Теплогенератор своими руками – рекомендации по изготовлению. Кавитационный теплогенератор: устройство, виды, применение

Принцип действия

Так выглядит рабочий генератор Потапова — поток воды из патрубка очень горячий

Традиционно считалось, что кавитация — это паразитное явление, характеризующееся интенсивным образованием пузырьков, которые, во время схлопывания, провоцируют разрушение окружающих предметов.

Характерный пример последствий кавитации — разрушение корабельных винтов или разрушение крыльчатки лопастных насосов. Теплогенератор вихревого типа — это прибор, в котором паразитное явление приносит пользу.

На фото еще один теплогенератор Потапова, в ходе испытательных работ подключённый к отопительному радиатору

Кавитация позволяет не давать воде тепло, а извлекать тепло из движущейся воды, при этом нагревая ее до значительных температур.

Несмотря на то, что кавитация — это паразитное явление, конструкционные элементы современных теплогенераторов, в отличии от тех же корабельных винтов, не страдают. Это объясняется тем, что кавитационные процессы протекают не вокруг дискового активатора, а за ним.

Принцип действия кавитационного преобразователя

Иллюстрация

Описание процесса

В преобразователь трубного типа подается основной поток жидкой среды обычной температуры;
Навстречу движению основного потока подаются дополнительные потоки жидкой среды;
Разнонаправленные потоки, сталкиваясь, создают эффект кавитации, за счет чего жидкая среда на выходе из преобразователя нагревается.

Устройство и особенности функционирования

Так выглядит стационарная кавитационная установка, подключённая к промышленной системе отопления

Устройство действующих образцов вихревых теплогенераторов внешне несложное. Мы можем видеть массивный двигатель, к которому подключена цилиндрическое приспособление «улитка».

«Улитка» — это доработанная версия трубы Ранка. Благодаря характерной форме, интенсивность кавитационных процессов в полости «улитки» значительно выше в сравнении с вихревой трубой.

Дисковый активатор, одетый на вал — это приспособление отвечает за движение водной среды и за создание кавитационного эффекта

В полости «улитки» располагается дисковый активатор — диск с особой перфорацией. При вращении диска, жидкая среда в «улитке» приводится в действие, за счет чего происходят кавитационные процессы:

Электродвигатель крутит дисковый активатор. Дисковый активатор — это самый важный элемент в конструкции теплогенератора, и он, посредством прямого вала или посредством ременной передачи, подсоединён к электродвигателю. При включении устройства в рабочий режим, двигатель передает крутящий момент на активатор;
Активатор раскручивает жидкую среду. Активатор устроен таким образом, что жидкая среда, попадая в полость диска, закручивается и приобретает кинетическую энергию;
Преобразование механической энергии в тепловую. Выходя из активатора, жидкая среда теряет ускорение и, в результате резкого торможения, возникает эффект кавитации. В результате, кинетическая энергия нагревает жидкую среду до + 95 °С, и механическая энергия становится тепловой.

Критерии выбора

Ввиду того, что дровяной автономный электрогенератор существует в нескольких исполнениях, выбор пользователя упрощается. Так как для дома подходит лишь печь-генератор, то других вариантов нет. А крупногабаритные электростанции на дровах используются для электроснабжения промышленных или гражданских объектов, так как их мощность варьируется в пределах 100-200 кВт.

При выборе следует учесть, объект какой площади будет обслуживаться, а также на какую мощность следует рассчитывать. Чтобы определиться с величиной расхода топлива, нужно спланировать, с какой степенью эффективности и как часто будет использоваться устройство, исходя из этого, подбирается и объем загрузочного контейнера для дров.

Существующие модели

Полнофункциональное высокопроизводительное оборудование типа электростанции BioKIBOR стоит довольно дорого. Если для объекта был выбран генератор на дровах, то купить его можно в пределах суммы 2 000 000 руб. По конструкции это модульная установка с автоматической подачей топлива. Чтобы обеспечить оборудование мощностью 100 кВт дровами на одни сутки, потребуется 5 т (или 200 кг на час работы). Указанное количество топлива требуется для полноценной работы станции.

Смотрим видео о модели печь-генератор на дровах Индигирка:

Такое устройство, как печь-генератор на дровах (Индигирка марки Термофор) обойдется пользователю примерно в 30 000 руб. При покупке учитывается вместительность камеры сгорания (41 л), причем максимальная загрузка – 30 л. Для отвода продуктов горения предусмотрен дымоход, диаметр которого 80 мм, а высота – 3 м. Выходное напряжение составляет 12 В, а мощность – 60 Вт.

Общие рекомендации

Для поддержания высокой температуры необходимо следить за тем, достаточно ли топлива в камере сгорания. Если в случае с автоматизированной электростанцией этого делать не придется, то печь-генератор не имеет функции автономной подачи топлива.

Такое устройство должно обязательно эксплуатироваться с отводящим продукты горения дымоходом, в особенности, если эксплуатация ведется в помещении.

В качестве альтернативы дорогостоящему оборудованию можно сделать электрогенератор резервный на дровах своими руками. Но и такая конструкция подразумевает использование элемента Пельтье. Без этого проблематично организовать преобразование температуры в электричество. По оценкам пользователей компактная печь-генератор вполне оправдывает себя, особенно в условиях нынешнего снижения цены на такой агрегат и доступности твердого топлива.

Таким образом, эксплуатация бытового электрогенератора малой мощности является альтернативой производительным бензиновым и дизельным устройствам. Но перед покупкой следует продумать такой момент, как необходимость приобретения инвертора для преобразования выходного напряжения величиной 12 В в 220 В. Без этого невозможно будет подключить большинство современных приборов.

Повышаем производительность

Насос теряет тепловую энергию, что является главным недостатком вихревого генератора (по крайней мере, в описанном своем варианте). Поэтому насос лучше окунуть в специальную водяную рубашку, дабы исходящее от него тепло также приносило пользу.

Диаметр этой рубашки должен быть несколько больше, чем у насоса. Можем использовать для этого по традиции обрезок трубы, а можно из листовой стали сделать параллелепипед. Его габариты должны быть такими, чтобы все элементы генератора свободно в него помещались, а толщина – чтобы выдерживал рабочее давление системы.

Помимо того, снизить теплопотери можно установкой специального жестяного кожуха вокруг устройства. Изолятором может стать любой такого рода материал, который способен выдерживать рабочую температуру.

Собираем следующую конструкцию: теплогенератор, насос и соединяющий патрубок.
Измеряем, каковы их габариты, и подбираем трубу нужного диаметра – так, чтобы все детали легко в ней поместились.
Изготавливаем крышки для обеих сторон.
Далее заботимся о том, чтобы детали внутри трубы были жестко закреплены, а также о том, чтоб насос сумел прокачивать сквозь себя теплоноситель.
Просверливаем выходное отверстие, крепим на него патрубок.

Обратите внимание! Необходимо поместить насос максимально близко к данному отверстию!

На втором конце трубы мы привариваем фланец, посредством которого будет закреплена крышка на прокладке-уплотнителе. Можно оборудовать внутри корпуса каркас, чтобы было проще устанавливать все элементы. Собираем устройство, проверяем, насколько прочны крепления, проверяем герметичность, вставляем в корпус и закрываем.

Затем подключаем вихревой теплогенератор ко всем потребителям, проверяем его еще раз на предмет герметичности. Если ничего не течет, то можно активировать насос. При открытии/закрытии крана на входе регулируем температуру.

Возможно вас так же заинтересует статья о том как сделать солнечный коллектор своими руками

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 этойстранице.

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

Распространенные устройства

Рассмотрим наиболее часто рекламируемые в Интернете вихревые насосы.

Выпускаемый НПП «ЭкоЭнергоМаш» насос НТГ-5,5 имеет следующие характеристики:

Мощность электродвигателя: 5,5 кВт
Теплопроизводительность: 6,6 кВт/ч

Здесь возникает первый вопрос к производителю: каким образом, в обход закона сохранения энергии, это устройство выделяет тепловой энергии больше, чем потребляет электрической? Точно такое же превышение тепловыделения над расходом энергии обещается и для других изделий этой фирмы.

Московская компания «Экотепло» выпускает несколько вариантов вихревого теплогенератора, наименее мощный из которых — это 55-киловаттный НТГ-055. Столь высокая мощность привода недвусмысленно указывает на реальную тепловую производительность устройств подобного класса, хотя производитель по-прежнему указывает в описании превосходство своих изделий над традиционными электрическими котлами.

В описании устройств, производимых НПО «Термовихрь», характеристики более завуалированы. Так, для трехкиловаттной модели вихревого теплогенератора заявленная теплопроизводительность составляет 3100 ккал/ч. Но, если вспомнить школьный курс физики, можно вычислить, что при стопроцентном преобразовании электрической энергии в тепловую 1 кВт*ч энергии равен 860 килокалориям, то есть идеальный вихревой насос с заявленной теплопроизводительностью потреблял бы 3,6 киловатт-часа электроэнергии. Следовательно, нам вновь предлагают устройство, часть тепловой энергии берущее из ниоткуда.

Информация от производителей таких устройств, репортаж телеканала Россия

Утепляем ВТП

Прежде всего, одеваем кожух. Берем для этого лист алюминия или нержавейки и вырезаем пару прямоугольников. Загибать их лучше по такой трубе, у которой больший диаметра, чтобы в итоге образовался цилиндр. Далее следуем инструкции.

Скрепляем половинки между собой с помощью специального замка, используемого для соединения водопроводных труб.
Делаем пару крышек для кожуха, но не забываем о том,/ что в них должны оставаться дырки для подключения.
Обматываем устройство термоизоляционным материалом.
Помещаем генератор в кожух и плотно закрываем обе крышки.

Есть и другой способ увеличения производительности, но для этого нужно знать, как же именно работает чудо-прибор Попова, КПД которого может превышать (не доказано и не объяснено) 100%. Мы то с вами уже знаем, как он работает, поэтому может приступать непосредственно к усовершенствованию генератора.

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.
	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.

Делаем своими руками

Перед тем, как приступить к непосредственному изготовлению, рассмотрим общее описание процесса выработки тепла, чтобы ознакомиться с основными конструктивными элементами. Итак, напорный насос под давлением от 5 до 6 атмосфер подает залитую воду в коллектор. Там создается вихрь, который плавно перемещается в вихревую трубу, длина которой ровно в 10 раз больше ее диаметра. По спиральной трубе вихрь активно перемещается, а в это время пузырьки схлопываются и нагревают воду, которая попадает в выпрямитель водного потока. Эта деталь представляет собой ряд металлических пластин, проходя через которые поток воды теряет часть энергии, становясь более контролируемым. Далее горячая вода поступает в радиаторы, делая круг, после чего возвращается обратно в генератор для последующего нагрева.

Подготовка необходимого инвентаря

Для работы нам потребуются:

вакуумный или бесконтактный насос – лучше купить уже готовую модель;
кавитатор – представляет собой трубу, плотно прилегающую к самому насосу;
патрубок – соединен с насосом, необходим для подачи воды;
водяной выпрямитель – снижает скорость водных частиц на выходе (обеспечивает снижение температуры и не допускает перегрева всего устройства);
защитный клапан – регулирует процесс водного потока, не допуская его выход и кавитацию в самом насосе.

Выполнить сборку деталей помогут следующие приспособления:

болты и гайки;
сварочный аппарат или холодная сварка;
ключи;
дрель и подходящие сверла по металлу.

Отдельные компоненты и их необходимость будет рассмотрена непосредственно в процессе установки.

Собираем агрегат по пунктам

Приступаем к работе, выполняя ее для удобства по пунктам:

Делаем корпус. Берем железную трубу с толстыми стенками (около 50 см) и делаем резьбу в 2 см. Из листа металла идентичной толщины вырезаем круги, диаметром как у трубы (2 шт). на каждой крышке делаем по два отверстия в центре: для патрубка и жинклера. Привариваем крышки к концам трубы, после чего подсоединяем патрубок в выходному отверстию насоса, откуда нагнетается вода. Второй патрубок соединяем с радиатором или трубами, ведущими в систему отопления. Устанавливаем возле выходного отверстия (донышка) металлические пластины (выпрямитель воды). Их нужно приварить. Подсоединяем насос

Тут важно не перепутать места соприкосновения патрубка. Если подключить его неправильно создастся обратная тяга, при которой вся вода, имеющаяся в системе, выйдет через насос наружу

Включаем насос в сеть и заливаем воду в генератор, контролируя весь процесс.

Самым дорогостоящим является насос, а точнее его двигатель. Его можно собрать своими руками, но не факт что полученной мощности будет достаточно для разгона жидкости до нужной скорости. Самодельный насос может и не обеспечить процесс кавитации, без которого отопительная система теряет всякий смысл.

Формула расчета

Расчет отопительной системы напрямую зависит от теоремы Вириала, которая основывается на такой схеме:

Потенциальная энергия = -2 кинетические энергии

Последний показатель отображает кинетическое движение Солнца, высчитываемую по формуле:

Эта формула работает теоретически. На практике же имеется целый ряд отклонений, делающих использование теплового вихревого генератора нерентабельным.

Сборка и установка

Сам процесс сборки всех элементов конструкции описан выше. Установка должна включать три основных показателя:

Генератор должен максимально быть удален от места сна и отдыха.
Требуется контроль за уровнем воды в системе, который может со временем уменьшаться.
Перед подключением генератора к отопительной системе, нужно его проверить на работоспособность.

Установка не требует специальных разрешений инстанций, а также сам генератор отличается повышенным уровнем безопасности.

Теплогенератор Потапова для воды

Теплогенераторы для воды бывают различных моделей и отличаются между собой по следующим показателям:

Вес: 7,5, 10, 15, 25 кг;
Мощность: 2,7, 5,5, 11, 45, 65 кВт;
Расход воды: 12, 25, 50, 100, 150;
Давление: 5 или 6 атмосфер.

В зависимости от этих показателей генератор для воды имеет маркировку: 1М, 2М, 3М, 4М, 5М. последние три используются исключительно в промфшленности, где есть необходимость обеспечения теплом больших площадей.

Видео про вихревой теплогенератор

Сфера применения

Иллюстрация	Описание сферы применения
	Отопление. Оборудование, преобразующее механическую энергию движения воды в тепло, с успехом применяется при обогреве различных зданий, начиная с небольших частных построек и заканчивая крупными промышленными объектами. Кстати, на территории России уже сегодня можно насчитать не менее десяти населённых пунктов, где централизованное отопление обеспечивается не традиционными котельными, а гравитационными генераторами.
	Нагрев проточной воды для бытового использования. Теплогенератор, при включении в сеть, очень быстро нагревает воду. Поэтому такое оборудование можно использовать для разогрева воды в автономном водопроводе, в бассейнах, банях, прачечных и т.п.
	Смешивание несмешиваемых жидкостей. В лабораторных условиях, кавитационные установки могут использоваться для высококачественного перемешивания жидких сред с разной плотностью, до получения однородной консистенции.

Интеграция в отопительную систему частного дома

Для того, чтобы применить теплогенератор в отопительной системе, его в нее надо внедрить. Как это правильно сделать? На самом деле, в этом нет ничего сложного.

Схема внедрения вихревого теплогенератора в отопительную систему загородного дома или квартиры — кроме наличия насоса, особых отличий от монтажа обычного котла нет

Перед генератором (на рисунке отмечен цифрой 2) устанавливается центробежный насос (на рисунке — 1), которой будет поддавать воду с давлением до 6 атмосфер. После генератора устанавливается расширительный бак (на рисунке — 6) и запорная арматура.

Преимущества применения кавитационных теплогенераторов

Достоинства вихревого источника альтернативной энергии
	Экономичность. Благодаря эффективному расходованию электричества и высокому КПД, теплогенератор экономичнее в сравнении с другими видами отопительного оборудования.
	Малые габариты в сравнении с обычным отопительным оборудованием сходной мощности. Стационарный генератор, подходящий для отопления небольшого дома, вдвое компактнее современного газового котла. Если установить теплогенератор в обычную котельную вместо твёрдотопливного котла, останется много свободного места.
	Небольшая масса установки. За счет небольшого веса, даже крупные установки высокой мощности можно запросто расположить на полу котельной, не строя специальный фундамент. С расположением компактных модификаций проблем вообще нет.
	Простая конструкция. Теплогенератор кавитационного типа настолько прост, что в нем нечему ломаться. В устройстве небольшое количество механически подвижных элементов, а сложная электроника отсутствует в принципе. Поэтому вероятность поломки прибора, в сравнении с газовыми или даже твердотопливными котлами, минимальна.
	Нет необходимости в дополнительных доработках. Теплогенератор можно интегрировать в уже существующую отопительную систему. То есть, не потребуется менять диаметр труб или их расположение.
	Нет необходимости в водоподготовке. Если для нормальной работы газового котла нужен фильтр проточной воды, то устанавливая кавитационный нагреватель, можно не бояться засоров. За счет специфических процессов в рабочей камере генератора, засоры и накипь на стенках не появляются.
	Работа оборудования не требует постоянного контроля. Если за твёрдотопливными котлами нужно присматривать, то кавитационный обогреватель работает в автономном режиме. Инструкция эксплуатации устройства проста — достаточно включить двигатель в сеть и, при необходимости, выключить.
	Экологичность. Кавитационные установки никак не влияют на экосистему, ведь единственный энергопотребляющий компонент — это электродвигатель.

Дровяные печи с вентилятором, теплогенераторы и тепловые пушки на твердом топливе

Принцип действия

Принцип действия кавитационного преобразователя

Устройство и особенности функционирования