Вихревой теплогенератор для частного дома: устройство, конструкция и нюансы сборки

Принцип работы вихревого теплогенератора. Что нужно чтобы сделать вихревой кавитационный теплогенератор в частный дом своими руками?

Содержание

Что такое вихревой теплогенератор?

Рисунок 1: Вихревой теплогенератор на станине

Принцип работы вихревого теплогенератора основан на физическом процессе, при котором в камере с жидкостью нагнетается высокое давление. Затем происходит вытеснение пузырьков газа, сопровождающееся повышением температуры (показатели иногда доходят до отметки в 1000 С0). Если после этого жидкость, разогретую до такой температуры, направить в другую камеру с меньшим давлением, то полученная тепловая энергия высвобождается. Именно поэтому вихревые генераторы настолько практичны – максимум тепла при относительно небольших энергозатратах.

Рисунок 2: Вихревой теплогенератор большой мощности

Как выбрать вихревой теплогенератор: эффективные модели для частного дома и схема сборки своими руками

Часто требуется нагреть помещение, не подключенное к системе центрального отопления. С помощью какого обогревателя это сделать? Рассмотрим особенности вихревых теплогенераторов, их монтаж и принцип действия.

Информация об устройстве

вихревой теплогенератор Теплогенератор – это специальный прибор, основная цель которого вырабатывать тепло, путем сжигания, загружаемого в него, топлива. При этом вырабатывается тепло, которое затрачивается на обогрев теплоносителя, который уже в свою очередь непосредственно выполняет функцию обогрева жилой площади.

Первые теплогенераторы появились на рынке еще в 1856 году, благодаря изобретению британского физика Роберта Бунзена, который в ходе ряда проведенных опытов заметил, что вырабатываемое при горении тепло можно направлять в любое русло.

С тех пор генераторы, конечно же, модифицировались и способны обогревать гораздо больше площади, нежели это было 250 лет назад.

Физические основы

Кавитация – образование пара в массе воды при медленном понижении давления и большой скорости движения.

Пузырьки пара могут возникать под действием звуковой волны определённой частоты или излучением источника когерентного света.

В процессе смешивания паровых пустот с водой под давлением приводит к самопроизвольному схлопыванию пузырьков и возникновению движения воды ударной силы (про расчет гидравлического удара в трубопроводах написано ).

В таких условиях молекулы растворенных газов выделяются в образующиеся полости.

По мере прохождения процесса кавитации, температура внутри пузырьков повышается до 1200 градусов.

Это отрицательно влияет на материалы водяных емкостей, поскольку кислород при таких температурах начинает интенсивно окислять материал.

Опыты показали, что при таких условиях разрушению подвергаются даже сплавы из драгметаллов.

Сделать кавитационный генератор самостоятельно, достаточно просто. Хорошо изученная технология уже несколько лет воплощена в материалы и используется для отопления помещений.

В России, первое устройство было запатентовано в 2013 году.

Генератор представлял собой замкнутую емкость, через которую под давлением подавалась вода. Пузырька пара образовываются под действием переменного электромагнитного поля.

А что вам известно про полипропиленовые трубы для холодного и горячего водоснабжения? В полезной статье прочитайте о том, чем они отличаются, а также про преимущества одних и недостатки других.

Отзывы на моющие средства для посудомоечных машин прочитайте на этой
странице.

История изобретения

Вихревой сосуд

Сепарация воздуха, иначе говоря, разделение его на холодную и горячую фракции в вихревой струе – явление, которое и легло в основу вихревого теплогенератора, было открыто около ста лет назад. И как это часто бывает, лет 50 никто не мог придумать, как его использовать. Так называемую вихревую трубу модернизировали самыми разными способами и пытались пристроить практически во все виды человеческой деятельности. Однако везде она уступала и по цене и по КПД уже имеющимся приборам. Пока русский учёный Меркулов не придумал запустить внутрь воду, не установил, что на выходе температура повышается в несколько раз и не назвал этот процесс кавитацией. Цена прибора уменьшилась не намного, а вот коэффициент полезного действия стал практически стопроцентным.

Для чего используется?

Приведем небольшой пример. В стране есть масса предприятий, которые по тем или иным причинам не могут позволить себе газовое отопление: или магистрали нет неподалеку, или еще что-то. Тогда что остается? Обогреть электричеством, но тарифы на такого рода отопление могут ужаснуть. Вот тут и выручает чудо-прибор Потапова. При его использовании затраты на электроэнергию останутся теми же, КПД, разумеется, тоже, так как больше сотни ему все равно не быть, а вот КПД в плане финансовом будет составлять от 200% до 300%.

Получается, что эффективность вихревого генератора – 1.2-1.5.

Принцип действия

Сепарация воздуха в вихревом сосуде

Так что же такое эта загадочная и доступная кавитация? А ведь всё довольно просто. Во время прохождения через вихрь, в воде образуется множество пузырьков, которые в свою очередь лопаются, высвобождая некое количество энергии. Эта энергия и нагревает воду. Количество пузырьков подсчёту не поддаётся, а вот температуру воды вихревой кавитационный теплогенератор может повысить до 200 градусов. Не воспользоваться этим было бы глупо.

Область применения теплогенераторов

Долгое время вихревые генераторы для частного дома рассматривались только как устройства для альтернативного отопления. Благодаря усовершенствованию конструкции им найдено более разнообразное применение:

Обогрев жилых и производственных помещений;
Подготовка горячей воды для отдельных технологических операций;
Использование в качестве проточных водонагревателей;
Пастеризация и гомогенизация пищевых смесей и фармацевтических препаратов;
Получение потока холодной воды под давлением;
Парогенерация для поддержания микроклимата или иных производственных задач;
Смешивание, разделение и обогащение нефтепродуктов.

Конструкции различных категорий вихревых теплогенераторов

Основные отличия данных устройств заключены в их конструктивных особенностях. Поэтому рассмотрим конструкции трёх самых популярных разновидностей вихревых теплогенераторов.

Тангенциальные. Основное отличие от других – наличие специальной камеры, в которой и происходит вихревой эффект. К камере по одному патрубку подводится холодной воздух, а по другому, наружу, уже поступает горячий. Чтобы создать некоторое давление в системе, на входе в камеру установлено тормозящее приспособление, которые не даёт жидкости двигаться дальше с постоянной скоростью.
Аксиальные. В генераторах такого типа камера отсутствует, но её функции выполняет специальная диафрагма с большим количеством отверстий определённой формы, расположенных по всему корпусу. Основной минус таких моделей – наличие слишком большого количества различных конструктивных частей, таких как нагревательная камера и формирователь потока.
Активные. Такие теплогенераторы имеют подвижные части – активаторы, которые и создают тот самый вихревой эффект. Проблема устройств активного типа заключена в необходимости точного расчёта как подвижных, так и неподвижных деталей. Но КПД у них в разы выше.

Любой тип вихревых теплогенераторов имеет свои недостатки и преимущества, поэтому выбор следует делать исходя из поставленных целей.

Рисунок 3: Компьютерная модель устройства

Необходимые инструменты

Что же, пора приступать к самостоятельному изготовлению генератора. Давайте посмотрим, что нам потребуется:

Шлифовальная машинка угловая, или турбинка;
Железный уголок;
Сварка;
Болты, гайки;
Электрическая дрель;
Ключи 12-13;
Сверла к дрели;
Краска, кисточка и грунтовка.

Два основных вида

Несмотря на то и дело появляющиеся сообщения о том, что кто-то где-то смастерил уникальный вихревой теплогенератор своими руками такой мощности, что можно отапливать целый город, в большинстве случаев это обычные газетные утки, не имеющие под собой никакой фактической основы. Когда-нибудь, возможно, это случиться, а пока принцип работы этого прибора можно использовать только двумя способами.

Роторный теплогенератор. Корпус центробежного насоса в этом случае будет выступать в качестве статора. В зависимости от мощности по всей поверхности ротора сверлят отверстия определённого диаметра. Именно за счёт их и появляются те самые пузырьки, разрушение которых и нагревает воду. Достоинство у такого теплогенератор только одно. Он намного производительнее. А вот недостатков существенно больше.

Шумит такая установка очень сильно.
Изношенность деталей повышенная.
Требует частой замены уплотнителей и сальников.
Слишком дорогое обслуживание.

Статический теплогенератор. В отличие от предыдущей версии, здесь ничего не вращается, а процесс кавитации происходит естественным путём. Работает только насос. И список достоинств и недостатков принимает резко противоположное направление.

Прибор может работать при низком давлении.
Разница температур на холодном и горячих концах довольно велика.
Абсолютно безопасен, в каком бы месте не использовался.
Быстрый нагрев.
КПД 90 % и выше.
Возможность использования, как для обогрева, так и для охлаждения.

Единственным недостатком статического ВТГ можно считать дороговизну оборудования и связанную с этим довольно долгую окупаемость.

Как происходит нагрев

В системе устанавливается трубный преобразователь, в который подается поток не нагретой воды. Навстречу этому потоку подаются другие потоки жидкости. Направленные друг на друга потоки образуют процесс кавитации. Выходя из преобразователя, жидкость нагревается.

Принцип действия

Принцип действия Генератор работает по принципу кавитации, когда в специальный турбинный отсек (кавитатор) заливают воду, а насос начинает кавитатор раскручивать. При этом образуемые пузырьки воды начинают схлопываться, вырабатывая дополнительное тепло, которое и нагревает теплоноситель.

В теории Потапов защитил целый ряд научных работ, где он описал процесс выделения возобновляемой энергии. На практике же сложно это доказать, однако кавитационный теплогенератор имеет место быть среди других альтернативных способов выработки тепла.

Некоторые тонкости сборки

При сборке вихревого теплогенератора необходимо приобрести электродвигатель, например, асинхронного типа. Мощность двигателя лучше выбирать с запасом, так как от этого параметра напрямую зависит количество отдаваемого тёплого воздуха в окружающее пространство. Также необходимо найти или сделать камеру с металлическим диском внутри.

Рисунок 4: Электродвигатель в соединении с камерой, в которой находится металлический диск

Процесс изготовления и сборки прост: просверлить ряд несквозных отверстий в диске и герметично заварить его в камере. К ней подвести воду посредством обыкновенного патрубка. Другой патрубок будет отводящим. К электродвигателю через рубильник или выключатель подвести напряжение. Монтаж окончен.

Рисунок 5: На диске необходимо правильно высверлить несквозные отверстия

Для большей эффективности вода в металлическую камеру должна подаваться насосом – для правильной работы системы в ней необходимо создание некоторого давления.

P.S. Чтобы еще больше погрузиться в эту тему смотрите мое новое видео:

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, теплогенератор кавитационного типа имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Среди преимуществ можно выделить следующие показатели:

доступность;
огромная экономия;
не перегревается;
КПД стремящийся к 100% (другим типам генераторов крайне сложно достичь таких показателей);
доступность оборудования, что позволяет собрать прибор не хуже заводского.

Слабыми сторонами генератора Потапова считают:

объемные габариты, занимающие большую площадь жилой зоны;
высокий уровень шума мотора, при котором крайне сложно спать и отдыхать.

Генератор, используемый в промышленности, отличается от домашнего варианта лишь габаритами. Однако, иногда мощность домашнего агрегата настолько высока, что нет смысла его устанавливать в однокомнатной квартире, иначе минимальная температура при работе кавитатора будет не менее 35°С.

На видео интересный вариант вихревого теплогенератора на твердом топливе

Как собрать теплогенератор

Инструменты для работы

При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.

И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:

Сварочный аппарат.
Шлифмашинка.
Электродрель.
Набор гаечных ключей.
Набор свёрл.
Металлический уголок.
Болты и гайки.
Толстая металлическая труба.
Два патрубка с резьбой.
Соединительные муфты.
Электродвигатель.
Центробежный насос.
Жиклёр.

Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.

Устанавливаем двигатель

Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.

Подсоединяем насос

Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:

В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.

Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.

Чуть прикрыв его, вы сможете повысить температуру и наоборот, открыв – понизить.

Усовершенствуем теплогенератор

Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.

Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.

Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.

Вихрегаситель

Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:

Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.

Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.

Схемы изготовления теплогенератора кавитационного типа

Для того чтобы сделать действующий прибор своими руками, рассмотрим чертежи и схемы действующих устройств, эффективность которых установлена и документально зарегистрирована в патентных бюро.

Иллюстрации	Общее описание конструкций кавитационных теплогенераторов
	Общий вид агрегата. На рисунке 1 показана наиболее распространенная схема устройства кавитационного теплогенератора. Цифрой 1 обозначена вихревая форсунка, на которой смонтирована камера закрутки. С боку камеры закрутки можно видеть входной патрубок (3), который присоединён к центробежному насосу (4). Цифрой 6 на схеме обозначены впускные патрубки для создания встречного возмущающего потока. Особо важный элемент на схеме — это резонатор (7) выполненный в виде полой камеры, объем которой изменяется посредством поршня (9). Цифрой 12 и 11 обозначены дроссели, которые обеспечивают контроль интенсивности подачи водных потоков.
	Прибор с двумя последовательными резонаторами. На рис 2 показан теплогенератор, в котором резонаторы (15 и 16) установлены последовательно. Один из резонаторов (15) выполнен в виде полой камеры, окружающей сопло, обозначенное цифрой 5. Второй резонатор (16) также выполнен в виде полой камеры и расположен с обратного торца устройства в непосредственной близости от входных патрубков (10) подающих возмущающие потоки. Дроссели, помеченные цифрами 17 и 18, отвечают за интенсивность подачи жидкой среды и за режим работы всего устройства.
	Теплогенератор с встречными резонаторами. На рис. 3 показана малораспространённая, но очень эффективная схема прибора, в котором два резонатора (19, 20) расположены друг напротив друга. В этой схеме вихревая форсунка (1) соплом (5) огибает выходное отверстие резонатора (21). Напротив, резонатора, отмеченного цифрой 19, вы можете видеть входное отверстие (22) резонатора под номером 20. Обратите внимание на то, что выходные отверстия двух резонаторов расположены соосно.

Иллюстрации	Описание камеры закрутки (Улитки) в конструкции кавитационного теплогенератора
	«Улитка» кавитационного теплогенератора в поперечном разрезе. На этой схеме можно видеть следующие детали: 1 — корпус, который выполнен полым, и в котором располагаются все принципиально важные элементы; 2 — вал, на котором закреплен роторный диск; 3 — роторное кольцо; 4 — статор; 5 — технологические отверстия проделанная в статоре; 6 — излучатели в виде стержней. Основные трудности при изготовлении перечисленных элементов могут возникнуть при производстве полого корпуса, так как лучше всего его сделать литым. Так как оборудования для литья металла в домашней мастерской нет, такую конструкцию, пусть и с ущербом для прочности, придётся делать сварной.
	Схема совмещения роторного кольца (3) и статора (4). На схеме показано роторное кольцо и статор в момент совмещения при прокручивании роторного диска. То есть, при каждом совмещении этих элементов мы видим образование эффекта, аналогичного действию трубы Ранка. Такой эффект будет возможен при условии, что в агрегате, собранном по предложенной схеме, все детали будут идеально подогнаны друг к другу .
	Поворотное смещение роторного кольца и статора. На этой схеме показано то положение конструктивных элементов «улитки», при котором происходит гидравлический удар (схлопывание пузырьков), и жидкая среда нагревается. То есть, за счёт скорости вращения роторного диска, можно задать параметры интенсивности возникновения гидравлических ударов, провоцирующих выброс энергии. Проще говоря, чем быстрее будет раскручиваться диск, тем температура водной среды на выходе будет выше.

Заводские модели

Гравитон Если выбор пал на готовый агрегат, то лучше отдать предпочтение товарам следующих лидирующих производителей, имеющих гарантии и хорошие отзывы о теплогенераторах: