реактор для получения тепловой энергии

Формула изобретения

1. Реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу, отличающийся тем, что часть боковой поверхности корпуса заключена в герметичную рубашку, кроме того, герметичная рубашка и примыкающая к ней часть боковой поверхности корпуса заключены в герметичный кожух, при этом полости герметичной рубашки и герметичного кожуха заполнены водой, а напорный и сливной патрубки связаны с полостью герметичной рубашки и размещены тангенциально относительно ее боковых стенок с возможностью формирования спирально восходящего потока в полости герметичной рубашки, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного с совпадением вектора движения потока через них, кроме того, полость герметичного кожуха сообщена с полостью цилиндрического корпуса через отверстия в стенке последнего, ряды которых размещены выше и ниже полости герметичной рубашки, при этом отверстия нижнего ряда выполнены ниже зоны активации.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что отверстия в пределах нижнего и верхнего рядов размещены на равных расстояниях друг от друга и выполнены с одинаковой площадью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения тепловой энергии, образующейся в процессах цепных химических реакций на молекулярно-ионном уровне.

Известен реактор для получения тепловой энергии, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с технологическими патрубками, импульсный дозатор, пульсопровод и источник пульсаций давлений, при этом импульсный дозатор всасывающей стороной соединен с верхней, а нагнетательной - с нижней частями корпуса, пульсопровод размещен по центру корпуса под его днищем и подключен верхним концом к днищу и сообщен с источником пульсаций давления, выполненным в виде полусферической камеры с установленными в ней двумя электродами, сообщенными с источником электрических импульсов (см. RU № 2027503, 1995 г.).

Недостаток этого решения - использование ротора требует значительных энергозатрат, кроме того, он не является экологически чистым.

Известен также реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу (см. RU № 2132519, F24J 3/00, 1999 г.).

В заявленном устройстве для получения тепловой энергии используют взаимодействие элементарных частиц обрабатываемого вещества, помещенного в зону активации, под действием на него энергией активирующих электрических импульсов, причем в качестве обрабатываемого вещества используют пресную воду, в которую в качестве катализатора вводят морскую воду в количестве 0,05-0,18 мас.%, причем воздействие на обрабатываемое вещество осуществляют во временных интервалах через временные паузы, обеспечивая необходимую скорость взаимодействия частиц обрабатываемого вещества.

Однако заявленное решение характеризуется неэффективной работой, особенно, на разгонном режиме, вследствие низких скоростей теплообмена в полости реактора.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении эффективности работы реактора как генератора тепловой энергии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности работы реактора как генератора тепловой энергии на всех режимах его работы и сокращение периода «разгона» реактора до рабочего режима. Кроме того, минимизируются теплопотери от нагретой воды. Кроме того, упрощается конструкция активирующего узла реактора. Кроме того, отпадает необходимость использования теплообменника - обеспечивается возможность непосредственного включения реактора в отопительную сеть.

Для решения поставленной задачи реактор для получения тепловой энергии, включающий заполненный водой цилиндрический корпус с напорным и сливным патрубками, на верхнем торце которого размещен дозирующий патрубок морской воды, при этом нижняя часть полости корпуса снабжена электродами, соединенными с источником электрических импульсов, выполненными с возможностью формирования зоны активации рабочими поверхностями, обращенными друг к другу, отличается тем, что часть боковой поверхности корпуса заключена в герметичную рубашку, кроме того, герметичная рубашка и примыкающая к ней часть боковой поверхности корпуса заключены в герметичный кожух, при этом полости герметичной рубашки и герметичного кожуха заполнены водой, а напорный и сливной патрубки связаны с полостью герметичной рубашки и размещены тангенциально относительно ее боковых стенок, с возможностью формирования спирально-восходящего потока в полости герметичной рубашки, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного, с совпадением вектора движения потока через них, кроме того, полость герметичного кожуха сообщена с полостью цилиндрического корпуса через отверстия в стенке последнего, ряды которых размещены выше и ниже полости герметичной рубашки, при этом отверстия нижнего ряда выполнены ниже зоны активации. Кроме того, отверстия в пределах нижнего и верхнего ряда размещены на равных расстояниях друг от друга и выполнены одинаковой площадью.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих поставленных задач.

Признаки «часть боковой поверхности корпуса заключена в герметичную рубашку» позволяют обеспечить подогрев объема теплоносителя (воды, используемой для подачи тепла потребителю) вне рабочего пространства реактора - вне его рабочей зоны, за счет чего подвод-отвод воды в реактор (в полость рубашки) не сказываются на параметрах рабочей зоны активации и не сказываются на эффективности работы реактора как генератора тепла. При этом тепло в теплоноситель подводят теплопередачей через вертикальную стенку реактора.

Признаки «герметичная рубашка и примыкающая к ней часть боковой поверхности корпуса заключены в герметичный кожух» обеспечивают «полную изоляцию по теплоотдаче» и позволяют обеспечить дополнительный подогрев объема теплоносителя (воды, используемой для подачи тепла потребителю) теплом, излучаемым из полости герметичного кожуха в полость герметичной рубашки.

Признаки «полости герметичной рубашки и герметичного кожуха заполнены водой» обеспечивают отвод тепла из полости герметичной рубашки вместе с теплоносителем (нагретой водой) и возможность обмена теплом полости герметичного кожуха и полости корпуса реактора.

Признаки, указывающие, что «напорный и сливной патрубки связаны с полостью герметичной рубашки и размещены тангенциально относительно ее боковых стенок с возможностью формирования спирально-восходящего потока в полости герметичной рубашки, для чего напорный патрубок размещен ниже сливного, с совпадением вектора движения потока через них» обеспечивают высокое качество теплоотдачи стенок герметичной рубашки в заключенный в нее объем теплоносителя.

Признаки «полость герметичного кожуха сообщена с полостью цилиндрического корпуса» обеспечивают теплообмен полости герметичного кожуха и полости корпуса реактора.

Признаки, указывающие, что полость герметичного кожуха сообщена с полостью цилиндрического корпуса «через отверстия в стенке последнего, ряды которых размещены выше и ниже полости герметичной рубашки, при этом отверстия нижнего ряда выполнены ниже зоны активации» обеспечивают самоподдерживающийся процесс циркуляции теплоносителя через полость герметичного кожуха, с вводом охлажденного (но не холодного) теплоносителя через нижний ряд отверстий, его движение снизу вверх через зону активации и последующее его вытеснение в верхнюю часть кожуха (через верхний ряд отверстий).

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают равномерность температурных параметров в полости реактора.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами, при этом на фиг.1 показан реактор (вид спереди, продольный разрез); на фиг.2 показан тот же реактор (вид сверху, разрез по А-А).

Реактор для получения тепловой энергии содержит корпус 1 с напорным 2 и сливным 3 патрубками, а также инициирующее устройство в виде двух электродов 4, поверхности которых (обращенные друг к другу) параллельны друг другу, симметричны относительно продольной оси 5 корпуса 1 реактора и разделены зазором, составляющим 17-22 мм. Электроды размещены в полости реактора на несущей плате 6 и изолированы от корпуса реактора изоляторами 7. Соединение электродов с источником электрических импульсов осуществляют с помощью клемм 8. В верхней части корпуса реактора установлен дозатор 9 (выполненный в виде патрубка, подключенного к источнику морской воды - на чертежах не показан).

Часть боковой поверхности корпуса 1 заключена в герметичную рубашку 10, которая в свою очередь, вместе с примыкающей к ней частью боковой поверхности корпуса (расположенной выше и ниже рубашки 10) заключены в герметичный кожух 11. При этом напорный 2 и сливной 3 патрубки связаны с полостью герметичной рубашки 10 и размещены тангенциально относительно ее боковых стенок, с возможностью формирования спирально-восходящего потока в полости герметичной рубашки, для чего напорный патрубок 2 размещен ниже сливного патрубка 3, с совпадением вектора движения потока через них. Полость герметичного кожуха 11 сообщена с полостью цилиндрического корпуса 1, через верхние 12 и нижние 13 отверстия в его стенке. Ряды отверстий 12 и 13 размещены выше и ниже полости герметичной рубашки 10, при этом отверстия 13 выполнены ниже зоны активации. Кроме того, отверстия 12 и 13 в пределах нижнего и верхнего ряда размещены на равных расстояниях друг от друга и выполнены одинаковой площадью.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Патрубки - напорный 2 и сливной 3 непосредственно подключают к системе теплоснабжения (или отопления), соответственно напорный патрубок 2 подключают к выходу обратной ветви, а сливной патрубок 3 подключают к прямой (подающей) ветви (на чертежах не показаны) и заполняют всю систему, в том числе и полость корпуса реактора, пресной водой. При разомкнутой электрической цепи (включатель цепи разомкнут) реактор посредством клемм 8 соединяют с источником переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц.

С помощью дозатора 9 в пресную воду между рабочими поверхностями электродов в качестве каталитической добавки добавляют морскую воду в количестве 0,05-0,18 мас.%. Меньшее чем 0,05 мас.% количество морской воды значительно увеличивает время разгона реактора. Большее чем 0,18 мас.% количество морской воды резко сокращает время разгона реактора, но, значительно увеличивая скорость цепной реакции, затрудняет управление ею. Реактор готов к запуску. При подаче напряжения на клеммы 8 в реакторе возбуждается цепная химическая реакция на молекулярно-ионном уровне, в результате которой выделяется значительное количество тепловой энергии. Развитие цепной реакции осуществляется по схеме

1. Н₂=Н+Н

2. Н+O₂ =ОН+O

3. ОН+Н₂=H₂O+Н

4. O+Н₂=ОН+Н

Дальнейшая работа реактора приводит к самоускоряющемуся лавинообразному процессу. Поддержание относительно постоянной скорости возбужденной цепной химической реакции осуществляется за счет подачи рабочего напряжения на электроды 4 во временных интервалах через временные паузы. Временные интервалы подачи напряжения на электроды и временные паузы зависят от множества факторов. В данном конкретном примере конструктивного выполнения реактора для поддержания температуры воды на выходе из реактора 80°С временные интервалы включения реактора составляют 10-12 минут, а временные паузы - 40 минут.

Вследствие интенсивной теплоотдачи в полость герметичной рубашки (что стимулировано формированием в ней спирально-восходящего потока, при подводе тепла через стенки кожуха 12 и корпуса 1) вода интенсивно прогревается и передается потребителю на его теплообменник. При этом, поскольку подогрев объема теплоносителя (воды, используемой для подачи тепла потребителю) осуществляется вне рабочего пространства реактора, прокачка воды через реактор (через полость рубашки) не сказываются на параметрах рабочей зоны активации реактора и не сказывается на эффективности его работы как генератора тепла.

Формирование в полости герметичной рубашки спирально-восходящего потока 14 прокачиваемой воды обеспечивается заявленным пространственным размещением напорного и сливного патрубков по высоте и с совпадением вектора движения потока через них. Кроме того, формируются самоподдерживающиеся циркуляционные потоки 15 через полость кожуха (нисходящая ветвь циркуляции) и полость корпуса 1 (восходящая ветвь циркуляции), обеспечивающие выравнивание температур в названных узлах и, тем самым, эффективный прогрев воды в полости герметичной рубашки (обеспечивается ввод охлажденной (но не холодной) воды через нижний ряд отверстий в полость корпуса 1 через отверстия 13, ее движение снизу вверх через зону активации и последующее ее вытеснение в верхнюю часть кожуха (через верхний ряд отверстий 12)).

Управляемые цепные химические реакции на молекулярно-ионном уровне основаны на широко распространенном в природе материале (например, воде) в доступном диапазоне температур (100°С-1000°С) и не требуют каких-либо специальных условий для обеспечения безопасности и экологической чистоты.

Благодаря объемному характеру процесса таких цепных реакций эффективность теплоотдачи в них в несколько десятков раз превышает эффективность теплоотдачи существующих нагревательных систем, использующих поверхностный способ передачи тепла (например, тэны и т.п.).

В процессе испытаний реактора после подачи электрических импульсов на электроды реактора температура обрабатываемой воды за 14 минут поднялась с 16°С до 100°С. При достижении температуры воды 100°С реактор отключили.

Для обеспечения стабильности цепного реакционного процесса на определенном уровне, т.е. для обеспечения определенной постоянной скорости цепных взаимодействий химически активных частиц, последующие подключения реактора к источнику переменного тока осуществляли автоматически через каждые 40 минут 23 секунды на 10-12 минут. В течение всего времени экспериментальной проверки (56 часов 30 минут) температура воды составляла 8°C ±3°C

Заявляемый реактор может широко использоваться в различных тепловых системах объектов промышленного и бытового назначения.