ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к устройствам для нагрева воздуха, используемого в системах воздушного отопления производственных и бытовых помещений.

Известен воздухонагреватель - рекуператор, в котором воздушный канал снабжен сечения турбулизатором, заметно интенсифицирующим радиационный теплообмен от дымового канала к нагреваемому воздуху [1].

Известен также теплогенератор, в котором размещенная по оси камера сгорания окружена кольцевым воздушным и дымовыми каналами, в первом из которых установлен сетчатый турбулизатор [2]. Геометрические параметры сетчатого турбулизатора оптимизированы (плотность - 25 - 50%, угол по направлению воздушного потока - 110 - 130^o).

Недостатком известных конструктивных решений воздухонагревателей является оптимизация с помощью только сетчатых поверхностей. Конвективная (низкотемпературная) часть дымового тракта оставлена без внимания.

Наиболее близким к изобретению является воздухонагреватель, представляющий собой радиационно-конвективный рекуператор и содержащий радиационную и конвективную части теплообменника, как правило, устанавливаемые последовательно [3] . Недостатком этого воздухонагревателя является отсутствие оптимизации в размещении радиационной и конвективной частей теплообменника, а также конструктивной детализации конвективной части, выполненной в виде трубчатки.

Сопоставимый анализ показывает, что предлагаемое техническое решение в отличие от прототипа обеспечивает повышенную компактность воздухонагревателя путем выполнения радиационной части теплообменника в виде многоветвевой трубы и размещения ее внутри трубчатки конвективной части теплообменника. Кроме того, в предлагаемом воздухонагревателе оптимизировано соотношение суммарной площади проходного сечения радиационной части, трубчатки, а также площади поперечного сечения раздающего и собирательного дымовых коллекторов, что обеспечивает интенсивный теплообмен с воздухом и равномерный нагрев отдельных труб. Кроме того, сетчатые турбулизаторы смонтированы вокруг радиационной части теплообменника в виде сплошной поверхности, состоящей из отдельных элементов формы треугольника. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают предлагаемому изобретению критерию "существенные отличия".

Цель изобретения - снижение удельной металлоемкости воздухонагревателя путем повышения его компактности и теплоэнергетической эффективности.

Цель достигается тем, что воздухонагреватель, содержащий автоматизированный горелочный блок, воздушный вентилятор - нагнетатель, радиационную часть теплообменника, охваченную сетчатым турбулизатором, и конвективную его часть, выполненную в виде трубчатки с разделяющим и собирательным дымовыми коллекторами, оборудован радиационной частью теплообменника в виде многоветьевой трубы и размещенной внутри трубчатки конвективной части теплообменника.

Кроме того, сетчатые турбулизаторы смонтированы вокруг радиационной части теплообменника в виде сплошной поверхности, состоящей из отдельных элементов в форме треугольника.

При этом отношение суммарной площади проходного сечения радиационной части, трубчатки и площадей поперечного сечения раздающего и собирательного дымовых коллекторов составляет 0,8 - 1,2.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция предлагаемого воздухонагревателя.

Воздухонагреватель содержит автоматизированный горелочный блок 1, состыкованный с многоветвевой трубой 2 радиационной части теплообменника. Радиационная часть теплообменника заканчивается раздающим коллектором 3 конвективной части теплообменника, в который вмонтирована трубчатка 4, состоящая из отдельных труб. Другим концом трубы вмонтирована в собирательный коллектор 5. В поперечном направлении теплообменник омывается воздухом от воздушного вентилятора-нагревателя. При монтаже воздухонагревателя особые требования предъявляются к сборке многоветвевой трубы 2 теплообменника, размещению ее внутри трубчатки 4, креплению трубчатки 4 к раздающему 3 и собирательному 5 коллекторам.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

Продукты сгорания топлива из автоматизированного горелочного блока 1 поступают последовательно в многоветвевую трубу 2, трубчатку 4, собирательный коллектор 5 и выбрасываются в дымовой эвакуационный тракт 7. Компактная компановка теплообменника обуславливает высокий коэффициент теплопередачи к поперечно подаваемому нагреваемому воздуху.

Оптимальное соотношение поперечных сечений многоветвевой трубы 2, трубчатки 4, а также раздающего 3 и собирательного 5 коллекторов обеспечивают равномерную раздачу продуктов сгорания по отдельным трубам, их равномерный нагрев, а следовательно, и высокую эксплуатационную надежность.

Экспериментально было показано, что соотношение проходных сечений четырех элементов воздухонагревателя должно быть близким к единице. Опытным путем зафиксировано, что при этом величине указанного соотношения меньше 0,8 наблюдалось повышенное гидравлическое сопротивление дымового тракта, а при соотношении выше 1,2 - снижение эффективности теплообмена, что выразилось в снижении температуры нагрева воздуха ниже 50^oC. Отсюда указанное соотношение определено в интервале 0,8 - 1,2.

Экспериментальная проверка заявляемого воздухонагревателя показала, что по сравнению с известными аналогичными устройствами заявляемое изобретение характеризуется более высокой удельной металлоемкостью (кВт/кг) за счет более высокой компактности теплообменной части и интенсивного теплообмена. Максимальная температура нагрева воздуха достигала 210^oC, в то время как в известных образцах она не превышает 140^oC.

Источники информации:
1. Авт. св. СССР N 896325, кл. F 23 L 15/04, 1982.

2. Авт. св. СССР N 1545051, кл. F 26 B 23/02, 1990.

3. П. Ф. Каплунов, А.Е.Ериков, В.Н.Григорьев. Радиационно-конвективный рекуператор для высокотемпературных печей. Ж. "Сталь", 1972, N 9, с.853-854.

Изобретение предназначено для нагрева воздуха в системах воздушного отопления производственных и бытовых помещений. Воздухонагреватель содержит автоматизированный горелочный блок, воздушный вентилятор-нагнетатель, радиационную и конвективную части теплообменника, в первой из которых смонтированы сетчатые турбулизаторы, а вторая выполнена в виде трубчатки, на входе в которую выполнен раздающий коллектор, а на выходе - собирательный коллектор. Новым в воздухонагревателе является выполнение радиационной части теплообменника в форме многоветвевой трубы и размещение последнего внутри трубчатой конвективной части теплообменника. Сетчатые турбулизаторы смонтированы сплошной поверхностью вокруг многоветвевой трубы и выполнены в виде соединенных между собой элементов в форме треугольников. Соотношение площадей проходных сечений соответственно по ходу дыма многоветвевой трубы, раздающего коллектора, трубчатки и собирательного коллектора выбрано равным 0,8 - 1,2. Такое выполнение воздухонагревателя повышает его компактность и теплоэнергетическую эффективность. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Воздухонагреватель, содержащий автоматизированный горелочный блок, воздушный вентилятор-нагнетатель, радиационную часть теплообменника, охваченную сетчатым турбулизатором, и конвективную его часть, выполненную в виде трубчатки с раздающим и собирательным дымовыми коллекторами, отличающийся тем, что радиационная часть теплообменника выполнена в виде многоветвевой трубы и размещена внутри трубчатой конвективной части теплообменника. 2. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что сетчатые турбулизаторы смонтированы сплошной поверхностью вокруг радиационной части теплообменника, а ее отдельные элементы выполнены в форме треугольника. 3. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что соотношение площадей проходного сечения соответственно радиационной части теплообменника, раздающего коллектора, трубчатки и собирательного коллектора выбрано равным 0,8 - 1,2.