ТЕОРИЯ.
Нетрадиционный способ нагрева воды
тепловыми насосными установками

Использование электрической энергии в теплоснабжении всегда имело и имеет место как в бывшем СССР, так и в странах СНГ и Европы. На это указывают наличие предприятий-изготовителей электрокотлов, различных теплоэлектронагревателей (ТЭНов), бытовых электронагревательных приборов и достаточно высокий спрос на их продукцию. Такое положение можно объяснить тем. что электроэнергия как энергоноситель обладает особенно высоким потребительским эффектом, который в проводимых экономических обоснованиях и расчетах полностью не учитывается.

Для конкретного потребителя использование электроэнергии в теплоснабжении означает:

Выбирая систему теплоснабжения, работающую с использованием электроэнергии, потребитель всякий раз сопоставляет отмеченные выше плюсы со своими фактическими затратами и во многих случаях отдает предпочтение не котельным на газу, жидком или твердом топливе, а указанному оборудованию.

Среди установок децентрализованного теплоснабжения определенное место занимают гидродинамические теплогенераторы фирмы "ЮРЛЕ-К", обладающие рядом положительных качеств, таких, как удобство в эксплуатации, надежность и безопасность, экологическая чистота и отсутствие необходимости в значительных капитальных затратах на строительство и эксплуатацию. Необходимо отметить, что над созданием аналогичных по принципу получения тепла устройств уже немало лет занимаются ученые и изобретатели многих стран мира: России, Украины, Молдовы, Японии, Австрии, США и др. При этом опубликованные результаты испытаний этих устройств дают много пищи для размышлений - практически во всех случаях фиксируется превышение получаемой тепловой энергии над потребляемой для их привода электрической энергией. С другой стороны, отсутствуют четкие, неоспоримые объяснения этого загадочного, противоречащего, на здравый взгляд, фундаментальным законам физики явления.

Очень кратко опишем конструктивные особенности тепловых насосных установок фирмы "ЮРЛЕ-К" и поясним те процессы, которые протекают при преобразовании кинетической энергии жидкости в тепловую.

В настоящее время нами совместно с ОАО "Завод Промбурвод" освоен выпуск 2-х типов установок: на базе консольных электронасосов КМ с торцовым уплотнением и на базе погружных электродвигателей, элементы которых выполнены из материалов, позволяющих работать в условиях горячей воды - до 80 ° С.

Первый тип установок представляет собой аппарат, в котором кинетическая энергия жидкости (например, воды), приводимой в движение насосом, превращается в тепловую энергию. Этот процесс интенсифицируется с помощью специального устройства, которое мы называем гидродинамическим теплогенератором, представляющим собой вихревую трубу. Приводом насоса служит электродвигатель, вместо которого может быть и любой другой механизм (например, ветроустановка или двигатель внутреннего сгорания). При включенном электродвигателе насос постоянно прокачивает жидкость по замкнутому контуру через теплогенератор. В теплогенераторе, представляющем собой вихревую трубу, при интенсивном вращении воды возникает гидродинамическая кавитация, сопровождающаяся многими физическими и химическими процессами, такими, как высокое давление и температура в зоне всхлопывающихся кавитационных пузырьков, сонолюминесценция, разложение молекулы воды H2O на атомы H2 и O2 с последующим объединением (сгоранием) и многими другими явлениями.

Опыт работы и испытания гидродинамического теплогенератора показывают, что генерация избыточного тепла в нем происходит лишь тогда, когда в вихревой трубе интенсивно идет кавитация, усиливаемая резонансными звуковыми колебаниями столба воды в ней. Все это достигаетcя правильным расчетом параметров вихревой трубы. Работающая установка в системе отопления или горячего водоснабжения одновременно выполняет роль циркуляционного насоса.

Изучение имеющихся в нашем распоряжении научных статей и информационных материалов по аналогичным устройствам позволяет предположить, что избыточное тепло, вырабатываемое в наших установках, является результатом не простой диссипации кинетической энергии, а очень сложных процессов, связанных с особенностями и загадками вихревого потока, поведением воды при ее активации за счет создания условий для зарождения и протекания кавитации, химических процессов как самой воды и продуктов ее разложения, так и растворенных в ней веществ и нерастворимых примесей.

Обобщая изложенное выше, можно утверждать следующее:

Все перечисленные признаки, способствующие возможности производства избыточной энергии, присутствуют в созданных нами установках: обеспечена высокая плотность энергии в небольшом объеме (замкнутый контур); как минимум два физических явления наложены друг на друга - вихрь и кавитация; идет активное разложение H2O на H2 и O2, протекают химические реакции с растворенными в воде веществами; активируется вода за счет поднятия ее температуры выше 60°С, когда масса всех свободных молекул воды, не объединенных в ассоциаты, оказывается больше массы всех льдоподобных ассоциатов, т.е. разрушаются жесткие водородные связи.

В 1999 году по заданию ГНТП "Энергосбережение" ИТМО НАН Республики Беларусь провел исследования и испытания нашей установки с гидродинамическим теплогенератором, результаты которых изложены в журнале "Энергоэффективность", N7, 1999 г. Методика испытаний определялась ИТМО и была приближена к лабораторным исследованиям, т.е. определение коэффициента преобразования энергии в ГТГ сводилось к измерению количества нагретой воды за определенный промежуток времени или до заполнения определенного объема, разности температур воды холодной (на входе в ГТГ) и нагретой (на выходе из него) и количества электроэнергии, потребленной за это время электродвигателем насоса. Количество выработанного тепла определялось по известной формуле Q=cm(t2 - t1). Результаты испытаний показали, что в 3-х контрольных замерах коэффициент преобразования, без учета тепловых потерь в окружающую среду, составил: 0,975; 1,05 и 1,15.

Эти испытания дали возможность ходатайствовать перед Комитетом по энергоэффективности о выведении тепловых насосных установок из понятия "электронагреватели", так как в них не происходит непосредственное превращение электрической энергии в тепловую, а сначала электроэнергия, используемая для их привода, превращается в кинетическую энергию потока жидкости, а затем последняя преобразуется в тепловую энергию.

Рассмотрев материалы Комитета по энергоэффективности, Министерство экономики Республики Беларусь приняло Постановление N 23 от 8 февраля 2000 г. об отнесении уровня тарифа на электрическую энергию, потребляемую для электропривода установок фирмы "ЮРЛЕ-К", к установленному Декларацией для промышленных потребителей*. До принятия последнего постановления нам приходилось постоянно доказывать представителям Энергонадзора правомочность существования нетрадиционного способа нагрева жидкости. Сегодня эти вопросы сняты, и мы заняли определенную нишу в эффективном энергосбережении.

В процессе выживания на рынке новых технологий мы не только занимались внедрением тепловых установок, но и вели их постоянное усовершенствование. В результате этих работ, основанных на изучении многих зарубежных изобретений и испытаний собственных конструкций, в 1999-2000 гг. была создана совместно о ОАО "Завод Промбурвод" новая тепловая установка на базе электродвигателя погружного насоса, в которой, на наш взгляд, не только присутствуют признаки, необходимые для создания условий выработки избыточного тепла, но и значительно улучшены эксплуатационные характеристики.

Второй тип установок представляет собой аппарат, в вертикальном цилиндрическом корпусе которого расположен погружной электродвигатель с рабочим колесом на валу, неподвижный статор, необходимая для подсоединения к системе отопления или ГВС запорная арматура.

Включенный в электросеть электродвигатель вращает рабочее колесо в виде ротора с отверстиями, при пересечении которых с аналогичными отверстиями и промежутками между ними расположенного соосно неподвижного статора, создается изменяющееся, пульсирующее давление в зоне контакта, а также постоянное давление на выходе из напорного штуцера. Наличие пульсирующего давления приводит к образованию кавитационных пузырьков и их захлопыванию, кроме того, этот процесс усиливается за счет резонансных звуковых колебаний, определяемых частотой вращения и количеством отверстий в рабочем колесе и статоре. При этом жидкость не только прокачивается от всасывающего штуцера к напорному, но и многократно циркулирует по замкнутому контуру в верхней части корпуса. Многократное вращение жидкости по замкнутому контуру позволяет постоянно приращивать температуру. Постоянное давление в напорном штуцере обеспечивает циркуляцию жидкости в системе отопления и ГВС.

Испытания тепловых насосных установок роторного типа показали их высокую эффективность и хорошие эксплуатационные характеристики: значительно снизились шум и вибрация по сравнению с установками первого типа, нет необходимости в применении каких-либо уплотнений, небольшие габаритные размеры, минимум обслуживания, удобство при монтаже.

ОДО "ЮРЛЕ-К" существует с июня 1993 года. За эти годы введены в эксплуатацию более 140 объектов, на которых работают более 380 единиц различного типа тепловых установок.

ОАО "Завод Промбурвод" выпускает тепловые установки с 1999 года на основании Лицензионного соглашения и в общей сложности поставил нашим заказчикам более 130 единиц оборудования.

Между OДO "ЮРЛЕ-К" и ОАО "Завод Промбурвод" за годы совместной деятельности сложились деловые, партнерские отношения с высокой ответственностью по выполнению своих обязательств, и, мы надеемся, что усилиями обеих сторон будет создаваться надежная, эффективная, энергосберегающая техника.

 

*В настоящее время электроэнергия, потребляемая установками, оплачивается по п.6.1 Декларации об уровне тарифов на электрическую энергию