НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2003 года по МПК F26B23/02 

Изобретение относится к теплоэнергетическим установкам и, в частности, к установкам для нагрева воздуха, предназначенным для использования в системах воздушного отопления животноводческих помещений.

Известен нагревательный прибор для животноводческих помещений, содержащий цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа с крыльчаткой и двигателем, соосную корпусу и вставленную в него цилиндрическую топку и горелку, соединенную трубопроводом с источником топлива, причем топка со стороны вентилятора снабжена конфузором и установлена с возможностью осевого перемещения, а горелка выполнена в виде размещенного по направлению движения газов за вентилятором соосного корпусу полого перфорированного конусообразного обтекателя с меньшим углом конусности, чем у конфузора (патент RU 2126943 С1, МКИ⁶ F 26 В 23/02, Бюл. 6, 27.02.1999). Отличаясь возможностью качественного смешения топлива и первичного воздуха, а также плавного регулирования теплопроизводительности, описываемый нагревательный прибор достаточно сложен в изготовлении и имеет пониженную интенсивность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является нагревательный прибор для животноводческих помещений, включающий в себя корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа с крыльчаткой и электрическим двигателем, соосную корпусу и вставленную в него разделенную диафрагмой на две камеры цилиндрическую топку и горелку, соединенную трубопроводом с источником топлива (газообразного или жидкого). Смешению топлива с необходимым для сжигания воздухом служит расположенный в торце топки завихритель, выполненный в виде диска с вырезами и наклонными лопатками ("Инструкция по пользованию с руководством по монтажу Джет-Мастер GP 75", код 99 97 0933, Издание 11.96, М 933 RU, BIG DUTCHMAN INTERNATIONAL GmbH). Недостаток данного нагревательного прибора состоит в недостаточно полном смешении топлива и воздуха и практической невозможности регулировать коэффициент избытка воздуха. Поскольку формирование завихрителя в данном случае не поддается теоретическому обоснованию и расчету, его экспериментальный подбор может быть приемлем лишь для единственной конструкции при неизменной производительности вентилятора. При этом становится невозможным плавное изменение производительности нагревательного прибора по теплу, а некачественное смешение воздуха и топлива приводит к превышению содержания окиси углерода в выхлопных газах, что недопустимо при их непосредственном использовании для нагревания помещения. Нагревательный прибор описываемой конструкции также имеет пониженную интенсивность, а следовательно, повышенные габариты при определенной мощности.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании нагревательного прибора указанного типа с высокой интенсивностью.

Достигаемый технический результат состоит в улучшении качества сжигаемой смеси топлива и воздуха, а следовательно, в снижении содержания в выхлопных газах оксида углерода. Кроме этого, предлагаемая ниже конструкция позволяет плавно регулировать тепловую мощность аппарата, снизить шум при его работе.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в нагревательном приборе, включающем цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа с крыльчаткой и электрическим двигателем, соосную корпусу, вставленную в него с зазором и разделенную диафрагмой на две камеры цилиндрическую топку, торец которой со стороны вентилятора имеет выполненный в виде диска с вырезами и наклонными лопатками завихритель, и расположенную внутри первой по направлению движения воздуха камеры соединенную трубопроводом с источником топлива горелку, вторая камера снабжена прорезями с выступающими в зону зазора в сторону вентилятора направляющими козырьками, а завихритель снабжен плотно прилегающим и установленным соосно ему с возможностью поворота дополнительным плоским диском с вырезами, число которых равно, а форма одинакова с вырезами завихрителя. Прорези с козырьками размещены в одной или нескольких перпендикулярных оси топки плоскостях, причем в последнем случае в коридорном или шахматном порядке. Прорези с козырьками размещены под углом к образующим цилиндрической топки. Двигатель осевого вентилятора размещен по направлению движения воздуха за крыльчаткой внутри корпуса нагревательного прибора. Торец корпуса со стороны вентилятора снабжен ободом, выполненным из трубы круглого или овального профиля и жестко связанным с корпусом. Электрический двигатель установлен с возможностью регулирования числа оборотов.

Сущность изобретения состоит в следующем. Установка цилиндрической топки внутри корпуса аппарата соосно ему позволяет как в случае наиболее близкого технического решения, так и в предлагаемом аппарате провести разделение подаваемого вентилятором воздуха непосредственно после крыльчатки на два потока, один из которых поступает в зону горелки на смешение с топливом (первичный воздух). Этот поток, проходя через вырезы завихрителя, далее закручивается наклонными лопатками, что обеспечивает смешение воздуха и топлива. Если в случае прототипа величина вырезов завихрителя не может быть изменена при необходимости этого для увеличения или уменьшения тепловой мощности аппарата, то в случае предлагаемого изобретения величину площади вырезов завихрителя для прохода воздуха можно легко регулировать с помощью поворота плотно прилегающего к завихрителю и установленного соосно ему дополнительного плоского диска. В указанном диске также предусмотрены вырезы, число которых совпадает с числом вырезов завихрителя при их одинаковой форме.

Цилиндрическая топка в прототипе и в предлагаемом изобретении разделена с помощью диафрагмы на две камеры. В первой по направлению движения воздуха камере в обоих случаях размещена соединенная трубопроводом с источником топлива горелка. Существенное отличие аппаратов состоит в том, что конструкция нагревательного прибора по прототипу позволяет во второй камере провести дополнительное перемешивание воздуха и топлива за счет разделяющей камеры диафрагмы, но только того воздуха, который поступил в топку через вырезы завихрителя в первую камеру. Таким образом, в известной конструкции при выполнении второй камерой функции дожигания топливной смеси в последнюю не может быть введено дополнительное количество воздуха при естественной необходимости этого. Эффект перемешивания потока с помощью диафрагмы, разделяющей камеры топки, также недостаточен для качественного смешения составляющих и сжигания смеси. В предлагаемом изобретении вторая камера снабжена прорезями с выступающими в зону зазора между корпусом прибора и топкой в сторону вентилятора направляющими козырьками. Прорези могут быть размещены в одной или нескольких перпендикулярных оси топки плоскостях, причем в последнем случае - в коридорном или шахматном порядке. Прорези с козырьками могут быть, кроме того, установлены под углом к образующим цилиндрической топки. Таким образом, в предлагаемом изобретении из воздушного потока, обтекающего топку (движущегося в зазоре между корпусом прибора и топкой) и обеспечивающего охлаждение корпуса, может быть отобрана определенная нужная часть и направлена во вторую камеру. Количество отбираемого воздуха определяется размером и количеством прорезей, а также конструкцией козырьков. При этом во вторую камеру поступает дополнительный воздух, что обеспечивает полное сжигание топливной смеси. Струйный ввод дополнительного воздуха и закрутка общего потока во второй камере способствуют улучшению перемешивания дополнительного воздуха с уже горящей смесью воздуха и топлива.

Во всех известных нагревательных приборах указанного типа вентилятор установлен таким образом, что внутри корпуса прибора у его торца размещена крыльчатка, а электрический двигатель - за пределами корпуса. Подобное размещение представляется естественным и соответствует общепринятому. Однако подобное расположение вентилятора имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что возникающее в зоне оси крыльчатки разрежение способствует подсосу к ней воздуха, уже направленного вентилятором в корпус аппарата крыльчаткой. Это снижает реальную производительность нагревательного прибора по теплу, поскольку образованное в нагревателе количество дымовых газов меньше того, которое могло бы быть получено с учетом полной производительности осевого вентилятора, которая может быть обеспечена в данном случае установкой обтекателя. При размещении двигателя внутри корпуса за крыльчаткой (по направлению потока воздуха) роль обтекателя выполняет собственно двигатель, что позволяет увеличить теплопроизводительность нагревательного прибора без введения в конструкцию дополнительных элементов.

Работа известных нагревательных приборов указанного типа сопровождается повышенным шумом. Экспериментально установлено значительное его снижение при оснащении торца корпуса прибора со стороны вентилятора ободом, выполненным из трубы круглого или овального профиля и жестко связанным с корпусом.

Очевидная возможность плавного регулирования теплопроизводительности нагревательного прибора возникает при плавном изменении числа оборотов вентилятора, что усложняет конструкцию, но в ряде случаев может оказаться оправданным.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого технического решения показывает наличие в последнем ряда отличительных признаков, что позволяет утверждать его соответствие критерию патентоспособности "новизна".

Отсутствие подобных решений (в комплексе) в области конструирования нагревательных приборов и в смежных областях определяет соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности "изобретательский уровень", поскольку не следует явным образом из современного уровня техники и не является очевидным для специалистов.

В предлагаемом изобретении отсутствует что-либо, делающее реализацию решения невозможным или затруднительным. Одновременно в настоящее время животноводческая отрасль сельского хозяйства постоянно увеличивает потребность в нагревательных приборах подобного типа из-за их простоты, надежности и удобства эксплуатации. Последнее позволяет утверждать соответствие настоящего решения критерию патентоспособности "промышленная применимость".

Настоящее изобретение поясняется чертежом.

Нагревательный прибор включает в себя корпус 1 с размещенным на его торце осевым вентилятором 2 с крыльчаткой 3 и электрическим двигателем 4, причем двигатель 4 по ходу воздуха установлен за крыльчаткой 3. И двигатель 4 и крыльчатка 3 размещены внутри корпуса 1. Внутри корпуса 1 соосно ему установлена цилиндрическая топка 5, разделенная с помощью диафрагмы 6 на две камеры 7 и 8. Торец топки 5 со стороны вентилятора 2 снабжен завихрителем 9, выполненным в виде диска с вырезами 10 и наклонными лопатками 11. К плоскому торцу завихрителя 9 плотно прилегает соосный ему и установленный с возможностью поворота дополнительный плоский диск 12 с вырезами 13, число которых равно, а форма одинакова с вырезами завихрителя 9. В первой по ходу воздуха камере 7 топки 5 размещена соединенная трубопроводом 14 с источником топлива (например, природного газа) горелка 15. Вторая камера 8 топки 5 снабжена прорезями 16 с выступающими в зону зазора 17 между топкой 5 и корпусом 1 направляющими козырьками 18, направленными в сторону вентилятора 2. Прорези 16 в описываемом варианте размещены под углом к образующим цилиндрической топки в одной перпендикулярной оси прибора плоскости (изобретением предусмотрена также возможность размещения прорезей 16 в нескольких перпендикулярных оси нагревателя плоскостях, причем в этом случае в коридорном или шахматном порядке). Торец корпуса 1 со стороны вентилятора 2 снабжен жестко связанным с корпусом 1 ободом 19, выполненным из трубы круглого или овального профиля. Двигатель 4 может быть установлен с возможностью изменения числа оборотов.

Нагревательный прибор по настоящему изобретению работает следующим образом.

Природный газ по трубопроводу 14 поступает в горелку 15. Установленный внутри корпуса 1 вентилятор 2 направляет воздух в топку 5 и в зазор 17 между топкой 5 и корпусом нагревательного прибора 1.

В топку 5 воздух поступает через установленный в торце топки 5 со стороны вентилятора выполненный в виде диска с вырезами 10 и наклонными лопатками 11 завихритель 9. Количество поступающего в топку 5 воздуха может быть при настройке нагревательного прибора на определенную тепловую мощность изменено за счет поворота плотно прилегающего к завихрителю 9 дополнительного плоского диска 12 с вырезами 13. Изменение в подаче воздуха позволяет получить в первой камере 7 первичную газовоздушную смесь нужного состава. Естественно первая камера 7 снабжена устройством для поджигания смеси и при необходимости для поддержания горения первичной смеси. При продвижении смеси по топке 5 ее последующее перемешивание обеспечивает диафрагма 6. Однако при этом не изменяется средний состав уже образованной смеси.

В имеющихся конструкциях на выходе из топки 5 происходит весьма некачественное перемешивание воздуха, поступающего из зазора 17 между топкой 5 и корпусом 1, и горящей смеси. Резкое охлаждение итоговой смеси не позволяет добиться качественного сжигания при повышении нагрузки прибора. В предлагаемом решении положение в значительной мере изменено. Благодаря оснащению второй камеры 8 топки 5 прорезями 16 с козырьками 18, выступающими в зону зазора 17 в сторону вентилятора 2, во вторую камеру 8 поступает дополнительный воздух из части воздушного потока, движущегося в зазоре 17. Установка прорезей 16 под углом к образующим цилиндрической топки 5 закручивает поток во второй камере 8.

Улучшение смешения и предотвращение резкого охлаждения смеси во второй камере 8 позволяет провести качественное сжигание топлива и при повышении тепловой нагрузки прибора. Придание корпусу 1 нагревательного прибора жесткости за счет установки обода 19 в значительной мере снижает шум при работе прибора, что установлено в ходе экспериментальной проверки решения. Дополнительную возможность регулирования тепловой мощности нагревательного прибора предоставляет изменение числа оборотов двигателя 4 осевого вентилятора 2. При установке осевого вентилятора 2 внутри корпуса 1 таким образом, что двигатель 4 размещен за крыльчаткой 3, возрастает величина полезно используемого воздушного потока. Следствием этого является увеличение тепловой мощности нагревательного прибора. Двигатель 4 в данном случае несет на себе функцию обтекателя и предотвращает частичный возврат воздуха к вентилятору из сформированного крыльчаткой 3 общего воздушного потока.

При диаметре корпуса 0,47 м и его длине 1,5 м в нагревательном приборе известного типа полная тепловая мощность составляет не более 90 кВт. При диаметре корпуса 0,39 м и его длине 1,15 м в нагревательном приборе по настоящему изобретению достигнута тепловая мощность > 100 кВт. Таким образом, в ходе экспериментальной проверки предлагаемого технического решения достигнуто увеличение удельной производительности (кВт/м³) нагревательного прибора более чем в 2 раза по сравнению с нагревательным прибором известного типа.

Изобретение относится к теплоэнергетическим установкам и, в частности, к установкам для нагрева воздуха, предназначенным для использования в системах воздушного отопления животноводческих помещений. Достигаемый технический результат - улучшение качества сжигаемой смеси топлива и воздуха. Предлагаемая ниже конструкция позволяет также плавно регулировать тепловую мощность аппарата, снизить шум при его работе. Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в нагревательном приборе, включающем цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа с крыльчаткой и электрическим двигателем, соосную корпусу, вставленную в него с зазором и разделенную диафрагмой на две камеры цилиндрическую топку, торец которой со стороны вентилятора имеет выполненный в виде диска с вырезами и наклонными лопатками завихритель, и расположенную внутри первой по направлению движения воздуха камеры соединенную трубопроводом с источником топлива горелку, вторая камера снабжена прорезями с выступающими в зону зазора в сторону вентилятора направляющими козырьками, а завихритель снабжен плотно прилегающим и установленным соосно ему с возможностью поворота дополнительным плоским диском с вырезами, число которых равно, а форма одинакова с вырезами завихрителя. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Нагревательный прибор, включающий цилиндрический корпус с размещенным на торце вентилятором осевого типа с крыльчаткой и электрическим двигателем, соосную корпусу, вставленную в него с зазором и разделенную диафрагмой на две камеры цилиндрическую топку, торец которой со стороны вентилятора имеет выполненный в виде диска с вырезами и наклонными лопатками завихритель, и расположенную внутри первой по направлению движения воздуха камеры соединенную трубопроводом с источником топлива горелку, отличающийся тем, что вторая камера снабжена прорезями с выступающими в зону зазора в сторону вентилятора направляющими козырьками, а завихритель снабжен плотно прилегающим и установленным соосно ему с возможностью поворота дополнительным плоским диском с вырезами, число которых равно, а форма одинакова с вырезами завихрителя. 2. Нагревательный прибор по п.1, отличающийся тем, что прорези с козырьками размещены в одной или нескольких перпендикулярных оси топки плоскостях, причем в последнем случае в коридорном или шахматном порядке. 3. Нагревательный прибор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что прорези с козырьками размещены под углом к образующим цилиндрической топки. 4. Нагревательный прибор по пп. 1-3, отличающийся тем, что двигатель осевого вентилятора размещен по направлению движения воздуха за крыльчаткой внутри корпуса нагревательного прибора. 5. Нагревательный прибор по пп.1-4, отличающийся тем, что торец корпуса со стороны вентилятора снабжен ободом, выполненным из трубы круглого или овального профиля и жестко связанным с корпусом. 6. Нагревательный прибор по пп.1-5, отличающийся тем, что электрический двигатель установлен с возможностью регулирования числа оборотов.