Теплогенераторы для водяного отопления

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.

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.

Чтобы обеспечить экономное отопление жилого, подсобного или производственного помещения, хозяева используют различные схемы и приемы получения тепловой энергии. Для того чтобы собрать теплогенератор кавитационного действия своими руками, следует разобраться в процессах, которые позволяют осуществить выработку тепла.

Что лежит в основе работы

Кавитация обозначает процесс образования парообразных пузырьков в толще воды, чему способствует медленное понижение водяного давления при большой скорости потока. Возникновение каверн или полостей, заполненных паром, может быть вызвано и прохождением акустической волны или излучением лазерного импульса. Замкнутые области воздуха, или кавитационные пустоты, перемещаются водой в область высокого давления, где происходит процесс их схлопывания с излучением волны ударной силы. Явление кавитации не может возникнуть при отсутствии указанных условий.

Физический процесс кавитационного явления сродни закипанию жидкости, но при кипении давление воды и пара в пузырьках является средним по значению и одинаковым. При кавитации давление в жидкости выше среднего и выше парового давления. Понижение же напора носит локальный характер.

При создании нужных условий молекулы газа, которые всегда присутствуют в толще воды, начинают выделяться внутрь образующихся пузырьков. Этот явление проходит интенсивно, так как температура газа внутри полости достигает до 1200ºС из-за постоянного расширения и сжимания пузырьков. Газ в кавитационных полостях содержит большее число молекул кислорода и при взаимодействии с инертными материалами корпуса и других деталей теплогенератора приводит к их скорой коррозии и разрушению.

Исследования показывают, что разрушительному действию агрессивного кислорода подвергаются даже инертные к этому газу материалы – золото и серебро. Кроме того, явление схлопывания воздушных полостей вызывает достаточно шума, что является нежелательной проблемой.

Многие энтузиасты сделали процесс кавитации полезным для создания отопительных теплогенераторов частного дома. Суть системы заключена в замкнутом корпусе, в котором продвигается водяная струя через кавитационное устройство, для получения давления используется обыкновенный насос. В России на первое изобретение отопительной установки был выдан патент в 2013 году. Процесс образования разрыва пузырьков происходит под действием переменного электрического поля. При этом паровые полости являются маленькими по размеру и не взаимодействуют с электродами. Они передвигаются в толщу жидкости, и там происходит вскрытие с выделением дополнительной энергии в теле водяного потока.

Виды теплогенераторов

Роторный генератор тепла

Такое устройство представляет собой видоизмененный насос центробежного действия. В таком устройстве роль статора исполняет корпус насоса, в него установлена входящая и выходящая труба. Основным рабочим органом является камера, внутрь которой помещен подвижный ротор, работающий по типу колеса.

За время создания кавитационных насосов конструкция ротора претерпела много изменений, но самой продуктивной считается модель Григгса, который одним из первых достиг положительных результатов в создании теплогенератора кавитационного действия. В таком устройстве ротор выполнен в форме диска, на поверхности которого предусмотрены многочисленные отверстия. Они глухие, с определенным диаметром и глубиной. Количество ячеек зависит от частоты электрического тока и, следственно, вращения ротора.

Статор в теплогенераторе представляет собой цилиндр, запаянный с обоих концов, в котором вращается ротор. Зазор между диском ротора и стенками статора составляет около 1,5 мм.

Ячейки ротора нужны чтобы в толще струи жидкости, которая постоянно трется о поверхности подвижного и статического цилиндра, возникали завихрения для образования кавитационных полостей. В этом же зазоре и происходит нагрев жидкости. Для эффективной работы теплогенератора поперечный размер ротора должен быть не менее 30 см, при этом определяется скорость вращения 3000 оборотов за минуту. Если сделать ротор меньшего диаметра, тогда следует увеличить число оборотов.

При всей кажущейся простоте отработка четкого действия всех частей роторного теплогенератора требуется довольно точная, включая балансировку подвижного цилиндра. Нужно уплотнение роторного вала с постоянной заменой вышедших из строя изоляционных материалов.

Коэффициент полезного действия подобных генераторов не является впечатляющим, работа сопровождается шумовым эффектом. Срок их службы непродолжителен, хотя они работают на 25% производительнее статических моделей теплогенераторов.

Статический генераторный насос

Наименование статического теплогенератора оборудование получило условно, что связано с отсутствием деталей вращательного действия. Чтобы создать кавитационные процессы в жидкости применяют конструкцию из сопел.

Воссоздание явления кавитации требует обеспечения высокой скорости перемещения воды, для чего применяют мощный насос центробежного принципа. Насос придает повышенное давление потоку воды, которая устремляется во входное отверстие сопла. Выходной диаметр сопла гораздо уже предыдущего и жидкость получает дополнительную энергию движения, скорость ее увеличивается. На выходе из сопла из-за быстрого расширения воды получаются кавитационные эффекты с образованием полостей газа внутри тела жидкости. Прогревание воды происходит по тому же принципу, что и в роторной модели, только эффективность несколько снижена.

Теплогенераторы статического действия имеют ряд преимуществ перед роторными моделями:

• конструкция статорного прибора не требует принципиально точной балансировки и подгонки деталей ;
• механическая подготовительная операция не требует четкой шлифовки;
• из-за отсутствия подвижных деталей гораздо меньше изнашиваются уплотнительные материалы;
• эксплуатация оборудования более длительная, до 5 лет;
• в условиях прихода в негодность сопла, его замена потребует меньше затрат, чем в роторном варианте теплогенератора, который нужно воссоздать заново.

Технология работы теплогенератора отопления

Насос повышает давление воды и подает его в рабочую камеру, патрубок которой соединен с ним при помощи фланца.

В рабочем корпусе вода должна получить увеличенную скорость и давление, что осуществляется при помощи труб различного диаметра, сужающихся по ходу потока. В центре рабочей камеры происходит смешение нескольких напорных потоков, приводящее к явлению кавитации.

Чтобы можно было контролировать скоростные характеристики водного потока, на выходе и ходе рабочей полости устанавливают тормозные устройства.

Вода передвигается к патрубку в противоположном конце камеры, откуда поступает в возвратном направлении для повторного использования при помощи насоса циркуляционного действия. Нагрев и получение тепла происходит за счет движения и резкого расширения жидкости на выходе из узкого отверстия сопла.

Положительные и отрицательные свойства теплогенераторов

Кавитационные насосы относят к простым устройствам. В них происходит преобразование механической двигательной энергии воды в тепловую, которая расходуется на отопление помещения. Прежде чем построить кавитационный агрегат своими руками следует отметить плюсы и минусы такой установки. К положительным характеристикам относят:

• эффективное образование тепловой энергии;
• экономный в работе за счет отсутствия топлива как такового;
• доступный вариант приобретения и изготовления своими руками.

Теплогенераторы имеют недостатки:

• шумная работа насоса и явления кавитации;
• материалы для производства не всегда достать просто;
• использует приличную мощность для помещения в 60– 80 м2;
• занимает много полезного пространства комнаты.

Изготовление теплогенератора своими руками

Список деталей и приспособлений для создания генератора тепла:

• для измерения давления на входе и выходе из рабочей камеры нужны два манометра;
• термометр измерения температуры входной и вытекающей жидкости;
• вентиль для удаления воздушных пробок из системы отопления;
• входной и выходной патрубки с кранами;
• гильзы под термометры.

Выбор насоса циркуляционного действия

Для этого нужно определиться с требуемыми параметрами устройства. Первой характеристикой является возможность работы насоса с высокотемпературными жидкостями. Если пренебречь таким условием, то насос быстро выйдет из строя.

Далее нужно выбрать рабочее давление, которое может создавать насос.

Для теплогенератора достаточно, чтобы при входе жидкости сообщалось давление в 4 атмосферы, можно поднять такой показатель до 12 атмосфер, что увеличит скорость нагрева жидкости.

Производительность насоса существенного влияния на скорость нагрев оказывать не будет, так как при работе жидкость проходит через условно узкий диаметр сопла. Обычно транспортируется до 3–5 кубических метров воды в час. Гораздо большее влияние на работу теплогенератора будет иметь коэффициент перехода электричества в тепловую энергию.

Изготовление кавитационной камеры

Классическим примером является выполнение приспособление в виде сопла Лаваля, которое модернизируется мастером, изготовляющим генератор своими руками. Особое внимание следует уделить выбору размера сечения проходного канала. Оно должно обеспечить максимальный перепад давления жидкости. Если устроить наименьший диаметр, то вода будет вылетать из сопла под большим давлением, и процесс кавитации будет происходить более активно.

Но в таком случае будет уменьшен поток воды, что приведет к смешиванию ее с холодными массами. Маленькое отверстие сопла также работает на увеличение числа воздушных пузырьков, что увеличивает шумовой эффект работы и может привести к тому, что пузырьки начнут образовываться уже в камере насоса. Это уменьшит срок его службы. Наиболее приемлемым, как показала практика, считается диаметр 9– 16 мм.

По форме и профилю сопла бывают цилиндрической, конусной и закругленной формы. Однозначно нельзя сказать, какой выбор будет более эффективным, все зависит от остальных параметров установки. Главное, чтобы вихревой процесс возникал, уже на этапе начального входа жидкости в сопло.

Изготовление водяного контура

Предварительно следует составить схематично протяженность контура и его особенности, все это перенести на пол мелом. Принципиально о контуре можно сказать, что он представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу их кавитационной камеры, а потом жидкость подается снова на вход. В качестве дополнительных приборов подсоединяются два манометра, две гильзы, в которые устанавливают термометр. Также в контуре присутствует вентиль для сбора воздуха.

Вода в контуре поступает против часовой стрелки. Для регулирования давления ставим вентиль между входом и выходом. Применяется труба диаметром 50, что характерно для совпадения с размером патрубков.

Старые модели теплогенераторов работали без установки сопел, повышение напора воды было предусмотрено за счет разгона воды в трубопроводе достаточно большой протяженности. Но в нашем случае не стоит применять слишком большую длину труб.

Испытание генератора

Насос подключают к электричеству, а радиаторы — к системе отопления. После того как оборудование установлено, можно приступить к испытаниям. Осуществляем включение в сеть и двигатель начинает работу. При этом стоит обратить внимание на показание манометров давления и установить нужную разницу с помощью вентиля между входом и выходом воды. Разница атмосфер должна быть в диапазоне от 8 до 12 атмосфер.

После этого пускаем воду и наблюдаем за температурными параметрами. Достаточным будет нагревание в системе за десять минут на 3–5ºС за минуту. За небольшой промежуток времени нагрев достигает 60ºс. Наша система вместе с насосом запитана 15 литрами воды. Этого вполне достаточно для эффективной работы.

Для применения в быту теплогенераторов достаточно немного желания и навыков сборщика, так как все устройства применяются в готовом виде. А эффективность не заставит себя ждать.

В этой статье: история теплогенераторов; принцип работы и устройство; типы теплогенераторов; производители и средняя стоимость теплогенераторов; история вихревого кавитационного теплогенератора; принцип работы вихревого теплогенератора; производители кавитационных теплогенераторов в СНГ.

В зимний сезон помещения нуждаются в искусственном обогреве, иначе его обитатели на личном опыте испытают все прелести ледникового периода. Центральное отопление в многоквартирных домах, индивидуальное — в частных коттеджах… а как быть с помещениями больших площадей, к примеру, торговыми залами и складами? А со строительными площадками или, скажем, автосервисами, куда постоянно поступает холодный воздух извне? Единственный способ отопления помещений большой площади — воздушное, построенное либо на тепловых пушках либо на теплогенераторах. В этой статье будут рассмотрены теплогенераторы.

История теплогенераторов

Изобретение конвективного теплогенератора напрямую связано с изобретением Роберта Бунзена — атмосферной горелки, названной в его честь. Первые теплогенераторы, выпущенные в 1856 году на рынок английской компанией «Pettit and Smith», оснащались атмосферной горелкой схожей с горелкой Бунзена, только большего размера.

Немецкий химик-экспериментатор Роберт Вильгельм Бунзен

В 1881 году англичанин Сигизмунд Леони получил патент на новый тип теплогенераторов — пламя горелки в них нагревало асбестовую плиту, передающую тепло воздуху. Впоследствии асбест был заменен на огнеупорную глину, сегодня замененную на более прочные огнеупорные материалы.

Атмосферная горелка и огнеупорная плита над ней — это основные элементы в конструкции любого современного теплогенератора.

Устройство и принцип работы теплогенератора

По своим задачам теплогенераторы схожи с тепловыми пушками — разница в том, что эти агрегаты могут быть только стационарными. Типовая конструкция теплогенератора: вентилятор (осевой или центробежный), над ним камера сгорания, в ее нижнюю часть введена горелка, над горелкой расположен воздушный теплообменник. Образованные в камере сгорания горячие газы поступают к теплообменнику, после чего уводятся в дымоход. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором, нагревается в теплообменнике до 20-70 оС, затем поступает в обогреваемое помещение или в систему канальной вентиляции.

В зависимости от мощности установленных в их конструкции вентиляторов, теплогенераторы могут развивать выходное статическое давление в 100-2 000 Па.

По тепловой мощности теплогенераторы различаются на два типа — до 350-400 кВт (в едином корпусе) и до 1000 кВт (состоят из теплообменной и вентиляционной секций).

В теплогенераторах, предназначенных для систем воздушного канального отопления, теплообменник и камера сгорания выполнены из нержавеющей стали, в их конструкцию дополнительно введена система отвода конденсата.

Виды теплогенераторов

Основное различие среди существующих моделей теплогенераторов в том, какое топливо используется в них и какой теплоноситель предстоит нагревать. Теплогенераторы могут работать на твердом топливе, газе, дизтопливе и быть оснащенными универсальной горелкой. Теплоносителем в системах отопления, нагрев которого производится генератором тепла, могут быть как вода, так и воздух.

Газовые теплогенераторы рассчитаны на непрерывную подачу теплого воздуха в помещения, они устанавливаются в вертикальном положении. Установленный в них теплообменник извлекает из продуктов горения значительную часть тепла, понижая летучесть дымовых газов — вытяжная труба для газовых теплогенераторов должна оснащаться вентилятором. Если же конструкция теплогенератора содержит замкнутую камеру сгорания, под которой расположен нагнетательный вентилятор, то вероятность обратной тяги минимальна — все продукты горения будут удалены через вытяжную трубу, поэтому такие газовые генераторы тепла признаются наиболее безопасными. В большинстве случаев КПД теплогенераторов, работающих на газе, составляет 85-90%.

При выборе модели газового теплогенератора необходимо обратить особое внимание на его способности работы при пониженном давлении газа. При построении отопления на газовом теплогенераторе в отсутствии центрального газоснабжения будет особенно удобна установка газгольдера объемом от 2 500 л (требуемый объем зависит от отапливаемой площади здания).

Дизельные теплогенераторы, топливом для которых служит керосин или солярка, хорошо подходят для обогрева помещений промышленного назначения, имеющих значительную площадь. Они оборудуются либо форсункой, распыляющей топливо по камере сгорания, либо подача топлива производится капельным методом. При условии непрерывной работы их заправка производится дважды за сутки.

Для горения в теплогенераторах с универсальной горелкой используется как дизтопливо, так и отработанное масло, жиры растительного и животного происхождения. Они особенно удобны на предприятиях, где существует проблема с утилизацией жиров и отработанного масла. Однако тепловая мощность теплогенератора, в котором сжигается отработанное масло и жиры, не превысит 200 кВт, при сжигании дизтоплива достигается более высокая тепловая мощность на выходе. Независимо от применяемого вида топлива, этот тип теплогенераторов равно, как и любой другой, нуждается в дымоходе. При сжигании отработанного масла неизбежно образование шлаков, которые необходимо удалять ежедневно — для большего удобства потребуются две чаши сгорания, одна из которых пойдет на замену другой на время очистки и для уменьшения времени простоя теплогенератора.

Твердотопливные теплогенераторы имеют иную конструкцию, чем описанные выше — являясь чем-то средним между газовыми/дизельными теплогенераторами и между обычной печью. Они оснащены вентилятором, прогоняющим воздух через теплообменник и подающим его к отапливаемым помещениям, имеют колосники и дверцу загрузки топлива. В твердотопливных теплогенераторах сжигают сухое дерево, брикеты торфа, каменный уголь, различные отходы сельского хозяйства. Такие теплогенераторы имеют КПД порядка 80-85%, что несколько меньше, чем у работающих на газообразном и жидком топливе — 85-90%. Нужно отметить также большие размеры твердотопливных теплогенераторов и значительный отход в виде несгораемой части топлива.

Теплообменники в тепловых генераторах могут быть чугунными либо стальными: первый их тип более устойчив к коррозии, но достаточно массивен, теплообменники второго типа наоборот — имеют меньший вес, но подвергаются коррозии. Оба типа теплообменников плохо переносят удары, поэтому перевозка и установка теплогенераторов должна выполняться с максимальной осторожностью.

Преимущества воздушных теплогенераторов в более высокой, по сравнению с водяным отоплением, эффективности и быстроте обогрева помещений, а при работе на отработанном масле — экономия денежных средств на топливе, не говоря уже о решении проблемы с утилизацией отработки.

Средняя стоимость теплогенератора мощностью 400 кВт составит 90 000 руб. На российском рынке присутствуют теплогенератора компаний «Master» (США), «Kroll» (Германия), «Sial» и «ITM» (Италия), «Benson Heating» (Англия), «FEG Konvektor GF» (Венгрия).

Подбирая воздушный теплогенератор, следует рассматривать те модели, в которых нагрев воздуха производится не напрямую, т.е. камера сгорания полностью изолирована от теплоносителя. В этом случае в каналы воздушного отопления гарантированно не проникнут продукты горения, отпадет необходимость подмешивания к воздуху внутри помещений воздуха извне. Однако такие теплогенераторы имеют более высокую цену, вес и габариты.

Полностью решить вопросы теплоснабжения могут теплогенераторы с функциями обеспечения горячей водой и отопления, в своем большинстве они работают на твердом топливе.

Вихревой теплогенератор — история

Этот тип теплогенераторов заслуживает особого внимания, во многом благодаря противостоянию его сторонников и противников.

В 20-х годах прошлого века француз Жозеф Ранк, проводя исследования в воздушной камере циклонной установки, обнаружил, что, будучи закрученными, в камере цилиндрической или конической формы газы разделяются на две фракции — с более высокой температурой по краям и более низкой в центре, причем фракция в центре, в отличие от окраинной, вращается в обратном направлении. В 1934 году на изобретенную им «вихревую трубу» Ранк получает патент в США.

Немец Роберт Хилш в 40-х продолжил исследования своего французского коллеги, добившись большей разности между температурами двух воздушных потоков, выходящих из вихревой трубы Ранка за счет ее улучшенной конструкции.

В 50-х годах советский ученый А. Меркулов поставил ряд экспериментов с вихревой трубой Ранка, решив закачать в нее воду вместо газа — теоретически разности температур в воде, которую прогнали через трубку Ранка, не должно быть, ведь в отличие от газов воду невозможно сжать. Вопреки ожиданиям, раздвоенный вихревой поток воды нагревался и охлаждался аналогично газам, чем поставил профессора Меркулова в тупик — он не смог объяснить причины этого явления.

Кстати, создателем первого вихревого теплогенератора часто называют австрийского изобретателя-самоучку Виктора Шаубергера, известного построенной им в 1921 году всасывающей турбиной, работающей только на воде…

Двадцать лет назад американец Джеймс Григгс, чья сфера интересов лежала в области отопления, первым решил построить водяной теплогенератор, основанный на принципе трубы Ранка. Джеймс был разочарован водонагревателями с тэнами — содержащиеся в воде соли образовывали накипь на тэнах, вызывая перегрев спирали и выход тэна из строя. Исходя из того, что тэны имеют КПД, близкий к 100%, а электромотор, вращающий теплогенератор — около 90-95%, Джеймс Григгс решил компенсировать больший расход энергии отсутствием необходимости замены тэнов, перегоревших от образования накипи. Расчет Григгса был на трение, должное вызывать нагрев воды. Американский инженер оказался прав — созданный им теплогенератор действительно нагревал воду, а его внутренняя конструкция не подвергалась износу от различных примесей и солей, присутствующих в воде. Но, к крайнему удивлению Джеймса, подсчет энергетических затрат выявил не плановые 10% потери энергии, а, по сравнению с системами отопления на тэнах, 14% экономию! Проведя в 1992 году опытные испытания, Григгс установил, что на каждый затраченный на работу теплогенератора джоуль электроэнергии отопительный прибор создает 1,5 джоуля тепла. Потратив еще два года в попытках выяснить причины возникновения избыточной энергии и так не выяснив их, Джеймс Григгс в 1994 году получил патент в США на созданный им роторно-кавитационный теплогенератор.

Откуда берется избыточная тепловая энергия в вихревых теплогенераторах

Теплогенератор Григгса устроен так: в стальной корпус цилиндрической формы помещен ротор из алюминия, по поверхности обода которого высверлены отверстия; корпус закрыт плоской стальной крышкой, закрепленной на нем винтами. В плоских крышках, на каждой из них, имеется ввод для поступления воды, по отношению друг к другу вводы на обеих крышках, монтируемых на противоположных сторонах корпуса, расположены на одной линии. Вода, поступая с одной стороны к ротору, обходит его по ободу и вытекает с противоположной стороны с более высокой температурой, чем была изначально.

Причина, по которой происходит нагрев воды, скорее всего, связана с кавитацией. Поступая к ротору и наполняя отверстия по его ободу, вода слипается с ними, однако центробежная сила вызывает растягивание воды, налипшей в отверстиях — ее капли вырываются из них, несутся к стенкам корпуса и врезаются в них. Возникшая в результате ударная волна и растущее давление «схлопывают» присутствующие в большом числе пузырьки из газа и пара, вызывая в каждом из них давление в сотни тысяч атмосфер и температуру более 106 оС — происходит акустическая кавитация.

Описанная выше теория основывается на явлении сонолюминесценции, обнаруженной в 1934 году немецкими учеными Н. Френцелем и Х. Шультесом, работающим над гидролокатором для подводных лодок. Они обнаружили, что звуковые волны вызывают расширение и сжатие газовых пузырьков в воде — под воздействием колебаний и в такт им, размеры пузырьков меняются от нескольких десятков до нескольких микрон, их объем меняется в разы. В результате содержащийся в пузырьках газ приобретает высокую температуру, достаточную, чтобы расплавить сталь и даже излучает свет.

Производители вихревых теплогенераторов и их стоимость

Выпуск вихревых теплогенераторов для рынка СНГ осуществляют ряд производителей, каждый из них имеет патент на производимую им на основании разработанных ТУ модель — каких-либо государственных стандартов на вихревые генераторы тепла не существует. Их производство осуществляют компании ООО «ЮСМАР» (Молдова), российские НПП «Альтернативные технологии энергетики и коммуникации», ООО «Нотека-С», НПП «Ангстрем», ООО УК «ОРБИ», ОАО «Завод КОММАШ и другие. За прошедшие 20 лет изобретателями вихревых теплогенераторов получено порядка 50 патентов.

Стоимость вихревых теплогенераторов с мощностью электродвигателя 55 кВт/ч в среднем составит 290 000 руб.