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Generatori di calore a vortice
I generatori di calore Vortex sono installazioni che consentono di ricevere energia termica in dispositivi speciali convertendo l'energia elettrica.
Storia del primo generatori di calore a turbolenza radicato nel primo terzo del ventesimo secolo, quando l'ingegnere francese Joseph Rank incontrò un effetto inaspettato, esplorando le proprietà di un vortice creato artificialmente nel dispositivo che sviluppò: un tubo a vortice. L'essenza dell'effetto osservato era che all'uscita del tubo a vortice veniva osservata una separazione del flusso di aria compressa in un flusso caldo e freddo.
La ricerca in questo campo è stata continuata dall'inventore tedesco Robert Hillsch, che negli anni Quaranta del secolo scorso ha migliorato il design del tubo a vortice di Rank, ottenendo un aumento della differenza di temperatura dei due flussi d'aria all'uscita del tubo. Tuttavia, sia Rank che Hilsch non sono riusciti a giustificare teoricamente l'effetto osservato, che ha ritardato la sua applicazione pratica per molti decenni. Va notato che una spiegazione teorica più o meno soddisfacente dell'effetto Rank-Hills dal punto di vista dell'aerodinamica classica non è stata ancora trovata.
Uno dei primi scienziati a cui è venuta l'idea di mettere liquido nella pipa del Rango è lo scienziato russo Alexander Merkulov, professore all'Università aerospaziale statale di Kuybyshevsky (ora Samara), a cui è stato attribuito lo sviluppo delle basi della nuova teoria. Creato da Merkulov alla fine degli anni '50, il laboratorio di ricerca industriale sui motori termici e sulle macchine per la refrigerazione ha condotto un'enorme quantità di ricerche teoriche e sperimentali sull'effetto vortice.
L'idea di utilizzare non aria compressa ma acqua come fluido di lavoro in un tubo a vortice era rivoluzionaria, perché l'acqua, a differenza del gas, è incomprimibile. Di conseguenza, non dovrebbe essere previsto l'effetto della separazione dei flussi in freddo e caldo. Tuttavia, i risultati hanno superato tutte le aspettative: l'acqua che passa attraverso la "coclea" si è rapidamente riscaldata (con un'efficienza superiore al 100%).
Lo scienziato ha avuto difficoltà a spiegare l'efficacia simile del processo. Secondo alcuni ricercatori, l'aumento anormale della temperatura del liquido è causato da processi di microcavitazione, vale a dire il "collasso" di microcavità (bolle) riempite di gas o vapore, che si formano durante la rotazione dell'acqua in un ciclone. L'incapacità di spiegare un'efficienza così elevata del processo osservato dal punto di vista della fisica tradizionale ha portato al fatto che l'energia termica del vortice si è stabilita saldamente nell'elenco delle direzioni "pseudoscientifiche".
Nel frattempo, questo principio è stato adottato, che ha portato allo sviluppo di modelli funzionanti di generatori di calore e di energia che implementano il principio sopra descritto. Attualmente, centinaia di generatori di calore a vortice di varie capacità prodotti da una serie di imprese nazionali di ricerca e produzione stanno operando con successo in Russia, in alcune repubbliche dell'ex Unione Sovietica e in diversi paesi stranieri.
Fig. 1. Diagramma schematico del generatore di calore a vortice
Attualmente, le imprese industriali producono generatori di calore a vortice di vari design.
Fig. 2. Generatore di calore a vortice "DEVE"
All'impresa di ricerca e sviluppo di Tver "Angstrom" è stato sviluppato un convertitore di energia elettrica in calore - generatore di calore a vortice "MUST". Il principio della sua azione è brevettato da R.I. Mustafayev (Pat. 2132517) e consente di ricevere energia termica direttamente dall'acqua. Il design non ha elementi di riscaldamento e solo una pompa che pompa l'acqua è alimentata dall'elettricità.Un blocco di acceleratori di fluido e un dispositivo di frenatura si trovano nel corpo del generatore di calore a vortice. È costituito da diversi tubi a vortice con un design speciale. L'inventore afferma che nessuno dei dispositivi progettati per questi scopi ha un coefficiente più elevato.
L'alta efficienza non è l'unico vantaggio del nuovo convertitore. Gli sviluppatori ritengono particolarmente promettente utilizzare il loro generatore di calore a vortice di nuova costruzione, nonché oggetti lontani dal teleriscaldamento. Il generatore di calore a turbinio DEVE essere montato direttamente nelle reti di riscaldamento interne formate di oggetti, nonché nelle linee tecnologiche.
È impossibile non dire che la novità è ancora più costosa delle caldaie tradizionali. Angstrom offre già ai suoi clienti diversi generatori MUST con capacità da 7,5 a 37 kW. Sono in grado di riscaldare ambienti da 600 a 2200 metri quadrati, rispettivamente.
Il rapporto di conversione dell'elettricità è 1,2, ma può raggiungere 1,5. In totale, in Russia operano circa un centinaio di generatori di calore a turbinio. I modelli prodotti di generatori di calore DEVE consentire il riscaldamento di ambienti fino a 11.000 m3. Il peso dell'installazione è compreso tra 70 e 450 kg. La potenza termica dell'installazione MUST 5.5 è 7112 kcal / h, la potenza termica dell'installazione MUST 37 è 47840 kcal / h. Il vettore di calore utilizzato nel generatore di calore a turbolenza DEVE essere acqua, antigelo, poliglicole o qualsiasi altro liquido non congelante.
Fig. 3. Generatore di calore a vortice "VTG"
Generatore di calore a vortice VTG È un corpo cilindrico dotato di un ciclone (lumaca con ingresso tangenziale) e un dispositivo di frenatura idraulica. Il fluido di lavoro sotto pressione viene fornito all'ingresso del ciclone, dopo di che lo attraversa in un percorso complesso e viene frenato nel dispositivo di frenatura. Non viene creata ulteriore pressione nei tubi della rete di riscaldamento. Il sistema funziona in modalità pulsata, fornendo una modalità di temperatura predeterminata.
Acqua o altri liquidi non aggressivi (antigelo, antigelo) vengono utilizzati come trasportatori di calore in VTG, a seconda della zona climatica. Il processo di riscaldamento di un liquido si verifica a causa della sua rotazione secondo determinate leggi fisiche e non sotto l'influenza di un elemento riscaldante.
Il coefficiente di conversione dell'energia elettrica in calore dal generatore di calore a vortice VTG di prima generazione era di almeno 1,2 (cioè il KPI era di almeno il 120%). In VTG, viene consumato solo su una pompa elettrica che pompa acqua e l'acqua rilascia ulteriore energia termica.
L'installazione funziona in modalità automatica, tenendo conto della temperatura ambiente. La modalità operativa è controllata da un'automazione affidabile. Il riscaldamento a flusso diretto del liquido è possibile (senza un circuito chiuso), ad esempio, per produrre acqua calda. Il riscaldamento avviene in 1-2 ore, a seconda della temperatura esterna e del volume della stanza riscaldata. Il coefficiente di conversione dell'energia elettrica (KPI) in calore è molto superiore al 100%.
I generatori di calore a vortice VTG sono stati testati in vari istituti di ricerca, tra cui la RSC Energia che prende il nome SP Korolev nel 1994, presso il Central Aerodynamic Institute (TsAGI). Zhukovsky nel 1999. I test hanno confermato l'elevata efficienza del generatore di calore a vortice VTG rispetto ad altri tipi di riscaldatori (elettrici, a gas e funzionanti anche con combustibili liquidi e solidi). Alla stessa potenza termica di quella degli impianti di riscaldamento tradizionali, unità generatrici di calore a vortice di cavitazione consumare meno elettricità.
L'installazione è caratterizzata dalle massime prestazioni complessive, facile da mantenere e ha una durata di oltre 10 anni. Il generatore di calore a turbolenza VTG si distingue per le sue piccole dimensioni: l'area occupata, a seconda del tipo di generatore di calore, è di 0,5-4 mq. Su richiesta del cliente, è possibile produrre un generatore per il funzionamento in ambienti aggressivi. Generatori di calore a vortice di varie capacità sono prodotti anche da altre imprese.
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