ТЕРМОЛУЧЕВАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ОБОГРЕВА Российский патент 2000 года по МПК F24D12/00 

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для отопления жилых и производственных помещений и обогрева технологических объектов.

Известны отопительные системы, использующие теплоту сгорания топлива и содержащие устройство для производства тепловой энергии, концентратор тепловой энергии, тепловую сеть с регуляторами тепловых потоков и рассеиватели тепла. Для доставки тепловой энергии к месту потребления обычно используется теплоноситель - вода, пар, горячий воздух.

Тепловая энергия выделяется при сжигании топлива (газ, мазут, угольная пыль, смеси газ-уголь и т.п.) в специальных устройствах, содержащих форсунку и радиатор, преобразующий теплоту горячих дымовых газов в лучистое или конвекционное тепло.

Наиболее распространены паровые и водяные системы отопления. В них радиатором и концентратором являются паро- или водяные котлы с системой экранных и конвективных труб. Экранные трубы преобразуют тепловое излучение пламени сгорающего топлива в теплоту горячей воды или пара. Конвективные трубы переводят теплоту горячих дымовых газов в дополнительную теплоту перегретого пара или воды и в теплоту горячего воздуха для сжигания топлива. Горячий пар или вода естественно или принудительно циркулируют по тепловой сети из стальных труб с теплоизоляцией и достигают радиаторов-рассеивателей. Поверхности рассеивателей излучают и конвективно передают воздуху в помещении тепловую энергию остывающего пара или охлаждающейся воды. Такие системы металлоемки, трудоемки в изготовлении и монтаже и недолговечны. Котлы аккумулируют большие количества энергии, взрывоопасны и для их эксплуатации существует специальная служба котлонадзора. Утечки теплоносителя кроме больших потерь тепла вызывают аварии с затоплениями, размывами и подтоплениями.

Кроме паровых и водяных систем отопления известны так называемые системы лучистого отопления, в которых тепловое излучение источника тепла непосредственно направляется на обогреваемый объект или рассеивается в отапливаемом помещении без перевода лучистого тепла в теплоту теплоносителя. Такие системы отопления более эффективны, чем водяные и паровые, так как позволяют направить тепловой поток непосредственно на обогреваемый объект в помещении. Санитарно-гигиенические условия в помещениях с лучистым отоплением более комфортные, чем с другими системами отопления. Сама система существенно дешевле, поскольку в ней нет проблемы давлений, утечек, насосов, уплотнений, коррозийных явлений. Монтаж систем значительно менее трудоемкий, а сами системы долговечней.

Наиболее близким аналогом с заявляемым изобретением по технической сущности и по достигаемому положительному эффекту является изобретение А.А. Худенко "Система отопления" по а.с. N 379815 и дополнительному к нему а.с. N 700750. В а.с. N 379815 "Система отопления" представлена система отопления зданий, содержащая располагаемый вне обогреваемого помещения генератор тепловой энергии с рефлектором, герметичные трубопроводы из теплоотражающего материала для подвода тепла к месту потребления, отражатели для управления тепловыми потоками и выпуски из кварцевого стекла. По а.с. N 700750 для охлаждения трубопроводов и повышения эффективности системы трубопроводы располагаются в воздуховодах с приточной вентиляцией.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Основными недостатками этого решения являются: отсутствие технического решения генератора тепловой энергии; необходимость охлаждения трубопроводов; отсутствие рассеивателей тепловой энергии на выпусках. Такое исполнение системы отопления неработоспособно.

Целью настоящего изобретения является создание технически выполнимой работоспособной системы отопления помещений и обогрева объектов тепловым излучением пламени сгорающего топлива.

Указанная цель достигается тем, что в системе отопления, содержащей концентратор теплового излучения пламени сгорающего топлива, тепловую сеть с регуляторами тепловых потоков и рассеивателя тепла, концентратор, являющийся одновременно топочной камерой, изготавливают в виде конической трубы с внутренней теплоотражающей поверхностью и встроенным в нее радиатором, состоящим из конического корпуса и шнекового завихрителя, причем внутренние поверхности корпуса радиатора и обращенные к широкому основанию радиатора поверхности завихрителя выполняют теплопоглощающими, а внешнюю поверхность корпуса и обращенные к узкому основанию радиатора - поверхности завихрителя выполняют теплоотражающими, перед узким основанием радиатора располагают форсунку и трубу подачи воздуха, а широкие основания корпуса радиатора и корпуса концентратора совмещены таким образом, что наружная поверхность корпуса радиатора и внутренняя поверхность корпуса концентратора образуют пространственный кольцевой расширяющийся зазор, а узкое основание корпуса концентратора сопрягают со входом в тепловую сеть, состоящую из отрезков конических труб из теплоизолирующего материала с внутренней теплоотражающей поверхностью, регуляторов тепловых потоков, установленных в местах разветвления тепловой сети и состоящих из лопаток с теплоотражащей поверхностью (шиберов) и выведенных наружу рычагов управления углом поворота, дефлекторов, направляющих тепловой поток на обогреваемый объект, и рассеивателей тепла, монтируемых на выходах из тепловой сети в помещение и состоящих из корпуса и панелей с диффузно отражающей тепло поверхностью. Такое исполнение концентратора и элементов тепловой сети позволяет придать системе отопления свойства неизображающей оптической системы, способной эффективно концентрировать и направлять тепловую энергию.

На чертеже схематически изображен вид термолучевой системы отопления в разрезе. Цифрами обозначены: 1 - корпус концентратора; 2 - корпус радиатора; 3 - завихритель; 4 - форсунка; 5 - воздуховодная труба; 6 - топливопроводная труба; 7 - муфта с регулятором тепловых потоков; 8 - корпус дефлектора или рассеивателя; 9 - обогреваемый объект; 10 - температурный датчик-регулятор; 11 - кран подачи топлива; 12 - шибер регулятора тепловых потоков; 13 - рассеиватели; 14 - отражатель.

Работает система следующим образом.

Излучаемая пламенем сгорающего топлива теплота частично попадает на внутреннюю поверхность концентратора 1 (сталь, керамика или металлокерамика) и в тепловую сеть, а частично на обращенную к выходу из концентратора поверхность завихрителя 3 (сталь, керамика или металлокерамика). Горячие дымовые газы обтекают поверхности завихрителя и внутренние поверхности корпуса радиатора 2 и отдают радиатору тепло лучевым и конвективным способом. Так как внутренние поверхности корпуса и обращенные к широкому его основанию поверхности завихрителя изготовлены теплопоглощающими (матовые металлические, металлокерамические или керамические поверхности), а наружные поверхности корпуса и обращенные к его узкому основанию поверхности завихрителя - теплоотражающими, например, из слоистой металлокерамики с односторонней теплопроводностью, то весь радиатор рассеивает получаемое от пламени тепло преимущественно в сторону выхода из концентратора в тепловую сеть. Излучаемое поверхностью радиатора в сторону стенки концентратора тепло в силу эффекта внутреннего угла в результате нескольких отражений от теплоотражающих поверхностей выводится из кольцевого зазора между радиатором и корпусом концентратора также в сторону выхода из концентратора в тепловую сеть.

Направленное в коническую теплопроводную трубу 6 тепловой сети (пористая керамика с теплоотражающими прослойками из металлических фольг, многослойная керамика, металлокерамика и т.п.) тепловое излучение в силу того же эффекта внутреннего угла принимает вид плоскопараллельного потока и угол падения излучения на стенки трубы быстро уменьшается. В результате теплоотдача в стенки трубы уменьшается.

В местах разветвления 7 тепловой сети поток разделяется и отклоняется поверхностнями шиберов 12 регуляторов тепловых потоков. Шибера установлены в соединительных муфтах, являющихся одновременно корпусами разветвителей. Достигнув выходов из тепловой сети тепловое излучение направляется дефлектором 8 на обогреваемый объект 9 или на диффузно отражающую поверхность панели 13 рассеивателя и равномерно рассеивается по помещению. Наиболее удобно и эффективно устанавливать рассеиватели в местах стыка стен и потолка помещения.

При преимущественно закрытых для тепловых потоков шиберах тепловое излучение возвращается в концентратор, температура в нем повышается и терморегулятор 10 уменьшает подачу топлива в кране 11. Таким образом само лучистое тепло осуществляет стабилизирующую обратную связь в системе.

Технико-экономическая эффективность термолучевой системы отопления и обогрева обусловлена тем, что стоимость и трудоемкость изготовления и монтажа подобных систем значительно ниже, чем у существующих, а тепловая энергия используется значительно эффективней, что приводит к существенной экономии топлива. К явным преимуществам термолучевых систем следует отнести большую долговечность и низкие эксплуатационные расходы, высокую комфортность и экологичность. Они позволяют создать в помещении более приемлемые в санитарно-гигиеническом отношении условия обитания, поскольку не пересушивают воздух и допускают проветривание практически без снижения комфортности обитания. Направляя потоки лучистого тепла легко изменить условия в разных частях помещения. Поверхности концентратора, труб и рассеивателей могут иметь любую декоративную поверхность.

Система предназначена для обогрева жилых и производственных помещений. Система содержит концентратор теплового излучения, тепловую сеть с регуляторами тепловых потоков и рассеиватели тепла. Концентратор является топочной камерой и содержит внутри себя конвекционный радиатор, и они своими излучающими и отражающими поверхностями образуют неизображающую оптическую систему, выход которой соединен со входом в тепловую сеть из керамических труб с конической теплоотражающей внутренней поверхностью и регуляторов тепловых потоков, а на выходах тепловой сети установлены дефлекторы и рассеиватели с диффузно отражающими тепло поверхностями. Техническим результатом является экономия топлива. 1 ил.

Система термолучевого отопления и обогрева, использующая теплоту пламени сгорающего топлива, содержащая концентратор теплового излучения, тепловую сеть с регуляторами тепловых потоков и рассеиватели тепла, отличающаяся тем, что концентратор одновременно является топочной камерой и содержит внутри себя конвекционный радиатор, и они своими излучающими и отражающими поверхностями образуют неизображающую оптическую систему, выход которой соединен со входом в тепловую сеть из керамических труб с конической теплоотражающей внутренней поверхностью и регуляторов тепловых потоков, а на выходах тепловой сети установлены дефлекторы и рассеиватели с диффузно отражающими тепло поверхностями.