В данной статье описано как изготовить теплогенератор собственными силами.

Подробно описан принцип действия статического теплогенератора, результаты его исследований.Даны рекомендации по его расчету и выбору комплектующих.

Идея создания

Как же быть, если не хватает средств на приобретение теплогенератора? Как его сделать самому? Я расскажу о собственном опыте в этом деле.

Идея сделать свой теплогенератор у нас появилась после знакомства с различными видами теплогенераторов. Их конструкции казались достаточно простыми, но не до конца продуманной.

Известны две конструкции таких устройств: роторная и статическая. В первом случае для создания кавитации, как можно догадаться из названия, служит ротор , во втором - основным элементом устройства является сопло . Чтобы сделать выбор в пользу одного из вариантов исполнения, сравним обе конструкции.

Роторный теплогенератор

Что же из себя представляет роторный теплогенератор? По сути - это несколько измененный центробежный насос , То есть имеется корпус насоса (который в данном случае является статором ) с входным и выходным патрубками, и рабочей камерой, внутри которого находится ротор, выполняющий роль рабочего колеса. Главное отличие от обычного насоса заключается именно в роторе. Существует великое множество конструктивных исполнений роторов вихревых теплогенераторов, и все описывать мы конечно не будем. Самый простой из них представляет собой диск, на цилиндрической поверхности которого просверлено множество глухих отверстий определенной глубины и диаметра. Эти отверстия называют ячейками Григгса, по имени американского изобретателя, первыми испытавшего роторный теплогенератор такой конструкции. Количество и размеры этих ячеек определяется исходя из размеров диска ротора и частоты вращения электродвигателя, приводящего его во вращение. Статор (он же корпус теплогенератора), как правило, выполнен в виде полого цилиндра, т.е. труба, заглушенная с обеих сторон фланцами При этом зазор между внутренней стенкой статора и ротором весьма мал и составляет 1…1,5 мм.

В зазоре между ротором и статором и происходит нагрев воды. Этому способствует ее трение о поверхности статора и ротора, при быстром вращении последнего. Ну и конечно значительную роль в нагреве воды играют кавитационные процессы и завихрения воды в ячейках ротора. Скорость вращения ротора, как правило, составляет 3000 об/мин при его диаметре 300 мм. С уменьшением диаметра ротора необходимо увеличивать частоту вращения.

Не трудно догадаться, что при всей простоте такая конструкция требует довольно высокой точности изготовления. И очевидно, что потребуется балансировка ротора. К тому же приходится решать вопрос уплотнения вала ротора. Естественно уплотнительные элементы требуют регулярной замены.

Из выше сказанного следует, что ресурс подобных установок не так уж и велик. По мимо всего прочего, работа роторных теплогенераторов сопровождается повышенным шумом. Хотя они обладают большей на 20-30% производительностью в сравнении с теплогенераторами статического типа. Теплогенераторы роторного типа способны даже вырабатывать пар. Но является ли это преимуществом при непродолжительном сроке эксплуатации (в сравнении со статическими моделями)?

Статический теплогенератор

Второй тип теплогенератора называется статическим условно. Это обусловлено отсутствием вращающихся частей в конструкции кавитатора. Для создания кавитационных процессов применяются различные виды сопел. Наиболее часто используется так называемое сопло Лаваля

Чтобы возникла кавитация необходимо обеспечить большую скорость движения жидкости в кавитаторе. Для этого используется обычный центробежный насос. Насос нагнетает давление жидкости перед соплом, она устремляется в отверстие сопла, которое имеет значительно меньшее сечение, чем подводящий трубопровод, что и обеспечивает высокую скорость на выходе из сопла. За счет резкого расширения жидкости на выходе из сопла и возникает кавитация. Так же этому способствует трение жидкости о поверхность канала сопла и завихрения воды, возникающие при резком вырывании струи из сопла. То есть вода греется по тем же причинам, что и в роторном теплогенераторе, но с несколько меньшей эффективностью.

Конструкция статического теплогенератора не требует высокой точности изготовления деталей. Механическая обработка при изготовлении этих деталей сводится к минимуму в сравнении роторной конструкцией. Благодаря отсутствию вращающихся частей легко решается вопрос уплотнения сопрягаемых узлов и деталей. Балансировка также не нужна. Срок службы кавитатора значительно больше.(Гарантия на 5лет) Даже в случае выработки соплом своего ресурса изготовление и его замена потребует значительно меньшие материальные затраты (роторный теплогенератор в подобном случае придется по сути изготавливать заново).

Пожалуй, самым главным недостатком статического теплогенератора является стоимость насоса. Однако себестоимость изготовления теплогенератора данной конструкции практически не отличается от роторного варианта, а если вспомнить о ресурсе обеих установок, то этот недостаток превратится в преимущество, ведь в случае замены кавитатора насос менять не нужно.

Таким образом, мы остановим свой выбор на теплогенераторе статической конструкции, тем более что насос у нас уже имеется и тратить деньги на его покупку, не придется.

Изготовление теплогенератора

Выбор насоса

Начнем с выбора насоса для теплогенератора. Для этого определимся с его рабочими параметрами. Будет этот насос циркуляционным или повышающим давление, принципиального значения не имеет. На фото рисунка 6 применен циркуляционный насос с сухим ротором Grundfos. Значение имеют рабочее давление, производительность насоса, максимально допустимая температура перекачиваемой жидкости.

Не все насосы могут применяться для перекачивания жидкости высокой температуры. И, если не придать значение этому параметру при выборе насоса, то срок его эксплуатации окажется значительно меньше, заявленного производителем.

От величины напора развиваемого насосом будет зависеть эффективность работы теплогенератора. Т.е. чем больше напор, тем больше перепад давления обеспечивается соплом. Как следствие, тем эффективнее происходит нагрев прокачиваемой через кавитатор жидкости. Однако не стоит гнаться за максимальными цифрами в технических характеристиках насосов. Уже при давлении в трубопроводе перед соплом равном 4 атм будет заметен рост температуры воды, хотя и не такой быстрый, как при давлении 12 атм.

Производительность насоса (объем перекачиваемой им жидкости) на эффективность нагрева воды фактически не оказывает влияния. Это связано с тем, что для обеспечения перепада давления в сопле мы делаем его сечение значительно меньше условного прохода трубопровода контура и патрубков насоса. Расход перекачиваемой через кавитатор жидкости не будет превышать 3…5 м3/ч, т.к. все насосы наибольший напор могут обеспечить только при наименьшем расходе.

Мощность рабочего насоса теплогенератора будет определять коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую. Подробнее о коэффициенте преобразования энергии и его расчете ниже.

При выборе насоса для своего теплогенератора мы отталкивались от опыта работы с установками «Warmbotruff» (этот теплогенератор описан в статье об экодоме). Мы знали, что в установленном нами теплогенераторе был применен насос WILO IL 40/170-5,5/2 (см. рис. 6). Это циркуляционный насос с сухим ротором типа Inline, мощностью 5,5 кВт, максимальным рабочим давлением 16 атм, обеспечивающий максимальный напор 41 м (т.е. обеспечивает перепад давления 4 атм). Подобные насосы выпускают и другие производители. Например, фирмой Grundfos выпускается аналог такого насоса - это модель TP 40-470/2.

Рисунок 6 - Рабочий насос теплогенератора «Warmbotruff 5,5A»

И все же, сравнив рабочие характеристики этого насоса с другими моделями, выпускаемыми этим же производителем, мы остановили свой выбор на центробежном многоступенчатом насосе высокого давления MVI 1608-06/PN 16. Этот насос обеспечивает более чем в два раза больший напор, при той же мощности двигателя, хотя и стоит почти на 300€ дороже.

Сейчас имеется прекрасная возможность сэкономить, используя китайский аналог. Ведь китайские производители насосов постоянно повышают качество подделок всемирно известных брендов и расширяют ассортимент. Стоимость китайских «грундфосов» зачастую меньше в несколько раз, при этом качество далеко не всегда во столько же раз хуже, а порой мало чем уступает.

Разработка и изготовление кавитатора

Что же собой представляет кавитатор? Существует огромное количество конструкций статических кавитаторов (в этом вы можете убедиться с помощью интернета), но практически во всех случаях они выполнены в виде сопла. Как правило, за основу берется сопло Лаваля и модифицируется конструктором. Классическое сопло Лаваля показано на рис. 7.

Первое на что стоит обратить внимание - это сечение канала между диффузором и конфузором .

Не стоит слишком сильно заужать его сечение, стараясь обеспечить максимальный перепад давления. Конечно при выходе воды из отверстия малого сечения и попадании ее в камеру расширения, будет достигаться наибольшая степень разрежения, а, следовательно, и более активная кавитация. Т.е. вода за один проход через сопло будет нагреваться на большую температуру. Однако объем перекачиваемой через сопло воды будет слишком мал, и, смешиваясь с холодной водой, она будет передавать ей недостаточное количество теплоты. Таким образом, общий объем воды будет нагреваться медленно. Кроме того малое сечение канала будет способствовать завоздушиванию воды поступающей во входной патрубок рабочего насоса. Вследствие этого насос будет работать более шумно и возможно возникновение кавитации в самом насосе, а это уже нежелательные явления. Почему это происходит, станет понятно, когда мы будем рассматривать конструкцию гидродинамического контура теплогенератора.

Наилучшие показатели достигаются при диаметре отверстия канала 8-15 мм. К тому же эффективность нагрева будет зависеть еще и от конфигурации камеры расширения сопла. Таким образом, мы переходим ко второму важному моменту в конструировании сопла - камере расширения.

Какой же из профилей выбрать? Тем более что это далеко не все возможные варианты профилей сопла. Поэтому, чтобы определится с конструкцией сопла, мы решили прибегнуть к математическому моделированию течения в них жидкости. Я приведу некоторые результаты моделирования сопел изображенных на рис. 8.

На рисунках видно, что указанные конструкции сопел позволяют проводить кавитационный нагрев жидкостей, прокачиваемых, через них. На них видно, что при протекании жидкости образуются зоны высокого и низкого давления, которые и обуславливают образование каверн и последующего ее схлопывания.

Как видно из рисунка 8 профиль сопла может быть самым разным. Вариант а) - это по сути классический профиль сопла Лаваля. Используя такой профиль, вы можете варьировать угол раскрытия камеры расширения?, тем самым меняя характеристики кавитатора. Обычно величина находится в пределах 12…30°. Как видно из эпюры скоростей рис. 9 такое сопло обеспечивает наибольшую скорость движения жидкости. Однако перепад давления сопло с таким профилем обеспечивает наименьший (см. рис. 10). Наибольшая турбулентность будет наблюдаться уже на выходе из сопла (см. рис.11).

Очевидно, что вариант б) будет более эффективно создавать разрежение при истечении жидкости из канала соединяющего камеру расширения с камерой сжатия (см. рис. 9). Скорость движения потока жидкости через данное сопло будет наименьшей, о чем свидетельствует эпюра скоростей изображенная на рис. 10. Турбулентность, возникающая вследствие прохождения жидкости через сопло второго варианта, на мой взгляд, наиболее оптимальная для нагрева воды. Возникновение вихря в потоке начинается уже на входе в промежуточный канал, а на выходе из сопла начинается вторая волна вихреобразования (см. рис.11). Однако в изготовлении такое сопло немного сложнее, т.к. придется вытачивать полусферу.

Сопло профиля в) - это упрощенный предыдущий вариант. Следовало ожидать, что два последних варианта будут обладать близкими характеристиками. Но эпюра изменения давления, изображенная на рис. 9 говорит о том, что перепад будет наибольшим из трех вариантов. Скорость движения потока жидкости будет выше, чем во втором варианте сопла и ниже, чем в первом (см. рис. 10). Турбулентность, возникающая при движении воды через это сопло, соизмерима со вторым вариантом, но образование вихря происходит по-иному (см. рис.11).

Я привел в качестве примера лишь наиболее простые в изготовлении профили сопел. Все три варианта можно использовать при конструировании теплогенератора и нельзя сказать, что какой-то из вариантов правильный, а другие нет. Вы можете сами поэкспериментировать с различными профилями сопел. Для этого необязательно сразу изготавливать их из металла и проводить реальный эксперимент. Это не всегда оправдано. Сначала можно провести анализ придуманного вами сопла в какой-либо из программ моделирующих движение жидкости. Для анализа изображенных выше сопел я использовал приложение COSMOSFloWorks. Упрощенная версия данного приложения входит в состав системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

В эксперименте по созданию своей модели теплогенератора мы применили комбинацию из простых сопел (см. рис. 12).

Существуют на много более изощренные конструкторские решения, но я не вижу смысла приводить их все. Если вас действительно заинтересует эта тема, вы всегда сможете найти другие конструкции кавитаторов в интернете.

Изготовление гидродинамического контура

После того как мы определились с конструкцией сопла переходим к следующему этапу: изготовлению гидродинамического контура. Для этого предварительно следует набросать схему контура. Мы сделали это очень просто, нарисовав схему на полу мелом (см. рис. 13)

1. Манометр на выходе из сопла(измеряет давление на выходе из сопла).
2. Термометр(измеряет температуру на входе в систему).
3. Кран для сброса воздуха(Удаляет воздушную пробку из системы).
4. Выходной патрубок с краном.
5. Гильза под термометр.
6. Входной парубок с краном.
7. Гильза под термометр на входе.
8. Манометр на входе в сопло(измеряет давление на входе в систему).

Теперь я опишу устройство контура. Он представляет собой трубопровод, вход которого соединен с выходным патрубком насоса, а выход - с входным. В этот трубопровод вваривается сопло 9 , патрубки для подключения манометров 8 (до и после сопла), гильзы для установки термометр 7,5 (мы не стали вваривать резьбы под гильзы, а просто вварили их), штуцер под вентиль для сброса воздуха 3 (мы применили обыкновенный шаркран, сгоны под регулирующий вентиль и штуцера для подключения отопительного контура.

На нарисованной мною схеме вода движется против часовой стрелки. Подача воды в контур осуществляется через нижний патрубок (шаркран с красным маховиком и обратным клапаном), а выдача воды из него, соответственно через верхний (шаркран с красным маховиком). Регулирование перепада давления осуществляется вентилем, который находится между входным и выходным патрубками. На фото рис. 13 он только изображен на схеме и не лежит рядом со своим обозначением, т.к. мы его уже накрутили на сгоны, предварительно намотав уплотнение (см. рис. 14).

Для изготовления контура мы взяли трубу Ду 50, т.к. присоединительные патрубки насоса имеют такой же диаметр. При этом входной и выходной патрубок контура, к которым подключается отопительный контур, мы изготовили из трубы Ду 20. То что у нас получилось в итоге вы можете увидеть на рис. 15.

На фото показан насос с двигателем 1 кВт. Впоследствии, мы заменили его на насос мощностью 5,5 кВт, описанный выше.

Вид, конечно, получился не самый эстетичный, но мы и не ставили перед собой такую задачу. Возможно, кто-то из читателей спросит, зачем такие размеры контура, ведь можно сделать его меньше? Мы предполагаем за счет длины трубы перед соплом несколько разогнать воду. Если вы покопаетесь в интернете, то наверняка найдете изображения и схемы первых моделей теплогенераторов. Практически все они работали без сопел. Эффект нагрева жидкости достигался за счет ее разгона до довольно больших скоростей. Для этого применялись цилиндры небольшой высоты стангенциальным входом и коаксиальным выходом.

Мы не стали для ускорения воды применять такой метод, а решили сделать свою конструкцию как можно более простой. Хотя у нас есть мысли о том, как ускорить жидкость при такой конструкции контура, но об этом позже.

На фото еще не вкрученманометр перед соплом и переходник с гильзой для термометра, который монтируется перед водомером(на тот момент он еще не был готов). Осталось установить недостающие элементы и приступать к следующему этапу.

Запуск теплогенератора

О том, как подключать электродвигатель насоса и радиатор отопления, думаю, нет смысла рассказывать. Хотя к вопросу подключения электродвигателя мы подошли не совсем стандартно. Поскольку в домашних условиях обычно используется однофазная сеть, а промышленные насосы выпускаются с трехфазным двигателем, мы решили применить частотный преобразователь ,рассчитанный на однофазную сеть. Это позволило, к тому же, поднять скорость вращения насоса выше 3000 об./мин. и в дальнейшем найти резонансную частоту вращения насоса.

Для параметрирования преобразователя частоты нам потребуется ноутбук с COM портом для параметрирования и управления частотным преобразователем. Сам преобразователь устанавливается в шкафу управления, где предусмотрен обогрев в зимних условиях эксплуатации и вентиляция для летних условий эксплуатации. Для вентиляции шкафа мы воспользовались стандартным вентилятором, а для обогрева шкафа используется нагреватель, мощностью 20 Вт.

Частотный преобразователь позволяет регулировать частоту насоса в широких пределах как ниже основной, так и выше основной. Поднимать частоту двигателя можно не выше 150%.

В нашем случае можно поднимать скорость вращения двигателя до 4500 об/мин.

Можно кратковременно поднимать частоту и выше до 200%, но это ведет к механической перегрузке двигателя и повышает вероятность его выхода из строя. Кроме того, с помощью частотного преобразователя осуществляется защита двигателя от перегрузки и короткого замыкания. Также частотный преобразователь позволяет производить запуск двигателя с заданным временем разгона, что ограничивает ускорение лопастей насоса при запуске и ограничивает пусковые токи двигателя. Смонтирован частотный преобразователь в настенном шкафу (см. рис. 16).

Все органы управления и элементы индикации выведены на лицевую панель шкафа управления. На лицевую панель (на прибор МТМ-РЭ-160) выведены параметры работы системы.

Прибор имеет возможность записи в течение суток показаний 6 различных каналов аналоговых сигналов. В данном случае, мы записываем показания температуры на входе системы, показания температуры на выходе системы и параметры давления на входе и выходе системы.

Задание на величину числа оборотов основного насоса ведется с помощью приборов МТМ-103 зеленая и желтые кнопки используются для запуска и остановки двигателей рабочего насоса теплогенератора и циркуляционного насоса. Циркуляционный насос мы планируем использовать для снижения потребления электроэнергии. Ведь, когда вода нагреется до установленной температуры, циркуляция все равно необходима.

При использовании преобразователя частоты Micromaster 440 , для параметрирования преобразователя можно использовать специальную программу Starter , установив ее на ноутбук (см рис. 18).

Вначале в программу заносятся исходные данные двигателя, написанные на шильдике(табличке с заводскими параметрами двигателя, прикрепленной к статору двигателя) К таким данным относятся

• Номинальная Мощность Р кВт,
• Номинальный ток I ном.,
• Косинус,
• Тип двигателя,
• Номинальная частота вращения N ном.

После этого запускается автоопределение двигателя и частотный преобразователь сам определяет необходимые параметры двигателя. После этого насос готов к работе.

Испытание теплогенератора

После того как установка подключена можно приступать к испытаниям. Запускаем электродвигатель насоса и, наблюдая показания манометров, устанавливаем необходимый перепад давления. Для этого в контуре предусмотрен вентиль, находящийся между входным и выходным патрубками. Поворачивая рукоятку вентиля, устанавливаем давление в трубопроводе после сопла в диапазоне 1,2…1,5 атм. В участке контура между входом сопла и выходом насоса оптимальным давлением будет диапазон 8…12 атм.

Насос смог нам обеспечить давление на входе в сопло 9,3 атм. Установив давление на выходе из сопла 1,2 атм, пустили воду по кругу (закрыли выходной вентиль) и засекли время. При движении воды по контуру мы зафиксировали рост температуры примерно 4°С в минуту. Таким образом через 10 минут мы уже нагрели воду с 21°С до 60°С. Объем контура с установленным насосом составил почти 15 л Потребляемую электроэнергию вычислили, измерив ток. Исходя из этих данных, мы можем вычислить коэффициент преобразования энергии.

КПЭ = (С*m*(Tк-Tн))/(3600000*(Qк-Qн));

• С - удельная теплоемкость воды, 4200 Дж/(кг*К);
• m - масса нагреваемой воды, кг;
• Tн - температура воды начальная, 294° К;
• Tк - температура воды конечная, 333° К;
• Qн - показания электросчетчика начальные, 0 кВт*ч;
• Qк - показания электросчетчика конечные, 0,5 кВт*ч.

Подставим данные в формулу и получим:

КПЭ = (4200*15*(333-294))/(3600000*(0,5-0)) = 1,365

Это значит, что потребляя 5 кВт*ч электроэнергии наш теплогенератор производит в 1,365 раз больше тепловой, а именно 6,825 кВт*ч. Таким образом мы можем смело утверждать о состоятельности данной идеи. В этой формуле не учитывается КПД двигателя, а значит, реальный коэффициент трансформации будет еще выше.

При расчете необходимой для обогрева нашего дома тепловой мощности исходим из общепринятой упрощенной формулы. Согласно этой формуле при стандартной высоте потолка (до 3 м), для нашего региона необходимо 1 кВт тепловой мощности на каждые 10 м2.Таким образом, для нашего дома площадью 10х10=100 м2 потребуется 10 кВт тепловой мощности. Т.е. одного теплогенератора мощностью 5,5 кВт для обогрева этого дома не хватает, но это только на первый взгляд. Если вы еще не забыли, то для обогрева помещения мы собираемся использовать систему «теплый пол», которая дает экономию до 30% затрачиваемой энергии. Из этого следует, что вырабатываемых теплогенератором 6,8 кВт тепловой энергии как раз должно хватить для обогрева дома. К тому же последующее подключение теплового насоса и гелиоколлектора позволит нам еще уменьшить затраты энергии.

Заключение

В заключении хотелось бы предложить для обсуждения одну спорную идею.

Я уже упоминал о том, что в первых теплогенераторах вода разгонялась за счет придания ей вращательного движения в специальных цилиндрах. Вы знаете, что мы таким путем не пошли. И все же для повышения КПД необходимо чтобы вода помимо поступательного движения приобретала еще и вращательное движение. При этом скорость движения воды заметно возрастает. Подобный прием используют на соревнованиях по скоростному выпиванию бутылки пива. Перед тем, как ее выпить, пиво в бутылке хорошенько раскручивают. И жидкость выливается через узкое горлышко гораздо быстрее. И у нас появилась идея, как можно попробовать это сделать, практически не меняя уже существующую конструкцию гидродинамического контура.

Для придания воде вращательного движения будем использовать статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором воду, пропускаемую через статор необходимо предварительно омагнитить . Для этого можно использовать соленоид или постоянный кольцевой магнит . О том, что получилось из этой затеи, сообщу позже, потому что сейчас, к сожалению, нет возможности заниматься экспериментами.

У нас так же есть идеи, как усовершенствовать наше сопло, но об этом тоже после экспериментов и патентования в случае удачного их исхода.

Для отопления частного дома и квартиры, часто используются автономные генераторы. Предлагаем рассмотреть, что такое индукционный вихревой теплогенератор, его принцип работы, как сделать устройство своими руками, а также чертежи приборов.

Описание генератора

Существуют разные виды вихревых тепрогенераторов, в основном различают их по форме. Ранее использовались только трубчатые модели, сейчас активно применяют круглые, ассиметричные или овальные. Нужно отметить, что это небольшое устройство может обеспечить полностью автономное отопление, а при правильном подходе еще и горячее водоснабжение.

Вихревой и гидровихревой теплогенератор, представляет собой механическое устройство, которое отделяет сжатый газ их горячих и холодных потоков. Воздух, выходящий из «горячего» конца, может достигать температуры 200 ° С, а из холодного доходить до -50. Нужно отметить, что главным преимуществом такого генератора является то, что это электрическое устройство не имеет движущихся частей, все стационарно закреплено. Трубы чаще всего изготовлены из нержавеющей легированной стали, которая отлично противостоит высоким температурам и внешним разрушающим факторам (давлению, коррозии, ударным нагрузкам).

Сжатый газ вдувают по касательной в вихревую камеру, после чего он ускоряется до высокой скорости вращения. В связи с коническим соплом на конце выходной трубы, только «входящая» часть сжатого газа допускается для движения в данном направлении. Остальная часть вынуждено возвращается во внутренний вихрь, который является меньшего диаметра, чем наружный.

Где используются вихревые теплогенераторы энергии:

1. В холодильных установках;
2. Для обеспечения отопления жилых зданий;
3. Для нагрева промышленных помещений;

Нужно учитывать, что вихревой газовый и гидравлический генератор имеет меньшую эффективность, чем традиционное оборудование для кондиционирования воздуха. Они широко используются для недорогого точечного охлаждения, когда доступен сжатый воздух из локальной сети обогрева.

Видео: изучение вихревых теплогенераторов

Принцип действия

Существуют различные объяснения причин возникновения вихревого эффекта вращения при полном отсутствии движения и магнитных полей.

В данном случае, газ выступает телом вращения, за счет быстрого перемещения внутри устройства. Такой принцип работы отличается от общепринятого стандарта, где отдельно идет холодный и горячий воздух, т.к. при совмещении потоков согласно законам физики образуется разное давление, которое в нашем случае вызывает вихревое движение газов.

Благодаря наличию центробежной силы, температура воздуха на выходе намного больше температуры её на входе, это позволяет использовать устройства, как для получения тепла, так и для эффективного охлаждения.

Существует еще одна теория принципа работы теплогенератора, за счет того, что оба вихря вращаются с одинаковой угловой скоростью и направлением, внутренний вихревой угол теряет свой угловой момент. Уменьшение момента передается кинетической энергии к внешнему вихрю, в результате чего образуются отрывные течения горячего и холодного газа. Такой принцип работы является полным аналогом эффекта Пельтье, в котором устройство использует электрическую энергию давления (напряжения) для перемещения тепла к одной стороне перехода разнородных металлов, в результате чего другая сторона охлаждается и потребляемая энергия возвращается к источнику.

Достоинства вихревого теплогенератора :

• Обеспечивает значительную (до 200 º С) разность температур между «холодным» и «горячим» газом, работает даже при низком входном давлении;
• Работает с эффективностью до 92%, не нуждается в принудительном охлаждении;
• Преобразует весь поток на входе в один охлаждающий. Благодаря чему практически исключена вероятность перегрева систем отопления
• Используется энергия, вырабатываемая в вихревой трубки единым потоком, что способствует эффективному нагреву природного газа при минимальных теплопотерях;
• Обеспечивает эффективное разделение вихревой температуры входного газа при атмосферном давлении и выходного газа при отрицательном давлении.

Такое альтернативное отопление при практически нулевой затрате вольт отлично нагревает помещение от 100 квадратных метров (в зависимости от модификации). Главные минусы : это высокая стоимость и редкое применение на практике.

Как сделать теплогенератор своими руками

Вихревые теплогенераторы – это очень сложные приспособления, на практике можно сделать автоматический ВТГ Потапова, схема которой подходит как для дома, так и для промышленных работ.

Так появился механический теплогенератор Потапова (КПД 93%), схема которого приведена на рисунке. Несмотря на то, что первым патент получил Николай Петраков, именно устройство Потапова пользуется особым успехом у домашних мастеров.

На данной схеме изображена конструкция вихрегенератора. Патрубок смешения 1 присоединен к напорному насосу фланцем, который в свою очередь подает жидкость с давлением от 4 до 6 атмосфер. Когда вода попадает в коллектор, на чертеже 2,образовывается вихрь, и она подается в специальную вихревую трубу (3), которая сконструирована так, что длина в 10 раз больше, чем диаметр. Вихрь воды передвигается по спиральной трубе у стенок к горячему патрубку. Этот конец заканчивается донышком 4, в центре которого есть специальное отверстие для выхода горячей воды.

Чтобы контролировать поток, перед донышком расположено специальное тормозящее приспособление, или выпрямитель потока воды 5, он представляет собой несколько рядов пластин, которые приварены к втулке по центру. Втулка соосна тубе 3. В тот момент, когда вода движется по трубе к выпрямителю по стенкам, в осевом участке образовывается противоточное течение. Здесь вода движется по направлению к штуцеру 6, который врезан в стенку улитки и трубе подачи жидкости. Здесь производитель установил еще один дисковый выпрямитель потока 7, чтобы контролировать течение холодной воды. Если из жидкости выходит тепло, то его направляет по специальному байпасу 8 к горячему концу 9, где вода смешивается с нагретой при помощи смесителя 5.

Непосредственно из патрубка горячей воды жидкость поступает в радиаторы, после чего делая «круг», возвращается к теплоносителю для повторного нагрева. Далее источник нагревает жидкость, насос повторяет круг.

По такой теории даже существуют модификации теплогенератора для серийного производства низкого давления. К сожалению, проекты хороши только на бумаге, реально их мало кто использует, особенно, если учитывать, что расчет осуществляется при помощи теоремы Вириала, которая обязана учитывать энергию Солнца (непостоянную величину), и центробежную силу в трубе.

Формула представляет собой следующее:

Епот = – 2 Екин

Где Екин =mV2/2 – это кинетическое движения Солнца;

Масса планеты – m, кг.

Бытовой теплогенератор вихревого типа для воды Потапова может иметь следующие технические характеристики:

Обзор цен

Несмотря на относительную простоту, чаще проще купить вихревые кавитационные теплогенераторы, чем самостоятельно собрать самодельный прибор. Продажа генераторов нового поколения осуществляется во многих крупных городах России, Украины, Беларуси и Казахстана.

Рассмотрим прайс-лист из открытых источников (мини-приборы будут дешевле), сколько стоит генератор Мустафаева, Болотова и Потапова:

Наиболее низкая цена на теплогенератор вихревой энергии марки Акойл, Вита, Гравитон, Муст, Евроальянс, Юсмар, НТК, в Ижевске, к примеру, около 700 000 рублей. При покупке обязательно проверяйте паспорт прибора и сертификаты качества.

С каждым годом подорожание отопления заставляет искать более дешевые способы обогрева жилой площади в холодную пору года. Особенно это относится к тем домам и квартирам, которые имеют большую квадратуру. Одним из таких способов экономии является вихревой . Он имеет массу преимуществ, а также позволяет экономить на создании. Простота конструкции не затруднит его сбор даже у новичков. Далее рассмотрим преимущества такого способа отопления, а также попытаемся составить план-схему по сбору теплогенератора своими руками.

Теплогенератор – это специальный прибор, основная цель которого вырабатывать тепло, путем сжигания, загружаемого в него, топлива. При этом вырабатывается тепло, которое затрачивается на обогрев теплоносителя, который уже в свою очередь непосредственно выполняет функцию обогрева жилой площади.

Первые теплогенераторы появились на рынке еще в 1856 году, благодаря изобретению британского физика Роберта Бунзена, который в ходе ряда проведенных опытов заметил, что вырабатываемое при горении тепло можно направлять в любое русло.

С тех пор генераторы, конечно же, модифицировались и способны обогревать гораздо больше площади, нежели это было 250 лет назад.

Принципиальным критерием, по которому генераторы отличаются друг от друга, является загружаемое топливо. В зависимости от этого выделяют следующие виды :

1. Дизельные теплогенераторы – вырабатывают тепло в результате сгорания дизельного топлива. Способны хорошо обогревать большие площади, но для дома их лучше не использовать в силу наличия выработки токсичных веществ, образуемых в результате сгорания топлива.
2. Газовые теплогенераторы – работают по принципу непрерывной подачи газа, сгорая в специальной камере который также вырабатывает тепло. Считается вполне экономичным вариантом, однако установка требует специального разрешения и соблюдения повышенной безопасности.
3. Генераторы, работающие на твердом топливе – по конструкции напоминают обычную угольную печь, где имеется камера сгорания, отсек для сажи и пепла, а также нагревательный элемент. Удобны для эксплуатации на открытой местности, поскольку их работа не зависит от погодных условий.
4. – их принцип работы основывается на процессе термической конверсии, при которой пузырьки, образуемые в жидкости, провоцируют смешанный поток фаз, увеличивающий вырабатываемое количество тепла.

Отопление дома, гаража, офиса, торговых площадей – вопрос, решать который надо сразу после того, как помещение построено. И не важно, какое время года на улице. Зима всё равно придёт. Так что побеспокоиться о том, чтобы внутри было тепло необходимо заранее. Тем, кто покупает квартиру в многоэтажном доме, волноваться не о чем – строители уже всё сделали. А вот тем, кто строит свой дом, оборудует гараж или отдельно стоящее небольшое здание, придётся выбирать, какую систему отопления устанавливать. И одним из решений будет вихревой теплогенератор.

Сепарация воздуха, иначе говоря, разделение его на холодную и горячую фракции в вихревой струе – явление, которое и легло в основу вихревого теплогенератора, было открыто около ста лет назад. И как это часто бывает, лет 50 никто не мог придумать, как его использовать. Так называемую вихревую трубу модернизировали самыми разными способами и пытались пристроить практически во все виды человеческой деятельности. Однако везде она уступала и по цене и по КПД уже имеющимся приборам. Пока русский учёный Меркулов не придумал запустить внутрь воду, не установил, что на выходе температура повышается в несколько раз и не назвал этот процесс кавитацией. Цена прибора уменьшилась не намного, а вот коэффициент полезного действия стал практически стопроцентным.

Принцип действия

Так что же такое эта загадочная и доступная кавитация? А ведь всё довольно просто. Во время прохождения через вихрь, в воде образуется множество пузырьков, которые в свою очередь лопаются, высвобождая некое количество энергии. Эта энергия и нагревает воду. Количество пузырьков подсчёту не поддаётся, а вот температуру воды вихревой кавитационный теплогенератор может повысить до 200 градусов. Не воспользоваться этим было бы глупо.

Два основных вида

Несмотря на то и дело появляющиеся сообщения о том, что кто-то где-то смастерил уникальный вихревой теплогенератор своими руками такой мощности, что можно отапливать целый город, в большинстве случаев это обычные газетные утки, не имеющие под собой никакой фактической основы. Когда-нибудь, возможно, это случиться, а пока принцип работы этого прибора можно использовать только двумя способами.

Роторный теплогенератор. Корпус центробежного насоса в этом случае будет выступать в качестве статора. В зависимости от мощности по всей поверхности ротора сверлят отверстия определённого диаметра. Именно за счёт их и появляются те самые пузырьки, разрушение которых и нагревает воду. Достоинство у такого теплогенератор только одно. Он намного производительнее. А вот недостатков существенно больше.

• Шумит такая установка очень сильно.
• Изношенность деталей повышенная.
• Требует частой замены уплотнителей и сальников.
• Слишком дорогое обслуживание.

Статический теплогенератор. В отличие от предыдущей версии, здесь ничего не вращается, а процесс кавитации происходит естественным путём. Работает только насос. И список достоинств и недостатков принимает резко противоположное направление.

• Прибор может работать при низком давлении.
• Разница температур на холодном и горячих концах довольно велика.
• Абсолютно безопасен, в каком бы месте не использовался.
• Быстрый нагрев.
• КПД 90 % и выше.
• Возможность использования, как для обогрева, так и для охлаждения.

Единственным недостатком статического ВТГ можно считать дороговизну оборудования и связанную с этим довольно долгую окупаемость.

Как собрать теплогенератор

При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.

И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:

• Сварочный аппарат.
• Шлифмашинка.
• Электродрель.
• Набор гаечных ключей.
• Набор свёрл.
• Металлический уголок.
• Болты и гайки.
• Толстая металлическая труба.
• Два патрубка с резьбой.
• Соединительные муфты.
• Электродвигатель.
• Центробежный насос.
• Жиклёр.

Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.

Устанавливаем двигатель

Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.

Подсоединяем насос

Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:

• В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
• На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
• Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
• По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
• Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
• Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
• К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.

Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.

Чуть прикрыв его, вы сможете повысить температуру и наоборот, открыв – понизить.

Усовершенствуем теплогенератор

Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.

Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.

Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.

Вихрегаситель

Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:

• Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
• Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
• Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.

Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.

Кавитационный теплогенератор – специальное устройство, в котором применяется эффект нагрева жидкости кавитационным способом. То есть это эффект, при котором образуются микроскопические пузырьки пара в областях локального уменьшения давления в воде. Это может наблюдаться во время вращения насосной крыльчатки или вследствие воздействия на воду звукового колебания. В результате этого жидкость нагревается, а это значит, что при помощи нее можно обогревать дом или квартиру.

На сегодняшний день кавитационный теплогенератор считается инновационным изобретением. Однако уже практически век тому назад ученые размышляли над тем, как можно использовать эффект кавитации. Впервые подобную установку собрал Джозеф Ранк в 1934 году. Именно он отметил, что входные и выходные температуры воздушных масс этой трубы отличаются. Советские ученые несколько усовершенствовали трубы Ранка, использовав для этой цели жидкость. Опыты показали, что установка позволяет быстро разогревать воду. Однако на тот период необходимость в такой установке была минимальна, ведь энергия стоила копейки. Сегодня же, вследствие удорожания электричества, нефти и газа, потребность в таких установках возрастает.

Виды

Кавитационный теплогенераторпо своему устройству может быть роторным, трубчатым или ультразвуковым:

• Роторные устройства представляют агрегаты, в которых используются центробежные насосы с измененной конструкцией. В качестве статора здесь применяется насосный корпус, куда устанавливается входная и выходная труба. Главным рабочим элементом здесь выступает камера, где размещается подвижный ротор, он работает по принципу колеса.

Роторная установка имеет сравнительно простую конструкцию, однако для эффективной ее работы необходим очень точный монтаж всех его элементов. В том числе здесь требуется точнейшее балансирование двигающегося цилиндра. Необходима плотная посадка роторного вала, а также тщательная выверка и замена пришедших в негодность материалов изоляции. КПД таких устройств не являются довольно большим. Они имеют не очень большой срок службы. К тому же такие агрегаты работают с выделением достаточно большого шума.

• Трубчатые тепловые генераторы осуществляют кавитационное нагревание благодаря продольному расположению трубок. При помощи помпы нагнетается давление во входящую камеру. В результате жидкость направляется через указанные трубки. На входе вследствие этого появляются пузырьки. Во второй камере устанавливается высокое давление. Пузырьки, которые при попадании во вторую камеру разрушаются, вследствие чего они отдают свою тепловую энергию. Эта энергия вместе с паром направляется на обогрев дома. Коэффициент полезного действия подобных конструкций может достигать высоких показателей.
• Ультразвуковые тепловые генераторы. Кавитация здесь образуется благодаря ультразвуковым волнам, которые создает установка. В результате такого принципа работы обеспечиваются минимальные потери энергии. Трения здесь практически нет, вследствие чего коэффициент полезного действия ультразвукового теплового генератора невероятно высок.

Устройство

Кавитационный теплогенераторимеет устройство в зависимости от принципа действия. Типичным и наиболее распространенным представителем роторных тепловых генераторов является центрифуга Григгса. В такой агрегат заливается вода, после чего запускается ось вращения при помощи . Главным достоинством такой конструкции является то, что привод нагревает жидкость, а также выступает в качестве насоса. Поверхность цилиндра имеет огромное количество неглубоких круглых отверстий, которые позволяют создать эффект турбулентности. Нагревание жидкости обеспечивается благодаря силам трения и кавитации.

Число отверстий в установке зависит от используемой роторной частоты вращения. Статор в тепловом генераторе выполнен в виде цилиндра, который запаян с двух концов, где непосредственно вращается ротор. Существующий зазор между статором и ротором равняется примерно 1,5 мм. Отверстия в роторе необходимы для того, чтобы в жидкости, трущейся о поверхности цилиндра, появлялись завихрения с целью создания кавитационных полостей.

В указанном зазоре также наблюдается и нагревание жидкости. Чтобы тепловой генератор эффективно работал, поперечный размер ротора должен составлять минимум 30 см. В то же время скорость его вращения должна достигать 3000 оборотов в минуту.

В ультразвуковых устройствах для создания эффекта кавитации используется кварцевая пластина. Она под воздействием электрического тока создает колебания звука. Эти звуковые колебания направляются на вход, вследствие чего устройство производит вибрации. На обратной фазе волны создаются участки разряжения, вследствие чего можно наблюдать кавитационные процессы, которые создают пузырьки.

Чтобы обеспечить максимальный коэффициент полезного действия, рабочая камера теплового генератора выполняется в виде резонатора, который настроен на ультразвуковую частоту. Образованные пузырьки моментально переносятся потоком через узкие трубки. Это необходимо, чтобы получить разряжение, так как пузырьки в тепловом генераторе могут быстро смыкаться, отдавая свою энергию обратно.

Принцип работы

Кавитационный теплогенератор позволяет создать процесс, во время которого в жидкости создаются пузырьки. Если рассматривать этот процесс, то он сравним с закипанием воды. Однако при кавитации наблюдается локальное падение давления, что и приводит к появлению пузырьков. В тепловом генераторе формируются вихревые потоки, вследствие них происходит кавитационный разрыв пузырьков, что приводит к нагреванию жидкости. Нагревание приводит к резкому снижению давления жидкости. Полученная энергия получается довольно дешевой, она отлично подходит для отопления помещений. В качестве теплоносителя можно использовать антифриз.

Для подобных установок обычно нужно примерно в 1,5 раза меньше электрической энергии, чем это необходимо для радиаторных и иных систем. При этом нагревание жидкости осуществляется в замкнутой системе. Работают такие агрегаты посредством преобразования одной энергии в другую. В итоге она превращается в тепловую.

Применение

Кавитационный теплогенераторв большинстве случаев применяется для нагревания воды, а также смешивания жидкостей. Поэтому подобные установки в большинстве случаев используются для:

• Отопления . Тепловой генератор преобразует механическую энергию движения воды в тепловую энергию, которую успешно можно использовать для обогрева зданий различного характера. Это могут быть небольшие частные постройки, в том числе крупные промышленные объекты. К примеру, на территории нашей страны на текущий момент можно насчитать минимум с десяток населенных пунктов, в которых централизованное отопление осуществляется не обычными котельными, а кавитационными установками.
• Нагревания проточной воды , которая применяется в быту. Тепловой генератор, который включен в сеть, может довольно быстро нагревать воду. В результате подобное оборудование с успехом можно применять для разогревания воды в бассейнах, автономном водопроводе, саунах, прачечных и тому подобное.
• Смешивания несмешиваемых жидкостей . Устройства кавитационного типа могут применяться в лабораториях, где имеется необходимость высококачественного смешивания жидкостей, имеющих разную плотность.

Как выбрать

Кавитационный теплогенератор может быть выполнен в нескольких исполнениях. Поэтому выбирать такое устройство для отопления своего дома нужно с учетом ряда параметров:

• Подбирать тепловой генератор необходимо, исходя из того, для какой площади необходимо отопление. Также следует учесть, какая погода наблюдается в зимний период. Важной характеристикой будет и теплоизоляция стен. То есть нужно выбирать устройство, которое будет обеспечивать необходимое количество тепла.
• Если Вы приобретаете стандартную установку, то желательно, чтобы она была оборудована приборами контроля выделяемой теплоты и датчиками защиты. Лучше сразу приобрести установку с автоматическим блоком контроля и управления. Поэтому кавитационную установку рекомендуется приобретать в комплексе с другим оборудованием с услугой установки под ключ. Специалисты сами подберут и выполнят расчеты по монтажу тепловой системы в вашем доме.
• Если Вы решили сэкономить и приобрести оборудование по отдельности, то здесь важно определиться с особенностями всех элементов системы. Насос должен иметь возможность работы с жидкостями, которые нагреты до высокой температуры. В противном случае система быстро придет в негодность и ее придется ремонтировать. К тому же насос должен обеспечивать давление от 4 атмосфер.
• Если Вы решили соорудить кавитационную установку самостоятельно, то здесь важно верно подобрать сечение канала камеры кавитации. Оно должно составлять порядка 8-15 мм. Перед созданием такой установки важно тщательно изучить действующие схемы подобных устройств. Кавитационный теплогенератор по своему виду будет напоминать насосную станцию, которой не нужна дымоотводная труба. При ее работе не выделяется угарный газ, грязь или копоть.