ТЕПЛООБМЕННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2020 года по МПК F24H3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к воздухонагревательным отопительным системам с использованием газовых рекуперативных воздухонагревателей, и может быть использовано для автономного воздушного отопления зданий и сооружений, в том числе в условиях низких температур, а также для технологических процессов.

Известны воздухонагреватели "Ямал", предназначенные для непрямого нагрева приточного воздуха в системах воздушного отопления и приточной вентиляции промышленных и гражданских объектов различных категорий (см. http://pandia.ru/text/78/359/l131.php).

Воздухонагреватель «Ямал» включает блок теплообменника, содержащий камеру сгорания с горелками и конвективную часть из пучка труб с установленными внутри ленточными турбулизаторами.

Известна установка для обработки воздуха DUO-МО (см. сайт www.tecnoclimaspa.com, раздел «Каталог»). Известное устройство включает корпус, камеру сгорания, теплообменник и разделяющую их перегородку. Воздух, подающийся вентиляторами, омывает раздельно камеру сгорания и теплообменник, затем поступает в обогреваемое помещение.

Недостаток известного устройства заключается в низкой степени нагрева воздуха. Разница температур нагреваемого воздуха на входе и выходе устройства составляет не более 32°С. Конструкция устройства не позволяет использовать его для режимов с высокой степенью нагрева воздуха, так как не обеспечивает достаточную скорость омывания поверхности теплообменника, что приводит к прогарам поверхностей нагрева и низкой эффективности теплообменника.

Известна установка для обработки воздуха WIMBLEDON (см. сайт www.tecnoclimaspa.com, раздел «Каталог»). Известное устройство включает корпус, камеру сгорания, теплообменник, продольную перегородку, установленную между камерой сгорания и теплообменником, и поворотную камеру. Воздух, подающийся вентиляторами, омывает камеру сгорания, разворачивается в поворотной камере и омывает теплообменник, затем поступает в обогреваемое помещение.

Недостаток данного аналога заключается в низкой степени нагрева воздуха, не более 31,5°С, из-за невысокой скорости его движения. Другим недостатком является высокая степень образования конденсата в дымовых газах при низких температурах поступающего воздуха (менее -25°С). Воздух после прохождения через камеру сгорания еще недостаточно прогрет. Контакт недостаточно нагретого воздуха одновременно с входной, горячей, и выходной, менее нагретой, частью теплообменника способствует выпадению конденсата в дымовых газах на выходе из теплообменника.

В качестве прототипа выбран теплообменный модуль по патенту РФ №2451245 на изобретение, принадлежащему ООО Научно-производственная фирма "Теплоэнергопром".

Указанный теплообменный модуль включает корпус с входным и выходным отверстиями. В корпусе размещены камера сгорания, теплообменник, поворотная камера, перегородка. Поворотная камера выполнена за теплообменником. Перегородка установлена в корпусе поперечно камере сгорания и теплообменнику и делит внутреннее пространство корпуса до поворотной камеры на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- в сложности установки перегородки в теплообменнике, а именно в необходимости совмещения его газоходов с отверстиями в перегородке, особенно при использовании трубного пучка с трубами не круглого сечения;

- в повышенном аэродинамическом сопротивлении, возникающем при повороте воздуха в поворотной камере (коэффициент сопротивления рассчитывается как сопротивление П-образного колена и всегда больше 1), а также при двойном омывании камеры сгорания и многорядного пучка труб конвективной части.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции теплообменного модуля, работающего в режимах с высокой степенью нагрева воздуха (характеризующихся уменьшенным количеством воздуха, проходящего через теплообменную камеру),с низким конденсатообразованием, с высоким значением КПД установки (не менее указанного в ГОСТ Р 31848-2012), а так же, обладающего низким аэродинамическим сопротивлением и простотой изготовления.

Технический результат достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в нем теплообменник с камерой сгорания и конвективной частью с перегородкой и поворотную камеру, при этом перегородка теплообменника делит внутреннее пространство корпуса на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру, согласно изобретению, поворотная камера совмещена с каналом обдува камеры сгорания, а перегородка теплообменника установлена продольно камере сгорания.

Перегородка может быть образована из двух расположенных последовательно, состыкованных торцами элементов, один из которых разделяет конвективную часть и примыкает к камере сгорания, а второй образует входной и выходной отсеки.

Поворотная камера обеспечивает разворот потока воздуха на 180°, при этом формируется воздушный канал с увеличенной в 2 раза длиной хода нагреваемого воздуха, что позволяет повысить степень его нагрева.

За счет разделения внутреннего пространства корпуса на два отсека уменьшаются сечения воздушных каналов, что позволяет при уменьшенном расходе воздуха (в зависимости от необходимой степени нагрева) сохранить или увеличить скорость его движения, что, в свою очередь, позволяет сохранить эффективный теплосъем с поверхности теплообменника без риска ее прогара ранее срока эксплуатации и без снижения КПД (по сравнению с теплообменными модулями с низкой степенью нагрева).

Одно- или двухрядная конвективная часть теплообменника и поворотная камера, совмещенная с каналом обдува камеры сгорания, с низкими коэффициентами местных сопротивлений, позволяют снизить общее аэродинамическое сопротивление теплообменника.

В предлагаемом устройстве холодный воздух проходит сначала через половину конвективной поверхности (первая часть хода), затем подогретым омывает камеру сгорания (вторая часть хода), при этом дополнительно подогревается и затем проходит через вторую половину конвективной поверхности (третья часть хода), где догревается до необходимой температуры.

За счет смешения в выходном коллекторе остывших дымовых газов первой части и более горячих третьей, исключается образование в них конденсата при сохранении КПД установки.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменного модуля с теплообменником, имеющим двойной, а на фиг. 2 - одинарный ход дымовых газов в камере сгорания.

Теплообменный модуль содержит корпус 1 с окнами 2 и 3 для входа и выхода нагреваемого воздуха, соответственно. Внутри корпуса 1 размещен теплообменник, состоящий из последовательно установленных камеры сгорания 4 и конвективной части 5, соединенных входным коллектором 6. На выходе конвективная часть оснащена выходным коллектором 7 с дымовым патрубком 8.

По ходу воздуха конвективная часть разделена перегородкой 9, расположенной продольно оси камеры сгорания между газоходами

Дополнительная перегородка 10 корпуса 1 установлена последовательно с перегородкой 9 и отделяет входные и выходные окна друг от друга. Таким образом, объем корпуса 1 разделяется на два отсека 11 и 12, сообщающихся через канал обдува камеры сгорания 13, повторяющий ее форму и служащий одновременно поворотной камерой. Сформированный таким образом канал обеспечивает поворот нагреваемого воздуха на 180°

Теплообменный модуль работает следующим образом.

При сжигании топлива, образующиеся дымовые газы продвигаются по камере сгорания 4 и с разворотом в ней (фиг. 1) или без разворота (фиг. 2), поступают во входной коллектор 6, затем в обратном направлении проходят через конвективную часть 5, поступают в выходной коллектор 7 и отводятся в дымовую трубу (не показана) через патрубок 8.

Нагреваемый воздух через входное окно 2 поступает в корпус 1 теплообменного модуля. Продвигается по отсеку 11 перекрестно ходу дымовых газов, пересекает газоходы конвективной части, первично подогревается проходя через них, разворачивается на 180° в канале обдува камеры сгорания 13, где подогревается вторично и поступает в отсек 12, в котором второй раз пересекает газоходы конвективной части и нагревается окончательно до требуемой температуры.

Далее нагретый воздух через выходное окно 3 поступает в воздуховод отапливаемого объекта (не показан).

Таким образом, за счет увеличения протяженности теплообмена (при неизменных площади теплообмена и скорости движения воздуха) достигается увеличение степени его нагрева.

Холодный воздух, проходя по отсеку 11, контактирует с половиной конвективной части теплообменника 5, а со второй половиной конвективной части в отсеке 12 контактирует уже подогретый воздух, за счет чего достигается оптимальное суммарное значение температуры дымовых газов, исключающее образование в них конденсата при сохранении КПД установки.

Уменьшение сечения канала прохождения нагреваемого воздуха за счет разделения объема корпуса перегородкой приводит к сохранению скорости прохождения нагреваемого воздуха через поверхности теплообмена, в результате чего сохраняется интенсивность теплообмена и степень нагрева воздуха достигает 100-120°С, с сохранением КПД установки.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности воздухонагревательным отопительным системам с использованием газовых рекуперативных воздухонагревателей, и может быть использовано для автономного воздушного отопления, а также для технологических процессов. В теплообменном модуле, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в нем теплообменник с камерой сгорания и конвективной частью с перегородкой и поворотную камеру, при этом перегородка теплообменника делит внутреннее пространство корпуса на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру, согласно изобретению поворотная камера совмещена с каналом обдува камеры сгорания, а перегородка теплообменника установлена продольно камере сгорания. Технический результат - снижение конденсатообразования и аэродинамического сопротивления модуля, повышение КПД установки, упрощение ее изготовления. 2 ил.

Теплообменный модуль, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в нем теплообменник с камерой сгорания и конвективной частью с перегородкой и поворотную камеру, при этом перегородка теплообменника делит внутреннее пространство корпуса на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру, отличающийся тем, что поворотная камера совмещена с каналом обдува камеры сгорания, перегородка теплообменника установлена продольно камере сгорания.