用于產生加熱建筑物和建筑的熱量的方法以及一種連續空化熱發生器的制作方法

專利名稱：用于產生加熱建筑物和建筑的熱量的方法以及一種連續空化熱發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱能工程，也就是獲得熱量的方法，其發生不同于燃料燃燒，且可以用于自主地加熱建筑物(building)以及各種用途的建筑(construction)，用于加熱工業和家庭用水。
背景技術：
1.用于產生加熱建筑物和建筑的熱量的方法。
加熱流體的方法是已知的，其中熱量通過在主流體流中噴射反向流的動作獲得，或者通過在流體路徑中設置機械障礙物獲得，或者通過使用具有有限體積的熱載體的間歇運轉熱發生器獲得，或者在增加用于加熱流體的輸入能的同時減少熱載體的體積獲得，或者通過在主流中增加重水獲得。
與權利要求的方法最類似的方法，是通過流體加熱裝置——專利RU 2045715 C1，F25 B29/00，10.10.1995，Bul.No.28和UA 47535C2，F24.J3/00，Bul.No.7.描述的熱發生器獲取熱量的方法。
在這種方法中，任何純凈水(例如，技術水)在可以使初壓力增加到0.6Mpa的泵的幫助下輸送到專利RU 2045715 C1，F25 B29/00描述的熱發生器的輸入端，且使用5.5千瓦的輸出泵在封閉的回路中將初始溫度18-20℃總質量200kg的水加熱到70℃的溫度。在專利中沒有描述熱發生器的熱生產率，描述的效率沒有考慮室外空氣溫度，以及通過此裝置和此方法加熱的房屋壁的厚度和材料，以及描述了在封閉回路中間歇的流體加熱率，差異是每分鐘1.5℃。
通過專利UA 47535 C2，F24J3/00，15.07.2002，Bul.No.7描述的同種裝置獲取熱量的方法，提出了關于通過在熱發生器中用于獲取熱量的水溫的時間間隔的改變和改進以及熱生產率增加的提供來獲取熱量的方法的問題。
提出的問題可以通過說明給出的實例得到解決，其中水初始加熱到63-70℃的溫度可以借助于具有相同性能數據的電加熱單元或熱發生器實現。然后，類似熱發生器的工作回路充滿了加熱的水，且在封閉循環運行完后，可以獲得每分鐘0.8℃的加熱溫度，直到水的沸點。在給出的另一個實例中，可以將電動機容量增加到11千瓦，即兩倍多，且熱發生器的工作回路充滿溫度63℃以上相同質量為100kg的水。而且還是如專利UA 47535 C2，15.07.2002，Bul.No.7所述，熱發生器工作效率水平為2。
因此，專利中提出的問題毫無疑問地在其第一部分被證實，即在溫度63℃以上，水加熱的強度增加了，且一直持續到沸點，但是在提出的問題的另一部分，在進行熱生產效率的實際計算時沒有考慮用于將水加熱到63℃以上的溫度的初始能量輸入。
相對于以前的專利UA 47535 C2，15.07.2002，Bul.No.7，當使用更大功率的泵以及減少水的質量兩倍時，裝置效率增加了。因此，已經證實，在封閉回路中工作流體加熱強度首先取決于在裝置中每時間單元的流循環速度的增加，即空化(cavitational)和振動波過程的增強。
目前所使用的方法的缺點是倘若泵輸出沒有增加，工作流體體積增加的情況下，熱產生效率不夠，以及將工作溫度70℃的熱載體(水)頻繁間歇地輸送到房屋的熱水加熱系統，在那里，其散發了一部分熱量，且在65-67℃的溫度下返回到熱發生器入口，且因此導致泵的頻繁啟動，即過大的能量輸入，輸送泵的磨損，以及不可能在加熱系統中相當長時間保持熱載體的溫度。以及也不可能在需要過熱水溫的工藝操作領域使用該方法和該裝置。
2.流體加熱裝置是已知的，其包括設有工作流體輸入端和輸出端的熱發生器，連接到熱發生器入口的泵，流加速器，以及與回流管連接的設有位于熱發生器出口的閘結構的管狀部分。(UA 7205 A，F25B29/00，30.06.1995，Bul.No.2；RU 2045715 C1，F25B29/00，10.10.1995，Bul.No.28；UA 22003 A，30.04.1998，Bul.No.2)。
目前所使用的裝置的工作原理是基于利用不同的工作流體壓力以及利用在流體流中產生且導致其溫度增加的空化作用。
實用發明的最類似的類似物是用作流體加熱的裝置，包括設有工作流體輸入端和輸出端的熱發生器，連接到熱發生器入口的泵，流加速器，供給管和回流管，與回流管連接的設有位于熱發生器出口的閘結構的管狀部分，注射管，順序單向的蛋形管，設有圓柱形通道的圓柱形端口的套管，圓錐形流體分離器。(UA 22003 A，F25B29/00，30.04.1998，Bul.No.2)目前所使用的方法的缺點是在增加工作流體體積的條件下熱產生效率不夠，在工作流體中出現的熱擴散過程的低速度，因此限制了裝置的性能。

發明內容
本發明的主要部分是關于熱量獲取方法的問題，其提供了熱量獲取效率的增加，倘若能量輸入沒有增加，熱載體總質量增加的話，以及借助于該裝置同時將熱載體輸送到消費者(consumer)，并借助于一個熱發生器實現加熱的方法是可能的。
提出的問題可以通過將正常條件下沸點為114℃，溶液中含量7％的乙二醇(乙硫醇)HOCH2-CH2OH輸送到用于熱載體的密閉罐36內的水中獲得解決。罐36內的熱載體總體積包括用于充滿加熱系統和熱交換器44必需的體積，以及等于加熱系統體積的0.7倍的附加的水體積，且如圖9用點劃線——第一水位所示。
除了工作流體沸點溫度增加的可能外，倘若在加速器和熱發生器的槽形空間內針對給出的介質可將流速度增加到超音速的話，在水中乙二醇的出現會導致空氣對水相位的連續性，以及在出現故障情況和熱發生器關閉的情況下提供了加熱系統更連續的不會結凍的狀態。
熱量獲取效率增加的方法的目的的實現是通過使用補充裝置產生，它是由不銹鋼制成的管39，其上端通到熱載體罐36的空氣罩空間(air hood space)，且下端浸沒到泵35的進氣歧管34，且在較低的部分具有沿管周長均勻分布的垂直孔53，但是在高度上不會超過泵35的進氣歧管34的邊界。利用這個裝置可通過將相應數量的空氣與工作流體流一起抽入到熱發生器系統中，由于流體流浸透了初始的空化空氣水珠以及局部水壓的降低，從而提供了增強熱交換的可能性，這樣依次改變傳熱速率，在這種條件下在熱發生器內可以增加到20％，且使工作流體的沸點大大提高了5％-直到120℃。
因此，熱量獲取方法中提出的問題獲得了解決，使其獲取效率增加以及在大氣壓力不變的情況下使工作流體沸點增加。
提出的問題的第二部分提供了一種方法，由于此方法，同時將熱載體輸送到消費者且借助于相同熱發生器實現加熱是可能的。
提出的問題通過這個事實獲得了解決，該事實是工作流體罐36有一層具有對應于必需的計算的低的傳熱比熱的材料，且在不考慮長時間熱載體溫度降低的情況下，使其控制被加熱的熱載體的溫度。工作流體罐36通過下列方式體現，它具有由低傳熱系數的材料制成的隔板37形成的兩個部分，且在較低的部分通過用于工作流體的通道38相互連接，且還通過罐空氣罩空間36內的隔板37連接在一起，從而使罐區域的壓力平衡且保持罐內工作流體的水位相等成為可能。兩個部分的出現使更加積極地加熱在熱發生器所在區域的工作流體，以及防止用于大量熱載體的熱擴散的連續過程成為可能。在另一部分，具有較低溫度的工作流體被注入，其與比例為抽出的工作流體質量的體積的0.002的空氣一起通過泵35的進氣歧管34抽出，其通過泵的進氣歧管從通道38將水輸送到熱發生器。熱發生器10與工作流體罐36通過排放線路21和回流管45與加熱系統(或熱水輸送系統)連接在一起，排放線路21和回流管45通過凸緣進入到工作流體的罐空氣罩空間區，但是不會接觸流體的表面。罐還安裝有用于讀取工作流體溫度示數，以及用于通過正常關閉的電液閥41檢查和操縱控制調節裝置組件49的熱電偶40。工作流體罐36還安裝有用于向系統補給工作流體的活栓51，如果需要的話，或者為了連續將水輸送到罐中，它可以用于與供水系統的連接。提供了位于罐較低部分的活栓52，其用作工作流體從罐中流出。為了使系統與中心主線獨立，且用于緊急情況關掉，提供了必要容量的柴油機發生器裝置54，其連接到泵和控制調節裝置組件49上。系統還安裝有用于轉變系統工作模式42以及使工作流體從加熱系統和熱交換器44手動泄出的手動操作旋塞。為了防止管道系統內的水壓沖擊，提供了安置在活栓41，42后的用于水壓沖擊阻尼的罐43。回流管安裝有連接到控制調節裝置組件49的熱電偶46，且使其可以讀取回流管內的溫度示數以及通過控制調節裝置組件管理正常關閉的電液閥工作47。控制調節裝置組件49操作自動模式下的所有系統模塊。
作為本發明的主要部分，也提出了改進加熱流體裝置的問題，其中，其結構的改變以及用新的附件對其的補充提供了大量熱能的產生，熱擴散作用的增強以及用于加熱相當大地體積的工作流體以及工作流體同時輸送到供給管的空化熱發生器操作的連續性。
提出的問題通過這個事實獲得解決，該事實是根據本發明，設有工作流體入口和出口，泵，供給管和回流管的連續運轉空化熱發生器，還包括工作流體加速器(圖2)，其連接到泵35和用于流體輸送的連接套管33，包括至少三個具有不同直徑的通道的相繼連接的歧管，這些歧管通過具有圓錐形斜面改變主流體流方向的凸緣27和與歧管通道26切向設置的噴出加速通道29相互連接。工作流體加速器還安裝有設有徑向分布的孔的靜止穴24，31，其可以產生校準的(calibrated)空化泡沫流，泡沫流進入流槽形區，目的是空化泡沫的分解以及二級流的產生。工作流體加速器還安裝有槽形噴射器23和增加工作流壓力的腔1，其具有與熱發生器的中心管2的通道切向設置的槽形噴射加速通道(圖1)。熱發生器的中心管2與它的中心部分7連接，其包括產生校準空化泡沫流的徑向設置的孔4的靜止穴3，且具有位于槽形流區的徑向通道5。靜止穴3還包括空化拉瓦爾噴管6，其提供了主流體流瞬間的變窄和加寬，以及導致分解的空化泡沫的二級流的形成。
連續運轉空化熱發生器還包括設有圓錐形分離器的主流體流的分配凸緣10，11，其在壓力下均勻地分流工作流體通過槽形切向引導的通道12，23，進入靠在熱發生器的中心管12中心設置的熱發生器的出口裝置通道14，該通道至少是五個，以及加熱系統的供給管21，或者將熱水輸送給消費者。出口裝置14安裝有產生校準空化泡沫流的分散狀設置的孔16的靜止穴15，位于裝置體19中的環形通道17，以及分解空化泡沫的空化拉瓦爾噴管18。出口裝置19還安裝有與裝置軸以及從熱發生器的中心管2伸出的導向旁道(sideway)成45°傾斜角的熱發生器的噴管出口20。


附圖呈現了連續空穴熱發生器及其單元的示意性略圖，以及描述了根據本發明權利要求方法的實在化的示意圖(圖9)。
具體實施例方式
1.體現同時將熱載體輸送到消費者并借助于相同的熱發生器實現加熱的方法的系統運行如下。
如前面提到的，用初始溫度5℃以上的必需數量的工作流體36充滿罐后，在沒有控制調節裝置組件49的參與下開啟泵35，且借助于熱發生器加熱工作流體直到90℃的溫度，熱電偶40控制加熱過程。在工作流體達到90℃的溫度后，平穩地打開手動控制閥42，且工作流體進入設有熱交換器44的加熱回路中，熱發生器開啟，且同時打開旋塞48，51。熱電偶46讀取在回流管45內的熱發生器的示數。在工作流體充滿加熱系統后，關閉閥42，48，51，關掉泵且熱載體工作溫度在加熱系統的供給和回流管內的控制調節裝置上顯示。關閉電液閥41的上限溫度可以設置，其可以低于罐36內的工作流體溫度90℃，例如為80℃，以及同時關掉泵35的溫度，打開電液閥47的溫度可以設置，例如60℃，以及自動開啟用于啟動熱發生器工作的泵35的溫度。90℃的溫度也可設置用作電液閥41的打開。然后，泵和熱發生器自動開啟。當罐內的工作流體溫度水平為90℃時，閥41和47打開，且熱發生器給水加壓使其進入系統中，且同時繼續加熱罐內的工作流體。當回流管內的溫度水平為80℃時，閥41，47自動關閉，泵關掉，直到系統冷卻到60℃，于是閥47打開，且泵自動開啟以及熱發生器開啟，將水在適當的加熱后通過打開的閥41輸送到系統中。提升需要加熱的溫度必需的時間是不重要的，因為在60℃的溫度下從回流管45進入的水物質如果與罐內溫度不會低于80℃的水物質相比是不重要的，因此它將被加熱到比63℃更高的溫度，而且如專利UA 47535 C2，F24J3/00所證明的，會出現工作流體加熱速率的突然增大。在將罐中的工作流體加熱到90℃的溫度后，系統進入自動工作模式，且整個循環按照相同的規律重復操作，同時熱發生器工作時間將取決于加熱系統設置的溫度參數，且熱發生器的開啟頻率將自動地取決于影響被加熱房屋的溫度條件的環境溫度。
因此，同時將熱載體輸送到消費者且借助于該一個熱發生器實現加熱的方法可以實現。
泵容量參數的改變，用于工作流體罐的總體積的增加或降低及其部分的比例，其是變量，以及根據所述方法的熱發生器的相繼連接對本領域技術人員是顯而易見的，且不可用作關于給出的發明的改進方法的理由。
2.與所述的裝置安裝在一起的連續空穴熱發生器運行如下。
流體(水)流借助于泵35以7m/sec的速度進入加速器(圖2)的歧管通道32中，然后進入靜止穴31的圓錐形部分，在那里，其打漩且獲得9m/sec的速度。在此速度下，流體流進入直徑比歧管通道32小2.4倍的靜止穴31的內通道中，且同時流體流速度增加到14m/sec。因此，靜止穴的內通道是不能進入到達其圓錐形末端，主流又打漩且獲得回行運動，且同時由于渦流以及由于流的動能轉變成熱能而產生熱量，空化泡沫開始的首次過程發生了。而且，在兩排徑向的孔中，其是相同尺寸的校準空化泡沫的均勻流的發生器，主流突然改變了它的運動方向，且同時再次釋放熱能，以24m/sec的速度進入流槽形區，且進入歧管的徑向通道30，在那里，空化泡沫破裂的主動過程發生了，伴隨著能量釋放，且累積的流速度局部增加到700m/sec，且飽和流的首次泡沫分解具有更小的直徑20-25×10-6m。同時，在由靜止穴31的外直徑-dC和歧管30的內直徑-D形成的槽形間隙中，流壓縮系數根據公式確定VIN·D2＝V·(D2-d2C)，由此，dcD=1-VINV=1-724=0.84]]>其中，VIN——通過泵施加的初始流體流速度；V——在進入槽形間隙時通過其獲得的流體流速度； ——空氣對水混合流的連續(壓縮)系數。
水珠的空氣對水物質產生了，其可以壓縮(與流體對立)，空氣體積含量為0.8，可以導致附加的振動波和超聲波流動的產生。空氣對水物質的聲速可以根據伍德公式計算a≈Pα·(1-α)·Pf]]>
其中P——在空氣對水混合物的壓力α——空氣體積含量；Pf——流體體積厚度。
因此，α＝0.8，α·(1-α)＝0.16，且用于所給出的介質的音速為25m/sec。
為了通過超聲振動波和振動氣穴現象的產生進一步激活熱量的累積過程，在泡沫破裂過程中直徑為20-25mkm的泡沫結束時，需要超聲波的流體速度以形成空氣對水混合物，這可以在槽形間隙以及位于靜止穴31末端的空化拉瓦爾噴管中獲得，其提供了主流體流瞬間的變窄和加寬。此外，主流體流進入歧管30的壓力增加的通道的流動部分，在那里，在沒有累積流的形成下微泡沫的完全點破裂(complete spot collapse)發生了，且因此流體被強烈加熱。
此外，主流體流進入歧管的圓錐形通道28，在那里，它的速度再次增加到5m/sec，且在直徑等于歧管通道32的0.5倍的歧管的圓柱形通道28中，在那里，它的速度增加到9m/sec，且由于在與歧管通道26切向設置的噴出加速通道29上的凸緣27的導向圓錐形斜面，流運動方向發生突然改變，且同時主流體流速度增加到14m/sec。當通過歧管通道時，流打漩且導致熱能釋放。此外，主流體流進入歧管的圓錐形通道25，在那里，流再次獲得9m/sec的速度，且進入靜止穴24的內通道，在那里，發生了相同的物理現象，因為當流通過靜止穴31時伴隨著熱能釋放。此外，當通過歧管28，改變流運動方向的凸緣、通道25，26以及歧管22的和靜止穴24時，主流體流的溫度會相繼增加。
加速器出口(圖2)安裝了設有孔的槽形排出器23，當通過它們時，主流獲得加速度且形成空化泡沫，其在更高壓力的腔(1)內破裂且釋放熱能。雖然槽形噴出加速通道與歧管通道2切向設置，但是主流體流以9m/sec的速度進入熱發生器中心歧管的通道2，然后打漩且釋放熱能。當通過靜止穴3和產生泡沫的孔，徑向通道5以及拉瓦爾噴管6時，熱能也被釋放且流進入歧管的圓錐形通道8，在那里，流再次打漩且釋放熱能。當主流體流進入設有圓錐形分離器的分配凸緣10時，主流被分成進入槽形切向引導通道12，13以及進入出口裝置14的流動通道的流，其至少是5個，且也會進入加熱系統的供給管21的流動通道，或將熱水輸送到消費者且獲得8m/sec的速度。
(圖4，5)示出了用于北半球和南半球的槽形通道進入部(entering)12，13相對歧管14，21的布置，北半球和南半球與陸地磁場對水的感應相關聯，水是抗磁性的，且在主流體流的螺旋運動下具有磁化系數χ＝-13.0·106，為了增加主流的速度，主流體流的方向與不同半球內陸地磁場強度矢量的作用方向是相同的。此外，在出口裝置14內打漩的流體流受到科里奧利力的影響，其將外面的流體層轉向到與它的相對速度垂直的方向，且對導致熱能釋放的歧管通道壁14施加壓力。
槽形通道的橫截面區域13取決于被輸送到供給管21的熱載體的體積，且是個變量，因此它可以調節熱載體輸送率。
然后，流體流進入靜止穴15的內流動通道，通過徑向通道16，位于歧管體19內設有環形通道17的槽形流區和空化拉瓦爾噴管18，且同時發生相同的物理過程和釋放熱能，當流體流通過靜止穴的加速器(圖2)以及熱發生器的中心歧管2時。當流體流通過與歧管軸成45°傾角的歧管19的噴管出口20時，如果與設有一個工作流體噴管出口的熱發生器的結構相比，額外的熱能釋放且熱擴散過程的總面積增加5倍多(作為最小值)。
因此，提出的關于通過結構改變以及用新裝置對其補充來改進裝置的問題提供了空化發生器可產生用于加熱相當大體積的流體的熱能并連續將流體同時輸送給供給管。
改變加速器元件的數量以及相對熱發生器中心歧管同心設置的工作流體出口裝置的數量，或改變供給管通道的橫截面積對本領域技術人員是顯而已見的，且不能成為關于本發明的用于改進裝置的基礎。
工業實用性根據本發明，連續運轉空化熱發生器以及根據權利要求的獲得熱量的方法，可以在農業，工藝操作過程領域用作建筑物以及不同用途的建筑的自動加熱，或用于能源產生。
權利要求
1.一種用于產生加熱建筑物和建筑的熱量的方法，其通過形成漩渦水流以及在出現聲波動和沖擊波動的流中在諧振增強處提供其流動的空化模式進行，不同的是，將總量為水體的7％的乙二醇加入到水中，且工作流體流充滿了相當于水體體積的0.002的空氣，通過改變用于流體輸送的罐的結構以及改變熱發生器的結構，可以實現同時輸送工作流體以及對其加熱的方法。
2.連續空化熱發生器，其設有工作流體入口和出口，連接到熱發生器入口的泵，流體運動加速器，供給管和回流管，單向圓錐形歧管，圓錐形流體分流器，不同的是，空化熱發生器還包括工作流體加速器(圖2)，其包括至少三個具有流動通道的不同直徑的相繼連接的歧管，且通過具有圓錐形斜面和噴出加速通道(29)的凸緣(27)改變主流體流運動方向而相互連接，包括設有用于產生校準的空化泡沫流的徑向分布的孔(4，16)的內側靜止穴(24，31)，和空化拉瓦爾噴管(6，18)，增加壓力的流體腔(1)和設在熱發生器中央(7)和出口裝置(19)中的靜止穴(3，15)，其至少為五個，同時進入熱發生器出口凸緣(19)和供給管歧管(21)的主流體流的分配凸緣(10)。
全文摘要
一種用于加熱建筑物和建筑以及用于連續操作根據本發明的空化熱發生器(10)所要求的方法，不同的是，通過改變用于流體輸送的罐的結構以及通過改變熱發生器的結構，也通過將數量為7％的工作流體(水)質量的乙烯乙二醇加入到工作流體(水)中，且用等于水團體積的0.002的空氣充滿工作流體流，大量的熱量可以產生，用于加熱相當大的流體體積，且同時將工作流體輸送到發生器，并實現其加熱。
文檔編號F24H1/18GK1918440SQ200480042007
公開日2007年2月21日 申請日期2004年3月31日 優先權日2003年12月31日
發明者安納托利·瓦倫丁諾維奇·柯尼延柯 申請人:安納托利·瓦倫丁諾維奇·柯尼延柯