Теплогенератор – ефективний і економний джерело тепла в будинку

Що таке теплогенератор, як він працює і якими перевагами володіє? Раніше я сам неодноразово замислювався над цими питаннями, але тепер, володіючи певними знаннями, постараюся докладно на них відповісти. А також розповім, чи може взагалі використовуватися це прилад в побутових цілях.

Теплогенератор – ефективний прилад опалення

Трішки історії

Теплогенератор, або тепловий насос – це прилад, який перетворює механічну енергію в кінетичну, а кінетичну – в теплову. Таким чином, його можна віднести до приладів опалення або нагрівачів води.

Історія цього апарату починається на початку ХХ століття, коли вчений Жозеф Ранк виявив, що в повітряній вихровий струмені відбувається сепарація на фракції нагрітого повітря і холодного. Прилад для освіти вихрового повітряного потоку назвали трубою Ранке.

Пізніше, в середині минулого століття, трубу Ранка модернізував німецький винахідник Хілшем. Ще через деякий час в модернізовану трубу Ранке радянський вчений Меркулов запустив воду замість повітря. При цьому він виявив, що на виході вода сильно нагрілася.

Схема пристрою труби Ранка

Така властивість пов'язане з тим, що в воді, коли вона проходить через вихрову трубу, утворюється безліч водяних бульбашок. В результаті впливу тиску води, ці бульбашки руйнуються. При цьому вивільняється деяка кількість енергії, яка нагріває воду.

Даний процес називається кавітацією. Цей принцип і ліг в основу всіх сучасних теплових генераторів.

Види теплових генераторів

Залежно від типу пристрою теплогенератори діляться на кілька видів. Найбільш широке поширення з них отримали:

Роторний. Теплогенератор має ротор, який відповідає за освіту вихрового стелі;

Промисловий статичний теплогенератор

Статичний. Тиск води в такому приладі створює відцентровий кавітаційний насос. При цьому водяна утворюється за рахунок спеціальних кавітаційних трубок.

Кожен теплогенератор має свої переваги і недоліки, з якими ми ознайомимося нижче.

Роторний теплогенератор може мати різну конструкцію. Треба сказати, що даний апарат до цього дня знаходиться в стадії розробки і удосконалення.

Роторний теплогенератор – основні вузли пристрою

Найбільш поширеним вважається дисковий роторний теплогенератор. Такий апарат складається з декількох основних елементів:

ротор. Виконаний у вигляді диска, звідси і така його назва. Для найбільшої ефективності пристрою, в роторі просверливаются отвори.
Кількість отворів і глибина розраховуються індивідуально, залежно від потужності двигуна і обсягу корпусу. Швидкість обертання ротора в корпусі досягає 3000 оборотів в хвилину;

Електродвигун. Пускає в хід ротор. Так як для роботи застосовується електродвигун, пристрій ще називають теплоелектрогенератор.
Треба сказати, що в потужних апаратах можуть використовуватися інші силові агрегати, наприклад, дизельні двигуна;

На фото – корпус теплового генератора

Корпус. Являє собою порожнистий циліндр. Відстань між ротором і стінками корпусу також підбирається індивідуально, але, як правило, знаходиться в межах 1,5-2 мм.

До нижньої частини корпусу підключається труба з холодною водою, а зверху труба, по якій виводиться гаряча вода.

В результаті обертання ротора відбувається тертя води з корпусом і самим ротором, за рахунок чого і нагрівається вода. Крім того, допомагають нагріванню і руйнуються бульбашки повітря, про які я вже говорив вище.

По суті, даний апарат – це не що інше, як тепловий насос Френетта, принцип якого полягає в тому, що один циліндр обертається усередині іншого, а між ними нагрівається рідина.

Роторні теплові генератори зазвичай застосовуються для обігріву виробничих приміщень

переваги:

Простота конструкції. Як ви бачите, пристрій апарату в цілому досить просте. Тому можна навіть зробити роторний теплогенератор своїми руками.
По суті, самостійно потрібно виготовити або замовити лише корпус ротора і сам ротор. Всі інші деталі купуються в магазині;

Щоб не займатися самостійно розрахунками, що вимагає певних знань, можна взяти готові креслення роторного теплового генератора.

Ефективність. Роторний теплогенератор виділяє на 30 відсотків більше теплової потужності, ніж статичний.

Крім того, він більш економічний, ніж традиційні прилади опалення. Це, власне, і є основною перевагою теплових генераторів, заради яких їх використовують в побутових і промислових системах опалення.

Мінусів роторний теплогенератор має небагато:

гучність. Це доставляє певний дискомфорт в процесі експлуатації пристрою;
Підвищений знос деталей. У такого апарату швидко зношуються сальники і ущільнювачі.

В результаті цих недолік теплоелектрогенератор частіше застосовують для обігріву виробничих приміщень, ніж для житлових будинків або квартир.

Статичний теплогенератор Потапова

статичний

Статичний кавітаційний теплогенератор, як я вже говорив вище, працює за рахунок відцентрового насоса. Тому не має ніяких обертових елементів, що дає йому свої переваги, з якими ознайомимося нижче.

Принцип роботи даного апарату виглядає наступним чином:

Відцентровий насос забезпечує високу швидкість пересування води;
Вода спрямовується у вхідний отвір сопла;
Так як вихідний отвір сопла значно менше, ніж вхідний, в ньому утворюється високий тиск води. В результаті вода ще більше прискорюється;
Через швидке розширення води, на виході з сопла відбувається кавітаційний ефект з утворенням газу всередині.

Таким чином, нагрів рідини в даному апараті відбувається в результаті тих же процесів, які відбуваються в і роторном тепловому генераторі – кавітації і тертя рідини.

На схемі теплогенератор Потапова

Також користується популярністю теплогенератор Потапова, який працює дещо інакше:

Відцентровий насос подає воду під тиском в так звану равлика (на схемі 2);
В результаті обертання всередині вигнутого каналу вода починає нагріватися;
З равлики вода потрапляє в вихрову трубу (3), що володіє спіраллю на стінках. Довжина останньої повинна бути більше ширини в десятки разів.

В вихровий трубі вода продовжує нагріватися;

Далі розташовано гальмівний пристрій (4). У ньому струмінь трохи вирівнюється завдяки пластин, які закріплені на втулці. Усередині гальмівного пристрою розташовано порожній простір, яке пов'язане з нижнім гальмом (7).
Гаряча вода піднімається вгору і виходить через вихідний патрубок, до якого підключається система опалення, а холодна опускається вниз. При цьому холодну воду нагрівають пластини, які в свою чергу нагріваються гарячою водою;
Тепла вода спускається до нижнього гальма і додатково підігрівається завдяки квітці;
Далі тепла вода через байпас (8) потрапляє в вихідний патрубок, де змішується з гарячою водою.

Схема діагональної обв'язки

Щоб використовувати в системі опалення теплогенератор Потапова, необхідно виконати діагональну обв'язку батарей. В такому випадку зверху буде подаватися гаряча теплоносій, а знизу буде виходити холодний, який подається на відцентровий насос. В результаті опалення буде працювати найбільш ефективно.

переваги:

Довговічність. Подібний пристрій, як правило, працює без ремонту більше 5 років;
Простота ремонту. Найчастіше виходить з ладу сопло. Виконати його заміну своїми руками під силу кожному, крім того, такий ремонт вимагає трохи витрат;
Низький рівень шуму. Теплогенератор даного типу працює значно тихіше, ніж роторний аналог;
Не потрібно балансування. При складанні конструкції немає необхідності шліфувати, калібрувати і точно підганяти деталі;

Статичний теплогенератор має наступні недоліки:

Порівняно невисока продуктивність. Як я вже говорив вище, теплогенератор даного типу менш продуктивний, але в будь-якому випадку обігрів приміщення виходить менш енерговитратним, ніж в разі використання традиційних приладів опалення;
Висока вартість насоса. Вартість відцентрового насоса досить висока, правда, в цілому собівартість обох апаратів приблизно однакова.

Статичний апарат цілком може використовуватися в побутовій опалювальній системі.

Теплогенератор вітчизняного виробництва ВТГ

Теплогенератор не обов'язково робити самостійно. У продажу існують вже готові апарати. Наостанок я приведу вартість деяких популярних моделей: