Глава пятнадцатая
ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

15.1. История создания вихревого теплогенератора

Теплогенератор Ю. С. Потапова очень похож на вихревую трубу Ж. Ранке, изобретенную этим французским инженером ещё в конце 20-х годов XX века. Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, тот заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подаёт заявку на изобретенное устройство, названное им "вихревой трубой". Но получить патент ему удаётся только в 1934 г., и то не на родине, а в Америке (Патент США № 1952281.)
Французские же учёные тогда с недовернем отнеслись к этому изобретению и высмеяли доклад Ж. Ранке, сделанный в 1933 г. на заседании Французского физического общества. Ибо по мнению этих учёных, работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в неё воздуха на горячий и холодный потоки как фантастическим "демоном Максвелла", противоречила законам термодинамики. Тем не менее вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода.
Более 20-ти лет открытие Ранке игнорировалось. И лишь в 1946 г. немецкий физик Р. Хилыи опубликовал работу об экспериментальных исследованиях вихревой трубы, в которой дал рекомендации для конструирования таких устройств. С тех пор их иногда называют трубами Ранке-Хилыша.
Но ещё в 1937 г. советский ученый К. Страхович, не зная об опытах Ранке, в курсе лекций по прикладной газодинамике теоретически доказывал, что во вращающихся потоках газа должны возникать разности температур. Однако только после второй мировой войны началось широкое применение вихревого эффекта.
Для нас наиболее интересны работы ленинградца В. Е. Финько [84], который обратил внимание на ряд парадоксов вихревой трубы, разрабатывая вихревой охладитель газов для получения сверхнизких температур. Он объяснил процесс нагрева газа в пристеночной области вихревой трубы "механизмом волнового расширения и сжатия газа" и обнаружил инфракрасное излучение газа из ее осевой области, имеющее полосовой спектр, что потом помогло нам разобраться и с работой вихревого теплогенератора Потапова.
В вихревой трубе Ранке, схема которой приведена на рис. 15.1, цилиндрическая труба 7 присоединена одним концом к улитке 2, которая заканчивается сопловым вводом прямоугольного сечения, обеспечивающим подачу сжатого рабочего газа в трубу по касательной к окружности её внутренней поверхности. С другого торца улитка закрыта диафрагмой 3 с отверстием в центре, диаметр которого существенно меньше внутреннего диметра трубы 1. Через это отверстие из трубы 1выходит холодный поток газа, разделяющийся при его вихревом движении в трубе 1на холодную (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока,

Рис. 15.1. Вихревая труба Ранке

прилегающая к внутренней поверхности трубы 1, вращаясь, движется к дальнему концу трубы 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между её краем и регулировочным конусом 4.
Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. "На пальцах" же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой - через другое, и достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.
Жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы. Поэтому более полувека никому и в голову не приходило подать в вихревую трубу воду вместо газа или пара.
Юрий Семёнович Потапов после окончания в 1970 г. Киевского автомобильно-дорожного института и аспирантуры при нём в 1987 г. возглавляет в г. Кишинёве негосударственную Научно-техническую и внедренческую фирму "ВИЗИР". В 1988 г. к фирме обращаются пожарные с просьбой разработать компактное устройство для охлаждения пожарных скафандров. Потапов в качестве такого устройства выбирает трубку Ранке. Её изготавливают из алюминия и пластмассы. Весит граммов двести всего. Пожарным это изделие, названное вихревым климатизатором, не только для охлаждения скафандров, но и для многих других целей, понравилось. Космонавтам тоже.
А надо сказать, что в Кишинёве, как и во многих других южных городах, да и не только в южных, летом из водопровода поступает отнюдь не холодная вода, а нагретая жарким солнцем градусов так на 20 по Цельсию. А как хочется порой попить ледяной водички! И автор решился на, казалось бы, безнадёжный эксперимент - подал в вихревую трубу вместо газа воду из водопровода.
К его удивлению, вода в вихревой трубе разделилась на два потока, имеющих разные температуры. Но не на горячий и холодный, а на горячий и тёплый. Ибо температура "холодного" потока оказалась чуть выше, чем температура исходной воды, подаваемой насосом в вихревую трубу. Тщательная же калориметрия показала, что тепловой энергии такое устройство вырабатывает больше, чем потребляет электрической двигатель насоса, подающего воду в вихревую трубу.
Так родился теплогенератор Потапова.
К счастью, у автора хватило мудрости при подаче заявки на изобретение весной 1993 г. умолчать, что КПД предлагаемого теплогенератора больше единицы. В результате был получен российский патент. Да и то экспертиза "мусолила" заявку почти три года. К тому времени фирма "ЮСМАР" уже производила теплогенератор сотнями штук в год. И почти сразу же он был запатентован в ряде других стран.
Не подумайте, что патентные ведомства других стран более благосклонны к проектам "вечных двигателей". Просто к тому времени появились сообщения, что в США и других странах тоже ведутся работы по получению энергии из воды, приводимой во вращение, в которых тоже достигнут КПД выше 100%. В том же 1993 г. американский изобретатель Джеймс Григгс запатентовал "гидросонную помпу", похожую на сепаратор, которая, раскручивая воду в ячеистом роторе, нагревала её с КПД в 117%. Григгс тоже не мог понять, откуда и как появляется "лишнее" тепло в его устройстве. Несмотря на это, оба изобретателя поставили свои теплонагреватели на серийное производство.
Технически грамотный человек, прочтя предыдущий абзац, возмутится тем, что мы ведём речь о КПД, большем единицы. Действительно, выражение КПД тут, конечно же, неприемлемо. Оно только запутывает и раздражает тех читателей, которые знают, что КПД не может быть больше единицы. Иначе это противоречило бы закону сохранения энергии. Правильнее говорить об эффективности теплогенератора - отношении величины вырабатываемой им тепловой энергии к величине потребленной им для этого извне электрической или механической энергии. Но поначалу исследователи не могли понять, откуда и как в этих устройствах появляется избыточное тепло. Предполагали даже, что туг нарушается закон сохранения энергии. Вот и говорили о КПД, большем единицы. Мы же здесь перешли на их терминологию только затем, чтобы показать недопустимость такой терминологии. И советуем всем, кто в своих исследованиях выявит КПД более единицы, внимательнее поискать неучтённые источники энергии.
Вихревой теплогенератор, схема которого приведена на рис. 15.2, присоединяют инжекционным патрубком 7 к фланцу центробежного насоса (на рисунке не показан), подающего воду под давлением 4-6 атм. Попадая в улитку 2, поток воды сам закручивается в вихревом движении и поступает в вихревую трубу 3, длина которой раз в 10 больше ее диаметра. Закрученный вихревой поток в трубе 3 перемещается по винтовой спирали у стенок трубы к ее противоположному (горячему) концу, заканчивающемуся донышком 4с отверстием в его центре для выхода горячего потока. Перед донышком 4 закреплено тормозное устройство 5 - спрямитель потока, выполненный в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных к центральной втулке, соосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперенные авиабомбы или мины.
Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю 5, в осевой зоне трубы 3 рождается противоток. В нём вода, тоже вращаясь, движется к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 и предназначенному для выпуска "холодного" потока. В штуцере 6 изобретатель установил ещё один спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5 Он служит для частичного превращения энергии вращения "холодного" потока в тепло. А выходящую из него тёплую воду направил по байпасу 8 в патрубок 9 горячего выхода, где она смешивается с горячим потоком, выходящим из вихревой трубы через спрямитель 5. Из патрубка 9 нагретая вода поступает либо непосредственно к потребителю, либо в теплообменник, передающий тепло в контур потребителя. В последнем случае отработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращается в насос, который вновь подаёт её в вихревую трубу через патрубок 7.
В таблице 15.1 приведены рабочие параметры нескольких модификаций вихревых труб теплогенераторов описанной конструкции.

Рис. 15.2. Схема системы отопления
и внешний вид вихревого
теплогенератора.

Таблица 15.1. Вихревые трубы теплогенераторов "ЮСМАР"

Но чтобы поставить это изделие на производство, изобретателю пришлось проявить чудеса дипломатии. Ведь в наш "просвещённый" век любое новое изделие обречено на невосприятие обществом, если работа этого изделия не освещена теорией, притом желательно старой, общепризнанной теорией! Не хотели не только ставить "вечный двигатель" на производство, но разговаривать об этом.
На помощь пришли специалисты из знаменитой подмосковной РКК "Энергия" им. С. П. Королева. После тщательных и всесторонних испытаний и проверок нескольких экземпляров теплогенератора "ЮСМАР" они пришли к заключению, что ошибок нет, тепла получается действительно больше, чем вкладывается механической энергии от двигателя насоса, подающего воду в теплогенератор и являющегося единственным потребителем энергии извне в этом устройстве.
Правда, в выданном Протоколе испытаний и Заключении от 01.12.94, подписанном заместителем Генерального конструктора профессором В. П. Никитским (см. Приложение), они постеснялись прямо написать, что КПД тут больше единицы. (За такое недоброжелатели могли обвинить в незнании закона сохранения энергии!) Зато заканчивается то заключение словами: "Нам неизвестны виды продукции с более высокими потребительскими свойствами и перспективой применения".
Но непонятно было, откуда появляется "лишнее" тепло. Были предположения и о скрытой огромной внутренней энергии колебаний "элементарных осцилляторов" воды, высвобождающейся в вихревой трубе, и даже о высвобождении в её неравновесных условиях гипотетической энергии физического вакуума. Но это только предположения, не подкреплённые конкретными расчетами, подтверждающими экспериментально полученные цифры. Было ясно только одно: обнаружен новый источник энергии и похоже, что это фактически даровая энергия.

15.2. Тепловые установки "ЮСМАР"

В первых модификациях тепловых установок Ю. С. Потапов подсоединял свой вихревой теплонагреватель, изображённый на рис. 15.2, к выпускному фланцу обыкновенного рамного центробежного насоса для перекачивания воды. При этом вся конструкция (см. рис. 15.3) находилась в окружении воздуха и была легко доступна для обслуживания.
Но КПД насоса, как и КПД электродвигателя, меньше ста процентов. Произведение этих КПД составляет 60-70%. Остальное - потери, идущие в основном на нагрев окружающего воздуха.
А ведь изобретатель стремился греть воду, а не воздух. Поэтому он решился поместить насос и его электромотор в воду, подлежащую нагреву теплогенератором. Для этого использовал погружной (скважный) насос. Теперь тепло от нагрева мотора и насоса отдавалось уже не в воздух, а той воде, которую требовалось нагреть. Так появилось второе поколение вихревых теплоустановок.
В таком исполнении они некоторое время выпускались промышленностью, в том числе в г. Краматорске, по лицензии, купленной у Потапова.
В те годы изобретатель некоторое время называл свои установки "тепловыми насосами". Но тепловой насос- это устройство, которое только "перекачивает" тепло от источника к потребителю. Например, из реки в здание, которое требуется обогреть. Ведь в воде реки даже зимой очень много тепла. Только оно низкотемпературное. Тепловые колебания молекулы воды зимой там совершают при температуре всего 4-5°С. Тепловой насос не только перекачивает это низкотемпературное
тепло из реки в здание, но и превращает его в высокотемпературное, обогревая здание теплоносителем, имеющим температуру 40-60°С. Без внешнего источника низкотемпературного тепла тепловой насос работать не сможет.

Рис. 15.3. Фото одного из первых вихревых теплогенераторов в сборке с электронасосом.

Но теплогенератор Потапова не добывает тепло из реки или из окружающего воздуха, а вырабатывает его сам, превращая в тепло часть своей внутренней энергии, а точнее часть внутренней энергии своей рабочей жидкости - воды. Поэтому, в отличие от теплового насоса, теплогенератор Потапова сможет работать даже на космической станции, где из внешней среды - космического вакуума - тепла уже не позаимствуешь. И у космонавтов были намерения поставить теплогенератор Потапова на космическую станцию "Мир". Ведь её обогревали электричеством. А оно на космической орбите всегда в дефиците. Теплогенератор Потапова помог бы сэкономить много электроэнергии.
Но вернёмся к серийным тепловым установкам второго поколения. В них вихревая труба по-прежнему находилась в воздухе сбоку от термоизолированного сосуда, в который был погружён скважный мотор-насос. От горячей поверхности вихревой трубы нагревался окружающий воздух, унося часть тепла, предназначавшегося для нагрева воды. Приходилось трубу обматывать стекловатой для уменьшения этих потерь. Наконец изобретатель спросил себя: зачем бороться с этими потерями? Давай-ка и трубу погрузим в тот сосуд, в котором уже находятся мотор и насос. Так появилась последняя серийная конструкция установки для нагрева воды, получившая имя "ЮСМАР".
Вы, конечно, спросите: - А зачем было так долго мучиться? Неужели нельзя было сразу погрузить всё в воду? Ведь это так просто!
Наивный читатель! Вы, наверно, не читали Б. Пастернака, который писал:

"Простота приятна людям,
Но сложное доступней им".

Рис, 15.4. Схема теплоустановки "ЮСМАР-М":
1 - вихревой теплогенератор, 2 - электронасос, 3 - бойлер, 4 - циркуляционный насос, 5 - вентилятор,
6 - радиаторы, 7 - пульт управления, 8 - датчик температуры.

Ну а если не верите, попробуйте сами сконструировать какую-нибудь новую конструкцию. Ох, и нагородите для начала сложностей! Нет, простота конструкции, её законченность появляется обычно лишь в конце длинного пути, является результатом долгой конструкторской работы и продирания через дебри сложностей.
В этой связи вспоминается читанная в далёком детстве толстая-претолстая книга со странным коротким названием "Магнетрон". В ней рассказывается, как в годы войны создавалась главная радиолампа для первых радиолокаторов, так нужных фронту. Конечный результат представлял собой небольшой медный диск с семью просверленными в нём отверстиями - одно посредине и 6 вокруг него с частичным перекрытием его краёв. Вот и всё. А "дозревали" до этой конструкции, без которой радиолокатор никак не получался, аж 6 лет. Сколько жизней могла бы спасти эта простая деталюшка, появись она хоть года на два раньше!
Так сколько на самом деле стоит конструкция теплогенератора, способного спасти не только наш народ, но и всё человечество?
Итак, в установке "ЮСМАР-М" вихревой теплогенератор в комплекте с погружным насосом помещены в общий сосуд-бойлер с водой (см. рис. 15.4) для того, чтобы потери тепла со стенок теплогенератора, а также тепло, выделяющееся при работе электродвигателя насоса, тоже шли на нагрев воды, а не терялись. Автоматика периодически включает и отключает насос теплогенератора, поддерживая температуру воды в системе (или температуру воздуха в обогреваемом помещении) в заданных потребителем пределах. Снаружи сосуд-бойлер покрыт слоем теплоизоляции, которая одновременно служит звукоизоляцией и делает практически неслышимым шум теплогенератора даже непосредственно рядом с бойлером.
Установки "ЮСМАР" предназначены для нагрева воды и подачи её в системы автономного водяного отопления жилых помещений, промышленных и административных зданий, а также в душевые, бани, на кухни, в прачечные, мойки, для обогрева сушилок сельхозпродуктов, трубопроводов вязких нефтепродуктов для предотвращения их замерзания на морозе и других промышленных и бытовых нужд.

Рис. 15.5. Фото тепловой установки "ЮСМАР-М"

Установки "ЮСМАР-М" питаются от промышленной трёхфазной сети 380 В, полностью автоматизированы, поставляются заказчикам в комплекте со всем необходимым для их работы и монтируются поставщиком "под ключ". Выпускаются пять типоразмеров этих установок, имеющих мощности, указанные в табл.15.1.
Все эти установки имеют одинаковый сосуд-бойлер (см. рис. 15.5), в который погружают вихревые трубы и мотор-насосы разной мощности, выбирая наиболее подходящие конкретному заказчику. Габариты сосуда-бойлера: диаметр 650 мм, высота 2000 мм.
На эти установки, рекомендуемые для использования как в промышленности, так и в быту (для обогрева жилых помещений путем подачи горячей воды в батареи водяного отопления), имеются технические условия ТУ У 24070270,001 -96 и сертификат соответствия РОСС RU. МХОЗ. С00039.
Установки "ЮСМАР" используют на многих предприятиях и в частных домовладениях, они получили сотни похвальных отзывов от пользователей. В настоящее время Уже тысячи теплоустановок "ЮСМАР" успешно работают в странах СНГ и ряде других стран Европы и Азии.
Их использование особенно выгодно там, куда ещё не дотянулись газопроводы и где люди вынуждены использовать для нагрева воды и обогрева помещений электроэнергию, которая с каждым годом становится всё дороже.

Рис. 15.6. Схема подключения тепловой установки "ЮСМАР-М" к системе водяного отопления:
1 -теплогенератор "ЮСМАР"; 2 - циркулярный насос; 3-пульт управления;
4 -терморегулятор.

Теплоустановки "ЮСМАР" позволяют экономить треть той электроэнергии, которая необходима для нагрева воды и отопления помещений традиционными методами электронагрева.
Отработаны две схемы подключения потребителей к теплоустановке "ЮСМАР-М": непосредственно к бойлеру (см. рис.15.6) - когда расход горячей воды в системе потребителя не подвержен резким изменениям (например, для отопления здания), и через теплообменник (см. рис. 15.7) - когда расход воды потребителем колеблется во времени.
Но и там, где имеется дешёвый природный газ, теплоустановки "ЮСМАР" порой оказываются тоже незаменимыми. Так, газодобывающая фирма из г. Нижневартовска - центра российских газодобытчиков - заказала партию теплоустановок "ЮСМАР" для автономного обогрева ими особо загазованных производственных помещений, где использование открытого огня недопустимо. А у теплоустановок "ЮСМАР" нет не только огня, но и деталей, нагревающихся до температуры свыше 100°С, что делает эти установки особенно приемлемыми с точки зрения пожарной безопасности и техники безопасности.
Недаром теплоустановки "ЮСМАР" были награждены Золотыми медалями на Международных выставках в Москве и Будапеште в 1998 г., а их разработчики -Международной премией "Факел Бирмингема" с памятной именной фотографией

Рис. 15.7. Схема подключения тепловой установки "ЮСМАР-М" к душевой:
1-теплогенератор "ЮСМАР"; 2 -циркулярный насос; 3- пульт управления; 4 -термодатчик, 5 -теплообменник.

Президента Соединенных Штатов Америки (см. Приложение) и высшей межакадемической наградой "Звезда Вернадского" 1-й степени.
А ведь теплогенераторы установок "ЮСМАР" - только первая промышленная модификация вихревых теплогенераторов, и думаем, что ещё не самая совершенная!
Всё это указывает на то, что у вихревых теплогенераторов большое будущее.
Но современное общество может взять на вооружение новое изделие лишь тогда, когда его работа объяснена теорией, желательно доброй старой теорией, хорошо знакомой всем. А теоретического объяснения работы теплогенератора Потапова долго не было. Были лишь догадки и спекулятивные домыслы, которые в конечном счёте лишь запутывали и тех, кто разрабатывал теплогенераторы, и тех, кто их эксплуатировал. Это сдерживало распространение теплогенераторов.
Работа над настоящей теорией вихревого теплогенератора началась лишь после выхода в свет нашей книги [9], в которой изложены начала теории движения, приходящей на смену теории относительности А. Эйнштейна. Первый этап этой работы
ончился совместной с Ю. С. Потаповым монографией [263]. Но эта толстая монография предназначалась в основном учёным, а не инженерам, которые будут стань теплогенераторы на производство и эксплуатировать их и хотели бы только понять, как он работает.


Содержание

Далее

Если Вам понравилась эта книга и Вы хотите приобрести ее для домашней библиотеки, то
купить ее можно по ссылкам ниже

Наш сайт является помещением библиотеки. На основании Федерального закона Российской федерации "Об авторском и смежных правах" (в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 N 110-ФЗ, от 20.07.2004 N 72-ФЗ) копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения произведений размещенных на данной библиотеке категорически запрешен. Все материалы представлены исключительно в ознакомительных целях.

Copyright © UniversalInternetLibrary.ru