Кавитационный тепловой насос

Все плюсы и минусы кавитационного теплогенератора

В последнее время большое внимание уделяется альтернативным источникам энергии. Это связано не только и возможно даже не столько для того, чтобы улучшить экологическую обстановку на Земле, сколько с все возрастающими ценами на энергоносители. Хотя многие из потребителей и задумываются над тем, что современное поколение оставит после себя потомкам.

Так или иначе, но использование различных альтернативных источников становится все более популярным. Одним из приборов, работа которого основана на совершенно новом принципе получения энергии, является кавитационный теплогенератор. В последнее время производство таких агрегатов осваивают многие производители и они все в большем количестве появляются на отечественном рынке.

  1. Немного о данном генераторе
  2. Устройство и принцип работы
  3. Обзор популярных брендов

Что представляет собой агрегат

Этот прибор можно назвать вполне приемлемой заменой любого отопительного котла. В нем нагрев воды осуществляется за счет кавитации, в процессе которой в жидкости образуются свободные места, заполняемые пузырьками. Он возникает за счет снижения давления, происходящего в результате увеличения скорости прохождении акустической волны. Однако есть и другие объяснения происхождения. С физической точки зрения этот процесс можно сравнить с закипанием воды, но при этом отличием является тот факт, что падение давления является локальный.

Смотрим видео, сфера применения оборудования:

Сфера использования кавитационных генераторов сегодня не ограничивается только отоплением. Они применяются для очистки отложений внутри теплообменных аппаратов. Это проще и удобнее, чем механический или другой способы.

Обогрев и очистка воды в бассейнах также может осуществляться при помощи теплового насоса. Это происходит за счет кавитационного процесса, протекающего в процессе работы оборудования.

Популярны такие устройства и в промышленной отрасли. Здесь с использованием такой воды, изготавливают бетон, который отличается от произведенного обычным способом более качественными эксплуатационными характеристиками.

Конструктивные особенности оборудования

Что же представляет собой такой агрегат? Основным узлом в нем является кавитационный теплогенератор, выполненный в виде насоса, со специальным профилем проточной части. Проходя через него, вода нагревается. Происходит это за счет формирования вихревого потока. Возникая в нем, кавитационные разрывы приводят к нагреву жидкости. Причем роль теплоносителя может играть любой антифриз.

Смотрим видео, устройство генератора:

Нагрев приводит к изменению химического состава жидкости за счет резкого снижения ее давления. Выделяемая при этом энергия может использоваться для отопления и является достаточно дешевой.

Такие установки, как правило потребляют в 1,5 раза меньше энергии, чем радиаторные и другие системы. При этом нагрев жидкости в них происходит в замкнутом контуре при его прохождении через кавитатор.

Принцип работы таких устройств заключается в превращении одного вида энергии в другой. Она в свою очередь преобразуется в тепловую, причем разница между выделяемой и потребляемой достаточно существенная.

К достоинствам кавитационных теплогенераторов следует отнести возможность их монтажа без каких-либо разрешительных документов. Это связано с тем, что электроэнергия в них используется лишь для работы электродвигателя.

И хотя сегодня ни одна из существующих теорий не может полностью описать процессы, происходящие в кавитаторе, они все же, эксплуатируются по всему миру и причем довольно успешно. Что касается научных исследований в этой сфере, то они сводятся к фиксации особенностей работы тепловых установок такого типа.

Обзор популярных моделей

Не смотря на то, что пока еще процесс кавитации не совсем изучен, оборудование, работающее на его принципах, уже разрабатывается специалистами на многих предприятиях. Причем некоторые модели уже находятся в стадии подготовки к серийному выпуску. Они представляют собой электроустановки, которые используют для отопления и приготовления горячей воды.

Но есть и уже выпускаемые модели. В качестве примера можно рассмотреть кавитационный теплогенератор TC1. Это современный и высокоэффективный прибор, с широким спектром действия. Он может использоваться для систем отопления, вентилирования, приготовления горячей воды.

Прибор укомплектован стандартным двигателем на 3000 об/мин, питающимся от сети в 380 В. Он устанавливается на одной раме с активатором, отвечающим за преобразование механической энергии в тепловую.

Кавитационные теплогенераторы производятся в некоторых из стран СНГ. Причем у различных производителей они имеют свои названия.

Наиболее известны на постсоветском пространстве следующие компании:

  • ЮСМАР (Молдова);
  • ЮрЛе и Ко (Беларусь);
  • Текмаш (Украина);
  • Гравитон (Россия).

Но все же купить такой прибор еще довольно сложно, поэтому и цены на них завышены. Например, у бытового кавитационного теплогенератора мощностью до 50 кВт цена составляет в среднем 50-55 тысяч рублей.

Если рассматривать вихревые модели, то они являются более простыми в конструктивном плане, однако и эффективность у такого оборудования несколько ниже. Сегодня на рынке продукцию такого класса предлагает всего несколько компаний. Среди них роторный гидроударный насос марки Радекс выпускает НПП Новые технологии.

Электрогидроударные и гидроударные модели Торнадо и Vektorplus производят в белорусской компании Юрле-К. Купить их можно в дилерских центрах и магазинах в странах СНГ.

Аналогичное оборудование выпускается и некоторыми российскими заводами. В их линейку входят в основном агрегаты небольшой мощности. Из них самой малой является ВТГ – 2,2. Она способна обогревать здание объемом не более 90 м³. Принцип его работы идентичен аналогичным приборам. На ротор двигателя теплогенератора установлен шнек, через него проходит поток жидкости. После нагрева она подается в трубопровод отопления. Стоимость этой модели не превышает 34 тысяч рублей.

К аппаратам со средними показателями мощности относятся кавитационные теплогенераторы ВТГ – 30. Эта модель рассчитана на дома объемом до 1400 м³. Однако с ней в комплекте необходимо приобретать шкаф управления. В этом случае процесс нагрева жидкости будет полностью автоматизирован. Но и стоит такой прибор около 150 тысяч рублей.

Смотрим видео немного о вихревых теплогенераторах:

Ижевские производители выпускают кавитационные вихревые теплогенераторы ИТПО. Они комплектуются двигателем и цилиндрической насадкой. Работая в режиме насоса, агрегат нагнетает жидкость. Затем происходит создание вихревого потока, остановка которого возможна при помощи тормозного устройства. Именно на этом этапе и осуществляется нагрев теплоносителя.

Если верить заявлениям производителя, то КПД для этой модели может достигать 150%. Возможно именно этот показатель и привлекает к еще новому оборудованию большую аудиторию потребителей, желающих кавитационный теплогенератор купить для отопления собственного дома.

Обзор кавитационного генератора тепла и его самостоятельное изготовление

Кавитационный теплогенератор пользуется популярностью в качестве экономичного отопительного оборудования. Кавитация – специфический эффект с образованием микропузырьков пара в зонах локального снижения давления рабочей жидкости. Процесс предусматривает воздействие насосного агрегата или звуковых колебаний.

Конструктивные особенности и принцип работы

На основе кавитационного теплогенератора механическая энергия движения воды (рабочей жидкости) преобразуется в тепло, которое используется для обогрева помещений любого назначения. Кавитация подразумевает образование пузырьков в жидкости, в результате разрушения которых вырабатывается тепловая энергия.

Принцип работы кавитатора:

  • рабочий поток перемещается по устройству, в котором обеспечивается давление при помощи насоса,
  • далее с повышением скорости происходит локальное снижение давления субстанции,
  • в жидкости образуются свободные места, заполняемые пузырьками.

Впоследствии в центре камеры потоки перемешиваются, и происходит процесс кавитации: пузырьки схлопываются, в результате механическая энергия преобразуется в тепловой потенциал. Это объясняется тем, что при формировании вихревого потока кавитационные разрывы приводят к нагреву жидкой среды.

Возможности применения

Приборы кавитационного действия востребованы в различных отраслях, при этом в основном их применяют в качестве альтернативного вида отопительных установок для дома. Также оборудование находит применение и в других сферах:

  • обогрев и очистка воды в бассейнах,
  • очистка отложений внутри теплообменников,
  • в промышленности.

В последнем случае, к примеру, при изготовлении бетона с высокими эксплуатационными характеристиками.

Отопление

Кавитационный прибор способствует преобразованию механической энергии перемещающейся воды в тепловой потенциал, который направляется на обогрев различных по назначению и масштабу зданий, включая частные домовладения и промышленные комплексы.

Кавитационный теплогенератор может быть использован при отоплении

Автономное нагревание воды для бытовых нужд

Генератор кавитационного тепла способен в полной мере обеспечить хозяйство горячей водой, которая подается в кухню, санузел, баню. Также оборудование находит применение при подготовке воды в бассейнах, прачечных и саунах, используется в автономном водопроводе.

Применение кавитации тепла в производстве

Приборы актуальны при необходимости качественного смешивания субстанций с разными параметрами плотности и применяются в лабораториях, производственных цехах и других объектах промышленности.

Разновидности

Кавитационные устройства делятся на следующие виды:

  • роторные – вихревой кавитационный теплогенератор предусматривает видоизмененный центробежный насос, корпус которого представляет собой статор с входящей и выходящей трубой. Основной рабочий орган прибора – камера с подвижным ротором, который вращается по типу колеса,
  • статические – в приборе отсутствуют вращающиеся детали, для кавитации применяют конструкцию из сопел с мощным центробежным насосом,
  • трубчатые – в конструкции предусмотрены продольно расположенные трубки. КПД трубчатых теплогенераторов кавитации отличается высокими показателями,
  • ультразвуковые – эффект кавитации обеспечивается при помощи ультразвуковых волн.

Кавитационный теплогенератор вихревой

КПД ультразвукового оборудования невероятно высок.

Принцип работы роторных генераторов

Пожалуй, к самым продуктивным моделям относится конструкция Григгса, в которой ротор в форме диска располагает поверхностью с многочисленными глухими отверстиями определенного диаметра и глубины. Статор представлен в виде цилиндра с запаянными концами, в котором вращается ротор. Между роторным диском и стенками статора есть зазор величиной около 1,5 мм. В ячейках устройства обеспечивается возникновение завихрений для образования кавитационных полостей. Количество ячеек определяется частотой вращения ротора.

Как отмечают специалисты, для эффективности работы прибора применяется ротор с поперечным размером от 30 см со скоростью вращения 3 000 оборотов/мин. При меньшем диаметре требуется увеличить параметры оборотов.

Читайте также  Солнечный тепловой генератор

Особенности роторных теплогенераторов кавитационного действия:

  • присутствует значительный уровень шума,
  • КПД устройства не впечатляет,
  • непродолжительный срок службы,
  • показатели производительности на 25% выше, чем у статических моделей.

При эксплуатации роторной установки требуется отработка четкого действия всех элементов, в том числе и балансировка цилиндра. Также необходимо своевременно менять исчерпавшие свой потенциал изоляционные материалы для уплотнения вала.

Принцип работы статического теплогенератора

Кавитация предполагает высокую скорость перемещения рабочей жидкости при помощи мощного мотора центробежного типа. Так как dвыхода сопла значительно меньше, чем параметры противоположного конца, увеличивается скорость перемещения субстанции, и возникают кавитационные эффекты.

Статические кавитаторные приборы располагают массой преимуществ:

  • не требуется балансировка и точная подгонка деталей,
  • уплотнители изнашиваются меньше, чем в роторной модели, так как здесь отсутствуют подвижные детали,
  • продолжительность срока службы статического кавитатора около 5 лет, что значительно больше, чем у предыдущего варианта прибора.

При необходимости производится замена сопла, для чего понадобится относительно небольшой расход времени и сил, тогда как в случае с роторным прибором придется воссоздать его заново, если оборудование выйдет из строя.

Трубчатые тепловые генераторы: устройство и принцип работы

В этой модели кавитационное тепло вырабатывается благодаря продольному расположению трубок:

  • помпа способствует нагнетанию давления во входящую камеру, и рабочая субстанция направляется через трубки. При этом на входе образуются пузырьки,
  • при попадании во вторую камеру, где установлено высокое давление, пузырьки разрушаются, в процессе образуется тепловой потенциал.

Трубчатый тепловой генератор

Выработанная таким способом энергия направляется вместе с паром на отопление дома. Как утверждают производители трубчатых теплогенераторов кавитации, как и специалисты в сфере климатического оборудования, эта модель отличается высокими показателями КПД.

Особенности ультразвуковых генераторов кавитационного действия

В установке создаются ультразвуковые волны, благодаря которым образуется кавитационное тепло. Для этого применяется кварцевая пластина, на ее основе под воздействием электрического тока создаются звуковые колебания. Они направляются на вход, впоследствии чего образуется вибрация. На обратной фазе звуковых волн возникают участки разряжения и наблюдается эффект кавитации. Принцип работы ультразвукового кавитатора предполагает минимальные потери энергии и практическое отсутствие трения. Всем этим обуславливается исключительно высокий КПД ультразвукового оборудования.

Плюсы и минусы

Основным достоинством кавитационного теплогенератора считается экономичность работы отопительного устройства. Также среди плюсов отмечают следующие факторы:

  • высокий уровень производительности прибора,
  • возможность самостоятельного изготовления и монтажа,
  • оборудование можно установить без разрешительных документов.

Среди недостатков выделяют:

  • необходимо обустроить отдельное помещение под котельную,
  • достаточно высокий уровень шума при работе прибора.

Нельзя забывать, что оборудование занимает много места.

Критерии выбора

При выборе устройства кавитации учитывают следующие моменты:

  1. Важно подобрать конструкцию в соответствии с условиями эксплуатации. Следует учесть масштабы отапливаемого пространства, возможности теплоизоляции помещений, климатические особенности местности в межсезонье и зимой.
  2. Стоит решить вопросы комплектации при приобретении стандартного оборудования. В этом случае, желательно, чтобы изделие было укомплектовано датчиками защиты и приборами контроля тепла. Оптимальный вариант – приобретение техники с автоматическим блоком контроля и управления, также стоит заказать услугу «монтаж под ключ».
  3. В случае приобретения оборудования по отдельным элементам, необходимо четко знать все особенности каждого компонента системы.

Если планируется самостоятельное изготовление, важно тщательно изучить схемы и вооружиться рекомендациями специалистов, далее приступают к выбору модели.

Популярные модели

Отечественными производителями предлагаются модели кавитаторов гидроударного и электрогидроударного типа. Линейка включает в себя агрегаты небольшой мощности.

ВТГ-2.2

Оборудование представляет собой прибор малой мощности, который подходит для отопления сооружения объемом до 90 м³. Стоимость продукции варьируется в пределах 32-35 т. р.

ВГТ-30

Агрегат средней мощности, разработан для обогрева зданий объемом до 1400 м³. Требуется комплектация в виде шкафа управления. Цена изделия – около 150 000 р.

Продукция ижевских производителей, как заявляют поставщики кавитаторов, располагает КПД до 150%. Несмотря на высокий диапазон стоимости, модель привлекает внимание широкой аудитории потребителей.

Как изготовить кавитационные теплогенераторы своими руками?

Оборудование представляет собой простое устройство, что позволяет при необходимости самостоятельно изготовить конструкцию.

Необходимые инструменты и материалы:

  • манометры – для контроля давления на входе/выходе,
  • термометры – для измерения температуры рабочей жидкости при входе/выходе,
  • гильзы под термометры.

Также нужны патрубки с кранами – входные и для выхода.

Особенности выбора насоса

Параметры насоса должны соответствовать специфическим требованиям. Так, нужен агрегат с возможностью работы с высокотемпературными субстанциями. Также учитывается способность прибора создавать необходимое рабочее давление – при входе жидкости достаточно давления в 4 атмосферы, для увеличения скорости нагрева требуется показатель до 12 атмосфер.

Изготовление кавитационной камеры

В самодельных приборах кавитации чаще всего предусматривается вариант в виде сопла Лаваля. Выбирая размер сечения проходного канала, стоит учитывать, что требуется обеспечение максимального перепада давления рабочей субстанции. Для этого подбирают модель наименьшего диаметра, в результате получается достаточно активный процесс кавитации. Приемлемым считается d9-16 мм, при меньшем сечении уменьшается интенсивность водного потока, что приводит к смешиванию жидкости с холодными массами. Применение сопла с маленьким отверстием также чревато следующими последствиями:

  • увеличивается число воздушных пузырьков. В результате наблюдается усиление шума при работе оборудования,
  • есть риск образования пузырьков уже в камере насоса, что может стать причиной его быстрого выхода из строя.

В зависимости от параметров установки выбирают сопла цилиндрической формы, закругленного или конусного профиля. Главное – необходимо обеспечить образование вихревого процесса уже на начальном этапе входа рабочей субстанции в сопло.

Особенности изготовления водяного контура

При самостоятельном конструировании прибора предварительно выполняют схему: определяют протяженность контура, уточняют особенности модели и переносят все это мелом на пол.

Конструкция представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу камеры, далее рабочая среда снова подается на вход.Субстанцияв контур поступает по направлению против часовой стрелки. Контур снабжается двумя манометрами и парой гильз с термометрами. Модель дополняет вентиль для сбора воздуха. Для регулирования давления вентиль устанавливается между входом и выходом.

Испытание генератора

После установки оборудования и подключения радиаторов к системе отопления насосное устройство включают в сеть и запускают двигатель. При исправной работе конструкции подается необходимое количество воды. Показание манометров давления жидкой среды регулируют при помощи вентиля, учитывая, что требуется разница в диапазоне 8-12 атмосфер. После пуска рабочей жидкости наблюдают параметры температуры: корректным считается нагревание 3-5°C/10 минут. С учетом, что система и насос запитаны 15 л воды, за небольшой отрезок времени нагрев достигнет 60°C. Это хороший результат для эффективной работы отопительного оборудования.

Отопительное оборудование кавитационного типа – экономичный прибор, который способен обогреть помещение за короткий промежуток времени. Производители предлагают различные модели устройства, при необходимости несложно изготовить конструкции самостоятельно с учетом особенностей обустраиваемой площади.

Кавитационный теплогенератор: устройство, виды, применение

Для отопления помещений или нагрева жидкостей зачастую применяются классические приспособления – тэны, камеры сгорания, нити накаливания и т.д. Но наряду с ними применяются устройства с принципиально иным типом воздействия на теплоноситель. К таким устройствам относится кавитационный теплогенератор, работа которого заключается в формировании пузырьков газа, за счет которых и возникает выделение тепла.

Устройство и принцип работы

Принцип действия кавитационного теплогенератора заключается в эффекте нагрева за счет преобразования механической энергии в тепловую. Теперь более детально рассмотрим само кавитационное явление. При создании избыточного давления в жидкости возникают завихрения, из-за того, что давление жидкости больше чем у содержащегося в ней газа, молекулы газа выделяются в отдельные включения – схлопывание пузырьков. За счет разности давления вода стремиться сжать газовый пузырь, что аккумулирует на его поверхности большое количество энергии, а температура внутри достигает порядка 1000 — 1200ºС.

При переходе кавитационных полостей в зону нормального давления пузырьки разрушаются, и энергия от их разрушения выделяется в окружающее пространство. За счет чего происходит выделение тепловой энергии, а жидкость нагревается от вихревого потока. На этом принципе основана работа тепловых генераторов, далее рассмотрите принцип работы простейшего варианта кавитационного обогревателя.

Простейшая модель

Посмотрите на рисунок 1, здесь представлено устройство простейшего кавитационного теплогенератора, который заключается в нагнетании насосом воды к месту сужения трубопровода. При достижении водяным потоком сопла давление жидкости значительно возрастает и начинается образование кавитационных пузырьков. При выходе из сопла пузырьки выделяют тепловую мощность, а давление после прохождения сопла значительно снижается. На практике может устанавливаться несколько сопел или трубок для повышения эффективности.

Идеальный теплогенератор Потапова

Идеальным вариантом установки считается теплогенератор Потапова, который имеет вращающийся диск (1) установленный напротив стационарного (6). Подача холодной воды осуществляется с трубы расположенной внизу (4) кавитационной камеры (3), а отвод уже нагретой с верхней точки (5) той же камеры. Пример такого устройства приведен на рисунке 2 ниже:

Рис. 2: кавитационный теплогенератор Потапова

Но широкого распространения устройство не получило из-за отсутствия практического обоснования его работы.

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

  • Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
  • Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
  • Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.
Читайте также  Как подсоединить тепловой кабель?

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели вихревого теплогенератора. Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Применение

В промышленности и в быту кавитационные теплогенераторы нашли реализацию в самых различных сферах деятельности. В зависимости от поставленных задач они применяются для:

  • Отопления – внутри установок происходит преобразование механической энергии в тепловую, благодаря чему нагретая жидкость двигается по системе отопления. Следует отметить, что кавитационные теплогенераторы могут отапливать не только промышленные объекты, но и целые поселки.
  • Нагревание проточной воды – кавитационная установка способна быстро нагревать жидкость, за счет чего может легко заменять газовую или электрическую колонку.
  • Смешение жидких веществ – за счет разрежения в слоях с получением мелких полостей такие агрегаты позволяют добиться надлежащего качества перемешивания жидкостей, которые естественным образом не совмещаются из-за разной плотности.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.

К плюсам таких устройств следует отнести:

  • Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
  • Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
  • Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
  • Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.

К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:

  • Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
  • Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
  • Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м 2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

  • Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
  • 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
  • Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
  • Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
  • Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
  • Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
  • Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.

Видео в помощь

Узнаем все про кавитационные теплогенераторы

Разнообразные способы экономии энергии или получения дарового электричества сохраняют свою популярность. Благодаря развитию Интернета информация о всевозможных «чудо-изобретениях» становится все доступнее. Одна конструкция, потеряв популярность, сменяется другой.

Сегодня мы рассмотрим так называемый вихревой кавитационный генератор — устройство, изобретатели которого обещают нам высокоэффективный обогрев помещения, в котором оно установлено. Что это такое? Данное устройство использует эффект нагрева жидкости при кавитации — специфическом эффекте образования микропузырьков пара в зонах локального снижения давления в жидкости, происходящем либо при вращении крыльчатки насоса, либо при воздействии на жидкость звуковых колебаний. Если Вам когда-либо доводилось пользоваться ультразвуковой ванной, то Вы могли заметить, как ее содержимое ощутимо нагревается.

Реальность использования кавитации для нагревания

В Интернете распространены статьи о вихревых генераторах роторного типа, принцип действия которых состоит в создании областей кавитации при вращении в жидкости крыльчатки специфической формы. Жизнеспособно ли данное решение?

Начнем с теоретических выкладок. В данном случае мы расходуем электроэнергию на работу электродвигателя (средний КПД — 88%), полученную механическую энергию же частично тратим на трение в уплотнениях кавитационного насоса, частично — на нагрев жидкости вследствие кавитации. То есть в любом случае в тепло будет преобразована лишь часть потраченной электроэнергии. Но если вспомнить, что КПД обычного ТЭНа составляет от 95 до 97 процентов, становится понятным, что чуда не будет: гораздо более дорогой и сложный вихревой насос окажется менее эффективен, чем простая нихромовая спираль.

Можно возразить, что при использовании ТЭНов в систему отопления необходимо вводить дополнительные циркуляционные насосы, в то время как вихревой насос сможет сам перекачивать теплоноситель. Но, как ни странно, создатели насосов борются с возникновением кавитации, не только значительно снижающей эффективность работы насоса, но и вызывающей его эрозию. Следовательно, насос-теплогенератор не только должен быть мощнее специализированного перекачивающего насоса, но и потребует применения более совершенных материалов и технологий для обеспечения сравнимого ресурса.

Важным моментом является тот факт, что, увеличивая кавитацию, создаваемую ротором, мы увеличиваем нагрев жидкости и одновременно снижаем эффективность насоса. Реально работающий как нагреватель кавитатор уже практически не сможет перекачивать теплоноситель, а значит, точно так же, как и ТЭН, потребует применения отдельного циркуляционного насоса. При этом общая эффективность вихревого насоса все равно будет меньше КПД его привода.

Кроме роторно-вихревых насосов, можно встретить такое устройство, как статический теплогенератор («вихревая труба»). В нем используется эффект кавитации, возникающий при прохождении потока жидкости сквозь сопло Лаваля и соответствующем резком изменении скорости и давления. Но по ряду причин такое устройство неэффективно в системах отопления:

  • Чем больше перепад давлений, тем больше нагрев;
  • Для большего перепада давлений необходимо уменьшение диаметра сопла, а следовательно — увеличение гидродинамического сопротивления системы;
  • Следовательно, чем эффективнее работает сопло, тем больший запас мощности циркуляционного насоса потребуется.
Читайте также  Индивидуальные приборы учета тепловой энергии в квартире

Какой-либо расчет энергии, отбираемой кавитацией у потока жидкости, практически невозможен. Осознание низкой эффективности этой схемы настолько просто, что она не используется даже авторами «чудо-устройств».

Для оправдания заявляемого КПД выше единицы создатели вихревых кавитационных теплогенераторов зачастую приводят оправдания на грани комизма, вплоть до возникновения в зоне кавитации низкотемпературной ядерной реакции. Какое-либо доверие к этой технологии подобные заверения только снижают еще сильнее. Часто встречающиеся похвальные отзывы под статьями о подобных устройствах не выдерживают критики — каких-либо реальных данных, позволяющих провести расчет эффективности отопительных систем на основе вихревого насоса, они не предоставляют.

Распространенные устройства

Рассмотрим наиболее часто рекламируемые в Интернете вихревые насосы.

Выпускаемый НПП «ЭкоЭнергоМаш» насос НТГ-5,5 имеет следующие характеристики:

  • Мощность электродвигателя: 5,5 кВт
  • Теплопроизводительность: 6,6 кВт/ч

Здесь возникает первый вопрос к производителю: каким образом, в обход закона сохранения энергии, это устройство выделяет тепловой энергии больше, чем потребляет электрической? Точно такое же превышение тепловыделения над расходом энергии обещается и для других изделий этой фирмы.

Московская компания «Экотепло» выпускает несколько вариантов вихревого теплогенератора, наименее мощный из которых — это 55-киловаттный НТГ-055. Столь высокая мощность привода недвусмысленно указывает на реальную тепловую производительность устройств подобного класса, хотя производитель по-прежнему указывает в описании превосходство своих изделий над традиционными электрическими котлами.

В описании устройств, производимых НПО «Термовихрь», характеристики более завуалированы. Так, для трехкиловаттной модели вихревого теплогенератора заявленная теплопроизводительность составляет 3100 ккал/ч. Но, если вспомнить школьный курс физики, можно вычислить, что при стопроцентном преобразовании электрической энергии в тепловую 1 кВт*ч энергии равен 860 килокалориям, то есть идеальный вихревой насос с заявленной теплопроизводительностью потреблял бы 3,6 киловатт-часа электроэнергии. Следовательно, нам вновь предлагают устройство, часть тепловой энергии берущее из ниоткуда.

Информация от производителей таких устройств, репортаж телеканала Россия

Самодельные теплогенераторы

Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

  • Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
  • Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
  • Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.

Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:


E=cm(T2-T1)

Где с — это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m — ее масса, T2 — температура воды в конце работы насоса, Т1 — температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.

ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.

Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители

Заключение

По этой причине к их использованию стоит относиться скорее как к демонстрации интересного физического эффекта, чем как к реальному способу экономии электроэнергии.

Кавитационный теплогенератор. Устройство и работа. Применение

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 теплогенератор по 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 теплогенератор имеет 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 электрического двигателя. 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.