Tepelné generátory: vzduch, voda a vír

Obsah článku

• História tepelných generátorov
• Zariadenie a princíp činnosti generátora tepla
• Druhy tepelných generátorov
• Tepelný generátor Vortex – história
• Odkiaľ pochádza nadmerná tepelná energia vo vírivých generátoroch tepla
• Výrobcovia vírivých generátorov tepla a ich náklady

V tomto článku: História generátorov tepla princíp činnosti a zariadenie; typy generátorov tepla; výrobcovia a priemerné náklady na zdroje tepla; história generátora vírivého kavitačného tepla; princíp vírivého generátora tepla; výrobcovia kavitačných generátorov tepla v SNŠ.

V zimnej sezóne je potrebné umelé vykurovanie, v opačnom prípade si budú jeho obyvatelia osobne vychutnať všetky pôžitky z doby ľadovej. Ústredné kúrenie v bytových domoch, individuálne kúrenie v súkromných chatkách … ale čo veľké izby, napríklad predajné priestory a sklady? A na staveniskách alebo povedzme v autoservisoch, kde studený vzduch neustále zvonka tečie? Jediným spôsobom, ako vykurovať veľkú oblasť, je ohrev vzduchu postavený buď na tepelných pištoliach alebo na generátoroch tepla. Tento článok sa bude týkať generátorov tepla.

História tepelných generátorov

Vynález generátora konvekčného tepla priamo súvisí s vynálezom Roberta Bunsena, atmosférického horáka pomenovaného po ňom. Prvé generátory tepla uvedené na trh v roku 1856 anglickou spoločnosťou „Pettit and Smith“ boli vybavené atmosférickým horákom podobným horákom Bunsen, iba väčšej veľkosti..

Nemecký experimentálny chemik Robert Wilhelm Bunsen

V roku 1881 dostal Angličan Žigmund Leoni patent na nový typ generátorov tepla – plameň horáka v nich zahrieval azbestovú dosku, ktorá prenáša teplo do vzduchu. Následne bol azbest nahradený žiaruvzdornou hlinkou, dnes nahradenou odolnejšími žiaruvzdornými materiálmi.

Atmosférický horák a žiaruvzdorná doska nad ňou sú hlavnými prvkami pri návrhu každého moderného generátora tepla..

Zariadenie a princíp činnosti generátora tepla

Pokiaľ ide o ich úlohy, tepelné generátory sú podobné tepelným strelám – rozdiel je v tom, že tieto jednotky môžu byť iba stacionárne. Typická konštrukcia tepelného generátora: ventilátor (axiálny alebo odstredivý), nad ním spaľovacia komora, horák je zavedený do jeho spodnej časti, vzduchový výmenník tepla je umiestnený nad horákom. Horúce plyny vytvorené v spaľovacej komore sa privádzajú do výmenníka tepla a potom vedú do komína. Prietok vzduchu vháňaný ventilátorom sa zahrieva vo výmenníku tepla na 20-70 ° C, potom vstupuje do vykurovanej miestnosti alebo do systému vetrania potrubí..

V závislosti od výkonu ventilátorov inštalovaných v ich konštrukcii môžu generátory tepla vyvinúť výstupný statický tlak 100 – 2 000 Pa.

Z hľadiska tepelnej energie sa generátory tepla líšia dvoma typmi – do 350-400 kW (v jednom kryte) a do 1000 kW (pozostávajú z častí na výmenu tepla a vetranie).

V tepelných generátoroch určených pre vykurovacie systémy vzduchového potrubia sú výmenník tepla a spaľovacia komora vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, do ich návrhu sa navyše zavádza systém odvádzania kondenzátu..

Druhy tepelných generátorov

Hlavný rozdiel medzi existujúcimi modelmi generátorov tepla spočíva v tom, aký druh paliva sa v nich používa a aký druh chladiacej kvapaliny sa má zohrievať. Tepelné generátory môžu pracovať na tuhé palivo, plyn, motorovú naftu a môžu byť vybavené univerzálnym horákom. Nosič tepla vo vykurovacích systémoch, ktorý je vyhrievaný pomocou generátora tepla, môže byť voda aj vzduch..

Plynové tepelné generátorysú navrhnuté tak, aby do priestorov nepretržite dodávali teplý vzduch, sú inštalované vo zvislej polohe. V nich inštalovaný výmenník tepla odvádza podstatnú časť tepla z produktov spaľovania, čím sa znižuje prchavosť spalín – výfukové potrubie pre plynové generátory tepla musí byť vybavené ventilátorom. Ak konštrukcia tepelného generátora obsahuje uzavretú spaľovaciu komoru, v ktorej je umiestnený ventilátor, potom je pravdepodobnosť spätného ťahu minimálna – všetky produkty spaľovania budú odstránené komínom, preto sa takéto plynové tepelné generátory považujú za najbezpečnejšie. Vo väčšine prípadov je účinnosť plynových generátorov tepla 85-90%.

Pri výbere modelu plynového tepelného generátora je potrebné venovať osobitnú pozornosť jeho schopnosti pracovať pri zníženom tlaku plynu. Pri vykurovaní budovy na plynovom tepelnom generátore bez centrálneho zásobovania plynom bude obzvlášť výhodné nainštalovať plynovú nádrž s objemom 2 500 litrov alebo viac (požadovaný objem závisí od vykurovanej oblasti budovy)..

Dieselové tepelné generátory, palivo, na ktoré sa používa petrolej alebo motorová nafta, sú vhodné na vykurovanie priemyselných priestorov s významnou plochou. Sú vybavené buď dýzou, ktorá rozprašuje palivo spaľovacou komorou, alebo je palivo dodávané metódou odkvapkávania. Pri nepretržitej prevádzke sa tankujú dvakrát denne..

Na spaľovanie v tepelných generátoroch s univerzálnym horákom sa používajú naftové aj odpadové oleje, tuky rastlinného a živočíšneho pôvodu. Sú obzvlášť užitočné v podnikoch, kde je problém s likvidáciou tukov a odpadového oleja. Tepelný výkon generátora tepla, v ktorom sa spaľuje odpadový olej a tuky, však nepresiahne 200 kW, pri spaľovaní motorovej nafty sa dosiahne vyšší tepelný výkon. Bez ohľadu na druh použitého paliva potrebuje tento typ generátora tepla komín. Pri spaľovaní odpadového oleja je nevyhnutná tvorba trosky, ktorá sa musí odstraňovať každý deň – pre väčšie pohodlie sú potrebné dve spaľovacie nádrže, z ktorých jedna sa použije na výmenu druhej počas čistenia a na zníženie prestojov generátora tepla..

Tepelné generátory na tuhé palivomajú inú konštrukciu ako sú opísané vyššie – sú niečo medzi generátormi tepla na plyn / naftu a medzi konvenčnou pecou. Sú vybavené ventilátorom fúkajúcim vzduch cez výmenník tepla a dodávajúcim ho do vykurovaných miestností, majú roštové mreže a dvere na nakladanie paliva. Tepelné generátory na tuhé palivo spaľujú suché drevo, rašelinové brikety, uhlie a rôzne poľnohospodárske odpady. Takéto generátory tepla majú účinnosť rádovo 80 – 85%, čo je o niečo menej ako u generátorov pracujúcich na plynných a kvapalných palivách – 85 – 90%. Malo by sa tiež poznamenať, že veľké zdroje tepla na tuhé palivo a významný odpad vo forme nehorľavej časti paliva..

Výmenníky tepla v tepelných generátoroch môžu byť z liatiny alebo ocele: ich prvý typ je odolnejší voči korózii, ale skôr masívne, tepelné výmenníky druhého typu majú naopak menšiu hmotnosť, ale podliehajú korózii. Oba typy tepelných výmenníkov netolerujú dobre dopady, preto sa preprava a inštalácia generátorov tepla musí vykonávať s maximálnou starostlivosťou..

Výhody vzduchových tepelných generátorov sú vyššie v porovnaní s ohrevom vody, efektívnosťou a rýchlosťou vykurovania priestorov a pri práci s odpadovým olejom – úspora peňazí za palivo, nehovoriac o riešení problému zneškodňovania odpadu.

Priemerné náklady na 400 kW generátor tepla budú 90 000 RUB. Na ruskom trhu sú výrobcovia tepla spoločností „Master“ (USA), „Kroll“ (Nemecko), „Sial“ a „ITM“ (Taliansko), „Benson Heating“ (Anglicko), „FEG Konvektor GF“ (Maďarsko)..

Pri výbere vzduchového tepelného generátora by sa mali brať do úvahy tie modely, v ktorých je vzduch nepriamo zahrievaný, t. spaľovacia komora je úplne izolovaná od chladiva. V takom prípade je zaručené, že produkty spaľovania nebudú prenikať do vykurovacích kanálov vzduchu, nebude potrebné miešať vzduch zvonka so vzduchom vo vnútri areálu. Takéto generátory tepla však majú vyššiu cenu, hmotnosť a rozmery..

Tepelné generátory s funkciou zásobovania teplou vodou a kúrením dokážu úplne vyriešiť problémy s dodávkou tepla, väčšinou na pevné palivá..

Tepelný generátor Vortex – história

Tento typ zdrojov tepla si zaslúži osobitnú pozornosť, najmä kvôli odporu jeho prívržencov a odporcov..

V 20. rokoch minulého storočia, francúzsky Joseph Joseph Rank, ktorý vykonával výskum vo vzduchovej komore cyklónového zariadenia, zistil, že po vírení vo valcovej alebo kónickej komore sa plyny delia na dve frakcie – s vyššou teplotou na okrajoch a nižšou v strede. frakcia v strede sa na rozdiel od okraja otáča v opačnom smere. V roku 1934 získal Rank v Spojených štátoch patent na svoju „vírivku“.

Nemecký Robert Hilsch v 40. rokoch pokračoval vo výskume svojho francúzskeho kolegu a vďaka vylepšenému dizajnu dosiahol väčší rozdiel medzi teplotami dvoch prúdov vzduchu opúšťajúcich vortexovú trubicu Rank.

V 50-tych rokoch sovietsky vedec A. Merkulov uskutočnil niekoľko experimentov s vírovou trubicou Rank a rozhodol sa do nej pumpovať vodu namiesto plynu – teoreticky by nemal existovať teplotný rozdiel vo vode, ktorá bola poháňaná trubicou Rank, pretože na rozdiel od plynov nemôže byť voda stlačená. … Na rozdiel od očakávaní bol rozdvojený vírivý prúd vody ohrievaný a ochladený podobne ako plyny, čo zmätené profesorom Merkulovom – nemohol vysvetliť príčiny tohto javu..

Mimochodom, tvorca prvého vírivého generátora tepla sa často nazýva rakúsky samouk vynálezca Viktor Schauberger, známy pre saciu turbínu, ktorú postavil v roku 1921 a ktorý pracuje iba na vode …

Pred dvadsiatimi rokmi bol americký James Griggs, ktorého oblasť záujmu bola v oblasti vykurovania, prvým, kto sa rozhodol postaviť vodný generátor tepla založený na princípe Rankovho potrubia. James bol sklamaný z ohrievačov vody s vyhrievacími prvkami – soli vo vode vytvorili na vyhrievacích prvkoch šupiny, čo spôsobilo prehriatie cievky a zlyhanie vyhrievacích prvkov. Na základe skutočnosti, že vyhrievacie články majú účinnosť blízku 100% a elektrický motor otáčajúci sa generátorom tepla je približne 90 až 95%, James Griggs sa rozhodol kompenzovať vyššiu spotrebu energie tým, že nemusel vymeniť vyhrievacie prvky, ktoré vyhoreli z tvorby vodného kameňa. Griggsov výpočet spočíval v tom, že trenie spôsobilo, že sa voda zohriala. Americký inžinier sa ukázal ako správny – generátor tepla, ktorý vytvoril, skutočne ohrial vodu a jej vnútorná štruktúra nebola vystavená opotrebovaniu rôznymi nečistotami a soľami prítomnými vo vode. K extrémnemu prekvapeniu Jamesa však výpočet nákladov na energiu neodhalil plánovaných 10% energetických strát, ale v porovnaní s vykurovacími systémami s vykurovacími prvkami, 14% úspora! Po vykonaní experimentálnych skúšok v roku 1992 Griggs zistil, že na každý joul elektriny spotrebovanej na prevádzku generátora tepla vytvára ohrievač 1,5 joulu tepla. Po strávení ďalších dvoch rokov pokusom zistiť príčiny vzniku prebytočnej energie, a tak ich nezistiť, dostal James Griggs v roku 1994 v Spojených štátoch patent na generátor rotačnej kavitácie, ktorý vytvoril..

Odkiaľ pochádza nadmerná tepelná energia vo vírivých generátoroch tepla

Tepelný generátor Griggs je skonštruovaný takto: hliníkový rotor je umiestnený vo valcovom oceľovom kufri, otvory sú vyvŕtané pozdĺž povrchu ráfika; puzdro je uzavreté plochým oceľovým krytom, ktorý je k nemu pripevnený pomocou skrutiek. V plochých krytoch je na každom z nich vstup na prívod vody, pričom vstupy na oboch krytoch, namontované na protiľahlých stranách telesa, sú umiestnené na tej istej línii. Voda prichádzajúca z jednej strany do rotora ju obchádza pozdĺž ráfika a tečie z opačnej strany s vyššou teplotou, ako bola pôvodne.

Dôvod, prečo sa voda zohreje, je pravdepodobne spôsobený kavitáciou. Pri vstupe do rotora a vyplnení otvorov pozdĺž jeho okraja sa na nich voda drží, odstredivá sila však spôsobuje napínanie vody priľnutej k otvorom – ich kvapky sa z nich vylomia, ponáhľajú sa na steny krytu a narezajú sa do nich. Výsledná rázová vlna a zvyšujúci sa tlak „zrútia“ veľké množstvo bublín plynu a pár, čo v každej z nich spôsobí tlak stoviek tisícov atmosfér a teplotu vyššiu ako 106 ° C – nastane akustická kavitácia.

Teória opísaná vyššie je založená na fenoméne sonoluminiscencie, ktorý objavili v roku 1934 nemeckí vedci N. Frenzel a H. Schultes, ktorí pracujú na sonare pre ponorky. Zistili, že zvukové vlny spôsobujú expanziu a kontrakciu plynových bublín vo vode – pod vplyvom vibrácií a v čase s nimi sa veľkosť bublín mení z niekoľkých desiatok na niekoľko mikrónov, ich objem sa niekoľkokrát mení. Výsledkom je, že plyn obsiahnutý v bublinách je dostatočne horúci na to, aby roztavil oceľ a dokonca emitoval svetlo..

Výrobcovia vírivých generátorov tepla a ich náklady

Výroba vírivých tepelných generátorov pre trh CIS vykonáva niekoľko výrobcov, z ktorých každý má patent na model, ktorý vyrába na základe modelu vyvinutého technickými špecifikáciami – pre vírivé tepelné generátory neexistujú žiadne štátne normy. Ich výrobu vykonávajú spoločnosti „YUSMAR“ LLC (Moldavsko), ruská JE „Alternatívne energetické technológie a komunikácia“, „Noteka-S“ LLC, „Angstrem“, „ORBI“ LLC, „Kommash Plant“ OJSC a ďalšie. Za posledných 20 rokov dostali vynálezcovia vírivých generátorov tepla asi 50 patentov.

Náklady na vírivé generátory tepla s výkonom elektrického motora 55 kW / h budú v priemere 290 000 rubľov.