Способ получения тепловой энергии и установка для его осуществления

Способ получения тепловой энергии и установка для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к энергетике, в частности к способам получения тепловой энергии, использующим анизотропию физического пространства Вселенной, и может быть использовано при создании различных теплоэнергетических систем.

Известен способ нагрева жидкости, использующий энергию ядерных реакций при схлопывании кавитационных пузырьков, в котором для достижения высокой скорости схлопывания кавитационных пузырьков кавитационную зону формируют в жидкости при статическом давлении 0,5-2,5 МПа (5-25 атм) с возбуждением в жидкости колебаний давления с пиком давления до 40 МПа (400 атм), патент RU 2054664 [1]. В данном способе нагрев жидкости сопровождается резким увеличением радиационного фона, что делает его небезопасным для окружающей среды.

Известны также способы получения тепловой энергии, при использовании которых не происходит увеличение радиационного фона.

Известен способ получения тепловой энергии из механической с аккумулированием полученной тепловой энергии жидкостью за счет ее контакта с нагревающимися рабочими органами теплогенератора. Устройством, реализующим такой способ, является, например, фрикционный нагреватель, описанный в авторском свидетельстве SU 1627790 [2], в котором нагрев рабочих органов осуществляется в результате трения торцевых поверхностей вращающегося и неподвижного дисков, погруженных в бак теплоаккумулятора, заполненный нагреваемой жидкостью. Утилизация выработанной тепловой энергии может быть осуществлена с помощью теплоэнергетических установок, содержащих теплообменники, тракты нагреваемой и подводимой к потребителю жидкости, гидравлические насосы с приводами, трубопроводы и гидравлическую арматуру. Теплогенератор работает в режиме близком к ламинарному, и поэтому весьма надежен в эксплуатации. Однако он имеет низкую удельную мощность и низкую теплопроизводительность, при этом количество полученной тепловой энергии эквивалентно количеству подведенной механической энергии.

Известен также способ нагрева газа и жидкости за счет вихревого эффекта, при котором осуществляется перекачка энергии от центральной области потока к периферии и разделение потока на холодную и горячую части, последняя из которых может быть использована для теплоснабжения, патент RU 2045715 [3].

Известен также способ получения тепловой энергии, использующий анизотропию физического пространства Вселенной, обусловленную космологическим векторным потенциалом А_г, включающий в себя силовое воздействие на материальное тело при его перемещении, по крайней мере, на части пути движения в области пространства с пониженным по отношению к космологическому векторному потенциалу А_г значением суммарного векторного потенциала А_Σ, при этом в указанной области пространства создают активную зону пространства с отличным от нуля значением градиента модуля суммарного потенциала А_Σ (grad |А_Σ|) и используют поле природных источников векторного потенциала Земли и Солнца, патент RU 2147696 [4]. В известном способе в активной зоне силовое воздействие производят на вещество, вся масса которого находится в плазменном агрегатном состоянии, при этом формируют стационарное плазменное образование в виде тора, а вещество в плазменном состоянии поддерживают, пропуская его через электродуговой или иной плазменный генератор. Для своей реализации известный способ требует использования плазменных генераторов мощностью до 1 МВт и выше, что ограничивает применение данного способа высокоэнергетическими установками типа ракетных двигателей. Для малоэнергетических систем, например, систем теплоснабжения отдельного дома или отдельно стоящей группы зданий, данный способ неприемлем, так как невозможно поддерживать в устойчивом состоянии маленький плазменный тор. Известен целый ряд теплоэнергетических установок, в которых для производства тепла используется кавитация. Большинство из них имеют заполненный жидкостью циркуляционный контур, в котором установлены горизонтальный центробежный насос, теплогенератор, включающий в себя устройство для образования кавитационной зоны, и устройство отбора тепла потребителю (см., например, [1]). Эффективность теплообразования (генерирование тепловой энергии больше, чем энергии, подведенной к установке) в известных установках осуществляется за счет ядерных реакций при схлопывании кавитационной каверны, что делает эти установки экологически небезопасными.

Известен способ получения тепловой энергии, патент RU 2051629 [5], включающий в себя силовое воздействие на материальное тело при его перемещении, по крайней мере, на части пути движения в области пространства с пониженным по отношению к космологическому векторному потенциалу А_г значением суммарного векторного потенциала А_Σ, при этом в указанной области пространства создают активную зону пространства с отличным от нуля значением градиента модуля суммарного потенциала А_Σ (grad|A_Σ|) и используют поле потенциалов природных источников, в качестве материального тела используют жидкость, активную зону пространства формируют в жидкости в виде кавитационной зоны с наложением на кавитационную зону магнитного поля, перемещают жидкость, прошедшую активную зону, по контуру с изменением суммарного векторного потенциала А_Σ, при этом, по крайней мере, на части траектории жидкость перемещают вдоль градиента гравитационного поля Земли с формированием в контуре за активной зоной восходящего и нисходящего потоков жидкости, в восходящем потоке контура жидкость перемещают вверх с перепадом высот не менее 2,6 м, для движения жидкости в контуре используется центробежный насос с удельными затратами энергии Y (Вт/л) в одной ступени насоса, удовлетворяющими соотношению 0<Y<39-3X, где X - количество ступеней центробежного насоса, формируют восходящий поток жидкости непосредственно над центробежным насосом. Данный способ по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому и принят за прототип, но он требует нахождения в контуре объема воды не менее 0,2 м³, величина которого никак не связана с мощностью центробежного насоса и, следовательно, не оптимизирована по мощности насоса. Кроме того, в этом способе не указаны оптимальные габариты контура жидкости с точки зрения получения максимальной величины коэффициента преобразования электрической энергии в тепловую (K).

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются увеличение коэффициента преобразования электрической энергии в тепловую К, оптимизация контура жидкости и уменьшение стоимости установки для получения тепловой энергии, описанной в [5].

Поставленные технические задачи решаются тем, что в известном способе получения тепловой энергии, включающем в себя силовое воздействие на материальное тело при его перемещении, по крайней мере, на части пути движения в области пространства с пониженным по отношению к космологическому векторному потенциалу А_г значением суммарного векторного потенциала А_Σ, в указанной области пространства создают активную зону пространства с отличным от нуля значением градиента модуля суммарного потенциала А_Σ (grad|A_Σ|) и используют поле потенциалов природных источников, в качестве материального тела используют жидкость, активную зону пространства формируют в жидкости в виде кавитационной зоны с наложением на кавитационную зону магнитного поля, перемещают жидкость, прошедшую активную зону, по контуру с изменением суммарного векторного потенциала А_Σ, при этом, по крайней мере, на части траектории жидкость перемещают вдоль градиента гравитационного поля Земли с формированием в контуре за активной зоной восходящего и нисходящего потоков жидкости, в восходящем потоке контура жидкость перемещают вверх с перепадом высот не менее 2,6 м, для движения жидкости в контуре используется центробежный насос с удельными затратами энергии Y (Вт/л) в одной ступени насоса, удовлетворяющими соотношению 0<Y<39-3X, где X - количество ступеней центробежного насоса, формируют восходящий поток жидкости непосредственно над центробежным насосом с производительностью, удовлетворяющей соотношению (V₀/w)>0.003 часа, где V_о - объем жидкости в контуре, a w - производительность насоса в м³/час.

Кроме того, весь контур жидкости вытягивают в виде цилиндра с диаметром более 0,08 м, но менее или равным 0,1 м. При этом контур жидкости создают многосвязанным с общей площадью излучения S≤KW/(εσT⁴), где K - коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую; W - мощность насоса; ε - коэффициент излучения внешней поверхности труб; σ - постоянная Стефана-Больцмана; Т - температура внешней поверхности трубы.

Применительно к установке для получения тепловой энергии, поставленные технические задачи решаются тем, что в установке для получения тепловой энергии, содержащей заполненный жидкостью циркуляционный контур, в котором установлены горизонтальный центробежный насос, циркуляционный контур, заполненный жидкостью, расположен выше по вертикали центробежного насоса и включает в себя соединенные между собой, лежащие в одной вертикальной плоскости трубопроводы восходящего и нисходящего потоков жидкости, плавно сопряженные между собой в верхней точке с высотой не менее 2,6 м, при этом установка оснащена охватывающим кавитационную зону источником магнитного поля, а контур жидкости сформирован в виде металлической трубы с внутренним диаметром цилиндра более 0,08 м, но менее или равным 0, 1 м. При этом трубопровод восходящего потока жидкости выполнен высотой не более 5 м. Источник магнитного поля установлен на рабочем колесе центробежного насоса. Кроме того, контур жидкости выполнен охватывающим площадь отопляемого помещения.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от изобретения [5], в котором установлено жесткое ограничение на объем жидкости (не менее 0,2 м), экспериментально полученное для насоса с электрической мощностью, равной 11 кВт, предлагаемое техническое решение устанавливает оптимальное соотношение между мощностью насоса и объемом жидкости в контуре (соотношение (V_o/w)≥0.003 часа, где V_о - объем жидкости в контуре, a w - производительность насоса в м³/час), которое было экспериментально получено при исследовании серии электронасосов с мощностью от 2,2 кВт до 11 кВт. Выдерживание указанного соотношения между объемом жидкости и мощностью насоса позволяет повысить коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую на (10-20)% и снизить стоимость установки как минимум на 20%.

Кроме того, отказ от емкости с жидкостью, в которой сосредоточен основной объем воды, и формирование контура жидкости в виде цилиндра с диаметром более 0,08 м, но менее 0,1 м, позволяет на протяжении всего контура жидкости использовать свойства квантового канала, согласно которым два электрона связаны между собой квантовым объектом, формирующим его физическое пространство и его квантовые числа, на расстоянии до 10 см (0,1 м). Поэтому, пройдя зону кавитации, электроны будут нести информацию об изменении градиента (grad |А_Σ|) по всему контуру в течение времени, равного 0,003 часа и установленного экспериментальным путем, усиливая величину указанного (grad |A_Σ|) по длине контура жидкости путем сложения волн вероятности нахождения объектов в рассматриваемом месте расположения электрона. Если диаметр трубы, формирующей поток, будет больше 0,1 м, то указанная волновая связь между электронами будет потеряна и они не будут усиливать друг друга. Оптимальные диаметры труб найдены экспериментально при исследовании контуров с диаметрами 50 мм, 60 мм, 76 мм, 80 мм, 84 мм, 100 мм, 150 мм, 200 мм. В экспериментах по исследованию значений коэффициента К при различном диаметре труб показано, что для труб оптимального диаметра он как минимум на 15% больше, чем для труб с соседними по величине значениями диаметров указанного ряда (диаметр 60 мм и диаметр 150 мм). При этом стоимость установки при одинаковой излучательной способности теплового контура снижается на 15-20 процентов и, примерно, на 100%, если внешний контур установки, описанной в [5], будет выполнен не из труб, а из стандартных излучателей радиаторного типа.

В связи с тем, что диаметр труб, формирующих контур жидкости, ограничен, то для набора необходимого, хотя бы минимально эффективного объема жидкости в контуре, необходимо при односвязанном контуре иметь очень большую его длину. При этом значительно возрастают потери на обычное трение при движении жидкости по трубе, которое менее эффективно преобразует затрачиваемую электрическую энергию в тепло, чем предлагаемый способ. В связи со сказанным, контур жидкости должен быть многосвязанным, а его площадь (S), исходя из закона сохранения энергии при излучении ее с поверхности труб, должна соответствовать выражению S≤KW/(εσT⁴), где K - коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую; W - электрическая мощность насоса; е - коэффициент излучения внешней поверхности труб; σ - постоянная Стефана-Больцмана; Т-температура внешней поверхности трубы.

Дополнительные экспериментальные исследования оптимальной высоты установки, описанной в [5], показали, что при ее высоте более 5 м эффект нагрева жидкости за счет действия силы падает, последнее связано с тем, что формула для этой силы представляет собой знакопеременный ряд и при очень больших изменениях величины суммарного потенциала А_Σ ее эффект воздействия падает. Последнее экспериментально подтверждено в опытах на самых сильных магнитах в России, в которых величины новой силы в полях с магнитной индукцией В, равной 14 Т, была меньше, чем в полях с В, равной 1Т. Поэтому за счет влияния гравитационного потенциала (увеличение перепада высот в контуре) невозможно беспредельно получать увеличение величины этой силы. В данном способе и предлагаемой установке используется объективный процесс кавитации, существующий во всех центробежных насосах, - остаточная кавитация на периферийных кромках рабочего колеса. По крайней мере, всегда существуют так называемые вакуумные пузырьки (кавитационные пузырьки, в которых практически отсутствуют пары жидкости, при давлении около 10^-4 атм), которые очень быстро схлопываются (расчетное время схлопывания около 10^-6 сек) и поэтому не долетают до соседней лопасти рабочего колеса. Данные пузырьки являются наиболее эффективными для создания мощных магнитных полей при своем схлопывании, физика которого описана в [5]. Поэтому для усиления величины токов в плазме, возникающей при схлопывании кавитационного пузырька, источники магнитного поля располагают на рабочем колесе центробежного насоса. Проведенные опыты показали, что использование магнитов, вмонтированных в рабочее колесо центробежного насоса, увеличивает коэффициент К как минимум на 10%, если величина этого поля находится в диапазоне от 0,05 до 10 мТл.

Для индивидуальных домов, складов с одной дверью и других строений, в которых тепло равномерно отсасывается из здания во всех направлениях, целесообразно контур жидкости выполнять охватывающим площадь отопляемого помещения с целью получения максимальных изменений величины суммарного потенциала ΔА_Σ, поскольку чем больше расстояние между элементами жидкости, тем больше величина ΔА_Σ, входящая в выражение для силы [5], а также с целью максимального сохранения тепла в здании в соответствии с его геометрией. При этом дверь в здание может размещаться между восходящим и нисходящим потоками жидкости.

В соответствии с результатами экспериментов по исследованию схлопывания кавитационных пузырьков, в верхней точке восходящего потока установлен клапан, рассчитанный на оптимальное давление в контуре в месте образования кавитационных пузырьков (рабочее колесо насоса). Например, максимальная энергия при схлопывании пузырьков выделяется при давлении в контуре, равном 1,7 атм. В соответствии с этим результатом, с учетом давления столба жидкости высотой от 2,6 м до 5 м, величина запорного давления в клапане устанавливается от 1,2 атм (высота 5 м) до 1,5 атм (высота 2,6 м) для поддержания оптимального давления в контуре, с точки зрения максимальной энергии, выделяющейся при схлопывании кавитационных пузырьков, и, следовательно, для создания максимального градиента суммарного потенциала (grad |А_Σ|).

На чертеже приведена блок-схема теплоэнергетической установки, реализующей предлагаемый способ. Установка включает в себя центробежный электронасос 1 с магнитным пускателем 2, трубу 3 с внутренним диаметром от 80 до 100 мм, формирующую контур жидкости, клапан 4 для поддержания оптимального давления в контуре с точки зрения выделения максимальной энергии при схлопывании кавитационных пузырьков, клапан для выпуска воздуха при заполнении установки жидкостью. На Фиг.1 показана стена здания 6 для демонстрации расположения контура жидкости по отношению к стенам здания. Контур жидкости выполнен многосвязанным для компактного размещения необходимого объема воды в замкнутом помещении и для увеличения излучаемой поверхности.

В соответствии с предлагаемым способом получение тепловой энергии осуществляется следующим способом. Из металлической трубы с внутренним диаметром более 0,08 м, но менее 0,1 м, формируют контур жидкости с восходящим и нисходящим потоками жидкости, с помощью центробежного насоса жидкость в восходящем потоке контура перемещают вверх с перепадом высот не менее 2,6 м, но не более 5 м, для движения жидкости в контуре используется центробежный насос с производительностью, удовлетворяющей соотношению (V_o/w)≥0.003 часа, где Vo - объем жидкости в контуре, a w - производительность насоса в м³/час. Контур жидкости создают многосвязанным с общей площадью излучения S≤KW/(εσT⁴), где K - коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую; W - мощность насоса; е - коэффициент излучения внешней поверхности труб; σ - постоянная Стефана-Больцмана; Т - температура внешней поверхности трубы. Для увеличения величины коэффициента K устанавливают источник магнитного поля на рабочем колесе центробежного насоса, а в верхней точке контура устанавливают клапан, рассчитанный на давление от 1,2 до 1,5 атм. Контур жидкости выполняют охватывающим площадь отопляемого помещения.

1. Способ получения тепловой энергии, включающий в себя силовое воздействие на материальное тело при его перемещении, по крайней мере, на части пути движения в области пространства с пониженным по отношению к космологическому векторному потенциалу А_г значением суммарного векторного потенциала A_Σ, при этом в указанной области пространства создают активную зону пространства с отличным от нуля значением градиента модуля суммарного потенциала А_Σ (grad |А_Σ|) и используют поле потенциалов природных источников, в качестве материального тела используют жидкость, активную зону пространства формируют в жидкости в виде кавитационной зоны с наложением на кавитационную зону магнитного поля, перемещают жидкость, прошедшую активную зону, по контуру с изменением суммарного векторного потенциала А_Σ, при этом, по крайней мере, на части траектории жидкость перемещают вдоль градиента гравитационного поля Земли с формированием в контуре за активной зоной восходящего и нисходящего потоков жидкости, в восходящем потоке контура жидкость перемещают вверх с перепадом высот не менее 2,6 м, для движения жидкости в контуре используется центробежный насос с удельными затратами энергии Y (Вт/л) в одной ступени насоса, удовлетворяющими соотношению 0<Y<39-3Х, где X - количество ступеней центробежного насоса, формируют восходящий поток жидкости непосредственно над центробежным насосом, отличающийся тем, что для движения жидкости в контуре используют центробежный насос с производительностью, удовлетворяющей соотношению (V_о/w)≥0,003 ч, где V_о - объем жидкости в контуре, a w - производительность насоса в м³/ч.

2. Способ по п.2, отличающийся тем, что весь контур жидкости формируют в виде цилиндра с диаметром более 0,08 м, но менее 0,1 м.

3. Способ по п.3, отличающийся тем, что контур жидкости создают многосвязанным с общей площадью излучения S≤KW(εσT⁴), где K - коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую; W - мощность насоса; ε - коэффициент излучения внешней поверхности труб; σ - постоянная Стефана-Больцмана; Т - температура внешней поверхности трубы.

4. Устройство для получения тепловой энергии, содержащее заполненный жидкостью циркуляционный контур, в котором установлены горизонтальный центробежный насос, циркуляционный контур, заполненный жидкостью, расположен выше по вертикали центробежного насоса и включает в себя соединенные между собой, лежащие в одной вертикальной плоскости трубопроводы восходящего и нисходящего потоков жидкости, трубопровод восходящего потока жидкости выполнен высотой не менее 2,6 м, трубопроводы восходящего и нисходящего потоков жидкости плавно сопряжены между собой в верхней точке, при этом установка оснащена охватывающим кавитационную зону источником магнитного поля, отличающееся тем, что контур жидкости выполнен в виде металлической трубы с внутренним диаметром цилиндра более 0,08 м, но менее 0,1 м.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что трубопровод восходящего потока жидкости выполнен высотой не более 5 м.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник магнитного поля установлен на рабочем колесе центробежного насоса.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что контур жидкости выполнен охватывающим площадь отопляемого помещения.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что контур жидкости в верхней своей точке содержит клапан, рассчитанный на давление от 1,2 до 1,5 Атм.