13. Принцип "наоборот"

а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить кратное действие (например, не охлаждать, а нагревать и наоборот). В частности, постулат немецкого физика Рудольфа Клаузиуса гласит: "Теплота не может сама собой перейти от менее нагретого тела - к более нагретому", и запрещает возможность создания вечного двигателя второго рода, работающего на рассеянной в окружающей среде энергии. Однако, аккумулирование энергии возможно при ускоренном намораживании льда с дождеванием воды при отрицательных температурах окружающей среды: в зависимости от температуры окружающего воздуха зимой подбираются производительность насосной станции, условия и высота распыления воды через насадки. Можно получить лед рыхлый, пористый, зернистый или монолитный и твердый, который затем использовать для накопления холодной воды на лето или создания искусственных снежных покровов в бесснежные зимы и др. Возможно аккумулирование льда в специальных хранилищах типа термосов, с последующим использованием его в качестве холодильного агента при переработке и хранении сельхозпродуктов или для поддержания микроклимата при выращивании скота (например, при намерзании 1 кг льда высвобождается 334 кДж) [14].

б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную - движущейся.

в) Перевернуть объект "вверх ногами", вывернуть его. Например, в устройстве для струйной обработки металла (а. с. 1783844*) используется ковш, состоящий из двух камер с электродами, соединенных между собой шиберным затвором, причем ковш имеет возможность поворачиваться "вверх ногами" на 180. При этом реализуется возможность многократного перелива (по аналогии с песочными часами) с наложением на струю металла напряжения и нагрев плазменной дугой возникающей в объеме струи.

14. Принцип сфероидальности

а) Перейти от прямолинейных частей к криволинейным; от плоских поверхностей к сферическим; от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.

б) Использовать ролики, шарики, спирали. Например, устройство, предотвращающее образование накипи, содержит кольцевую обойму с помещенным в нее шариком и движущимся с большой скоростью, например, под действием сжатого воздуха. Обойма охватывает теплообменную трубу или коллектор экранного пучка. При движении шарика возникают колебания широкого спектра частот и амплитуд. Вибрации передаются на поверхность теплообменной аппаратуры, при этом на внутренних стенках сокращается отложение накипи.

в) Перейти от прямолинейного движения к вращательному, использовать центробежную силу. Например, устройство для вварки труб в трубные решетки теплообменников имеет электроды в виде катящихся шариков. Существует проблема зажигания горелок находящихся в глубине топочного пространства напорных котлов и в камерах сгорания ГТУ. У существующих электрозапальных устройств (например, электро-искровых типа ЗЗУ) наблюдаются следующие недостатки: чтобы зажечь струю распыленного топлива (уголь или мазут) иногда искры недостаточно, необходимо на некоторое время сформировать устойчивый огненный факел. В высокоскоростном потоке дутьевого воздуха пламя факела срывается, гаснет и основное топливо горелки не воспламеняется. Сбой в растопке котла может привести к чрезмерной загазованности топки, хлопку и даже взрыву смеси. Поэтому, после неудачной попытки поджига горелки необходимо тщательно провентилировать объем топки и газоходы. Еще сложнее дело обстоит с ГТУ - здесь необходимо зажигать одновременно несколько горелок в камере сгорания. Если хотя бы одна горелка не воспламенилась, приходится гасить все остальные и проводить вентилирование. Ложный пуск связан с потерей времени, топлива и моторесурса ГТУ. Устойчивый протяженный факел горения можно получить в вихревом устройстве, содержащем: запальную свечу, вихревую камеру с тангенциальным воздушным соплом и каналом подачи горючего газа, и цилиндрическую трубу огнепровода. При этом газ и воздух смешиваются в определенной пропорции, закручиваются в спиральный вихрь, смесь поджигается свечой в первичном очаге горения и в огнепроводе образуется пламенный жгут, представляющий собой трубчатый фронт пламени значительной протяженности. На торце трубы формируется устойчивый факел, не сдуваемый сильным поперечным потоком воздуха и обеспечивающий воспламенение основной горелки. Другой пример: водогрейный котел без нагревательных труб - вода нагревается путем непосредственного контакта с пламенем газовой горелки. При этом используется гидроциклонная установка, по внутренним стенкам которой протекают закрученные водяные струи. В центре вихревого потока воды находится мощная газовая горелка. При мощности горелки 11,2 кВт нагревается 1,2 т воды в час от 10 до 90 °С. При этом КПД на 10 % выше, чем у традиционных бойлеров, кроме того, отсутствует накипеобразование и, соответственно, упрощается химическая обработка воды [13].

г) Использование вихревого эффекта. Например, у современных парогенераторов (барабанных или прямоточных) по сути те же недостатки, что и парового котла изобретенного Дени Папеном. Если отвлечься от конструктивного оформления, то в барабанном котле все происходит как в обычном чайнике. Вода нагревается до кипения и пузырьки пара устремляются к поверхности раздела, где схлопываются. Чем больше зеркало кипения, тем больше паропроизводительность. В барабанных котах скорость подъема пузырьков не превышает 40 см/с и не поддается регулированию. В прямоточных котлах расход пара подвержен колебаниям, неустойчивы и параметры котла. В зоне интенсивного парообразования быстро меняются тепловые потоки, вызывая срыв режима, неустойчивости в работе котла и аварии. Пузырьки пара, схлопываясь на поверхности зеркала кипения, обязательно образуют брызгоунос влаги. Пар подхватывает такие капли и на выходе из котла он становится влажным. Поэтому устанавливают брызговики и сепараторы, увеличивают свободный объем над зеркалом испарения, но это повышает металлоемкость, габариты и вес барабана-сепаратора, усложняется регулирование. В традиционных паровых котлах условия теплообмена от факелов к пароводяной смеси в экранных трубках неустойчивы, так как паровые пузыри или пленки хуже проводят теплоту. В прямоточных котлах "гуляющая" граница раздела воды и пара часто является источником аварийных ситуаций. Существуют жесткие требования к качеству питательной воды (по соле- и газосодержанию). Для устранения этих известных для теплоэнергетиков недостатков был предложен (а. с. 419687) вихревой парогенератор, содержащий цилиндрические входные и выходную камеры, разделенные радиальной кольцевой перегородкой и снабженные тангенциальными входным и выходным каналами, а также канал для выхода пара по оси цилиндрических камер. Жидкость под давлением подается тангенциально к поверхности цилиндра, закручивается с большего на меньший радиус, с ростом линейной скорости и падением давления в движущейся жидкости (по закону Бернулли). При подаче недогретой до кипения жидкости в зону пониженного давления, она закипает. Под действием центробежной силы капельки жидкости, образующиеся при схлопывании пузырьков, сепарируются в жидкость. Теплота, идущая на образование пара, отбирается от жидкости, которая вновь направляется в теплообменник для подогрева. При этом скорости всплывания пузырьков составляют 1020 м/с, а удельная паропроизводительность - 2 кг/(м² с), т. е в 25 раз больше, чем в барабанном котле. В кипящем слое образуются только мелкие пузырьки, так как велики силы выталкивания. В теплообменниках или экранных трубках жидкость не доводится до кипения, поэтому нет явлений кризиса кипения, ухудшающих теплообмен, а пар образуется только в самом вихревом парогенраторе, который легко поддается автоматическому регулированию. Вихревые котлы можно использовать также для разгонки нефтепродуктов, вместо ректификационных колон, для выпарки сильно пенящихся жидкостей и в опреснительных установках.

В устройстве для очистки катанки дуговым разрядом (а. с. 997889*) для создания динамического вакуума в разрядной камере используются два вихревых эжектора по оси которых проходит катанка, при этом отпадает необходимость в сложных шлюзовых камерах, а также появляется возможность контролируемого охлаждения катанки.