C1 true RU2783049C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008139015A (en) * | 2007-12-21 | 2008-06-19 | Omron Corp | Temperature control device for electromagnetic induction heating device |
| RU2370708C2 (en) * | 2007-12-27 | 2009-10-20 | Евгений Юрьевич Мурышев | Heat generation method for heating buildings and structures and heating device for method's realisation |
| RU2653796C2 (en) * | 2003-07-18 | 2018-05-14 | Евгений Юрьевич Мурышев | Heating device |
| WO2019002330A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Philip Morris Products S.A. | Electrical heating assembly, aerosol-generating device and method for resistively heating an aerosol-forming substrate |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2653796C2 (en) * | 2003-07-18 | 2018-05-14 | Евгений Юрьевич Мурышев | Heating device |
| JP2008139015A (en) * | 2007-12-21 | 2008-06-19 | Omron Corp | Temperature control device for electromagnetic induction heating device |
| RU2370708C2 (en) * | 2007-12-27 | 2009-10-20 | Евгений Юрьевич Мурышев | Heat generation method for heating buildings and structures and heating device for method's realisation |
| WO2019002330A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Philip Morris Products S.A. | Electrical heating assembly, aerosol-generating device and method for resistively heating an aerosol-forming substrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090092384A1 (en) | High frequency induction heating instantaneous tankless water heaters | |
| US20030080115A1 (en) | Electromagnetic water heater | |
| CA2687431C (en) | Immediate response steam generating system and method | |
| RU2783049C1 (en) | Method for obtaining heat for heating buildings and structures, a heating device for its implementation and an element of a heating device | |
| US20090071626A1 (en) | Magnet temperature control device | |
| UA44799C2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR COOLING LOW PRESSURE TURBINE | |
| RU2370708C2 (en) | Heat generation method for heating buildings and structures and heating device for method's realisation | |
| RU2415351C1 (en) | Heat generating method for heating of buildings and constructions and heating device for its implementation | |
| JP5276973B2 (en) | Once-through exhaust heat recovery boiler | |
| JP2002156493A (en) | On-site heat supply equipment for nuclear power plants | |
| WO1998029685A1 (en) | Superheated steam generator | |
| JP2009079821A (en) | Fluid heating device | |
| FI57658C (en) | KOKARE MED KONDENSOR | |
| JP6677012B2 (en) | Superheated steam generator | |
| JP2016511818A (en) | Steam temperature regulator for gas / steam turbine equipment | |
| RU2653796C2 (en) | Heating device | |
| JPH09122635A (en) | Apparatus for removing impurity in water | |
| JP2005098553A (en) | Heat exchanger | |
| Somova | Extension of the Control Range of Power Units: Problems and Their Solution | |
| RU2797032C1 (en) | Fluid induction heater | |
| JP2006317085A (en) | Fluid heating device | |
| JPS6332223A (en) | heat transfer device | |
| JP2006147432A (en) | Fluid heating device and heating system | |
| JP2004105836A (en) | High frequency plasma equipment | |
| Jarman et al. | Uneven liquid flow distribution in radial ducts in transformer winding cooling systems shown by CFD and experimental measurements |