способ нагрева теплоносителей

Формула изобретения

Способ нагрева теплоносителей, включающий преобразование одного вида энергии в другой, отличающийся тем, что размещают водовод (трубопровод), имеющий подвижные в радиальном направлении части стенок, в потоке воды, периодически инициируют в водоводе (трубопроводе) гидравлический удар, приводящий к радиальным перемещениям подвижных частей стенок водовода (трубопровода), устанавливают на стенках водовода (трубопровода) нагреватели, представляющие собой жидкостные амортизаторы, размещают на водоводе (трубопроводе) теплоизолированную рубашку, внутри которой находятся нагреватели, прокачивают через рубашку теплоноситель, температура которого повышается за счет преобразования в нагревателе механической работы в тепловую энергию, при радиальном перемещении подвижных частей стенок водовода, жестко соединенных с подвижными частями нагревателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоснабжению жилых и производственных помещений, а именно к способам нагрева теплоносителей различных отопительных систем.

Известен способ нагрева теплоносителей путем сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива в теплообменниках отопительных систем. Смотри, например, [Межгосударственный стандарт "Аппараты отопительные газовые бытовые с водяным контуром". ГОСТ 20219-93].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ нагрева теплоносителей в теплообменниках, предусматривающий использование электрической энергии [Электротехнический справочник, т.3, кн.2. - М.: Энергоатомиздат, 1988, раздел 53.1].

Недостатком прототипа является то, что электрическую энергию подводят в теплообменники к встроенным нагревательным элементам(ТЭНам), по проводам электросетей от различного типа генераторов электрической энергии. Это существенно удорожает себестоимость получаемой таким способом тепловой энергии.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание достаточно простого способа нагрева теплоносителей для различных отопительных систем с низкой себестоимостью генерации экологически чистой тепловой энергии.

Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ нагрева теплоносителей включает преобразование одного вида энергии в другой. Для этого размещают водовод (трубопровод), имеющий подвижные в радиальном направлении части стенок, в потоке воды, периодически инициируют в водоводе (трубопроводе) гидравлический удар, приводящий к радиальным перемещениям подвижных частей стенок водовода (трубопровода), устанавливают на стенках водовода (трубопровода) нагреватели, представляющие собой жидкостные амортизаторы, размещают на водоводе (трубопроводе) теплоизолированную рубашку, внутри которой находятся нагреватели, прокачивают через рубашку теплоноситель, температура которого повышается за счет преобразования в нагревателе механической работы в тепловую энергию теплоносителя, при радиальном перемещении подвижных частей стенок водовода, жестко соединенных с подвижными частями нагревателей.

В предложенном способе кинетическая энергия всего объема воды, движущейся в водоводе (трубопроводе) с первоначальной скоростью (до инициирования гидравлического удара) преобразуется при перекрытии сечения водовода (трубопровода) в потенциальную энергию упругой деформации воды и стенок водовода (трубопровода) и механическую работу, под действием которой совершается радиальное перемещение подвижных частей стенок водовода (трубопровода), с которыми жестко соединены подвижные части нагревателей. Нагреватели работают по принципу жидкостных амортизаторов, где гасится механическая энергия и превращается в тепловую, с последующей отдачей тепла прокачиваемому через рубашку, внутри которой находятся нагреватели-амортизаторы, теплоносителю.

Способ нагрева теплоносителей реализуется следующим образом. Теплообменники сооружают в виде трубопроводов (водоводов), часть стенок которых способны к радиальным перемещениям под действием изменяющегося в трубопроводах давления воды, вызванного периодически инициированным гидравлическим ударом, жестко прикрепляют к подвижным частям стенок трубопроводов подвижные части (штоки) жидкостных амортизаторов-нагревателей, помещают амортизаторы-нагреватели в теплоизолированную рубашку, создают в трубопроводах гидравлический удар с использованием гидротаранов [Гидравлика. Н.Н.Кременецкий, Д.В.Штеренлихт, В.М.Алышев, Л.В.Яковлева. - М.: Энергия, 1973, с.215-217]. Гидроудар, инициируемый гидротараном, приводит к колебаниям давления в трубопроводе и радиальным перемещениям подвижных частей стенок трубопровода, жестко соединенных со штоками амортизаторов-нагревателей, помещенных в теплоизолированную рубашку с теплоносителем.

Рассмотрим следующий пример. Первоначальная скорость движения воды в стальном трубопроводе с внутренним диаметром 1,4 м составляет 5 м/с. Трубопровод без теплоизолированной рубашки представляет собой составную неотъемлемую часть теплообменника для нагрева теплоносителей отопительных систем. Площадь подвижной части стенок трубопровода на единице длины трубопровода составляет 1,54 м².

При резком перекрытии сечения в конце трубопровода клапаном известной гидротаранной установки в нем возникает гидравлический удар с ударным давлением, согласно расчетам, 0,69 МПа. Гидравлический удар движется от перекрытого сечения трубопровода к его началу со скоростью распространения ударной волны. В нашем примере она составляет, согласно расчетам, 138 м/с, приводя к последовательным радиальным перемещениям подвижные части стенок трубопровода на 5 см. Механическая работа, производимая ударным давлением в течение одной секунды при последовательном радиальном перемещении всех подвижных частей стенок трубопровода на длине 138 м, представляет собой механическую мощность, которая составляет, согласно расчетам, 2,6 МВт и преобразуется, согласно предлагаемому способу, в тепловую. Механическая работа, совершенная за первую секунду после инициирования гидравлического удара, при минимальных потерях энергии (на упругие деформации воды и неподвижных частей стенок трубопровода) практически равна кинетической энергии массы воды, движущейся в трубопроводе заданной длины при первоначальной скорости. Далее в работе гидроагрегата следует пауза. Пауза необходима для инициирования нового гидроудара в трубопроводе при помощи известного гидротаранного устройства, и процесс повторяется. Для непрерывного снятия вышеуказанной механической мощности необходимо иметь несколько одинаковых устройств, работающих со сдвигом по времени. Механическая мощность, согласно способу, полностью превращается в тепловую энергию.

Использование заявленного технического решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает выработку значительного количества экологически чистой тепловой энергии, с малой себестоимостью для теплоснабжения жилых и производственных помещений, расположенных на удаленных от централизованного энергоснабжения территориях, имеющих водные ресурсы.