Воздухонагреватель теплогенерирующий смесительный Российский патент 2020 года по МПК F24H3/02 F26B23/02 

Данное изобретение относится к теплоэнергетике и газовому оборудованию, в частности к воздухонагревателям газовым смесительным с принудительной подачей воздуха, применяемым для отопления помещений (складских, животноводческих, производственных, теплиц), а также для технологических процессов сушки, пропарки и т.п.

Известны воздухонагреватели с рамповыми горелками, с перекрестно точным направлением движения нагреваемого воздуха и направлением распространения пламени, но они имеют ограничение по степени нагрева воздуха (до 50-80°С) либо из-за увеличения концентрации несгоревших углеводородов и вредных веществ, и как следствие, необходимости применения каталитической доочистки продуктов сгорания при увеличении степени нагрева выше указанного значения, либо из-за перегрева каркаса воздухонагревателя и др. причин. Кроме того, поскольку горелка является неотъемлемой частью воздухонагревателя, ее извлечение с целью осмотра, ремонта или замены затруднено (Воздухонагреватели смесительные ВГС ООО «Каменский завод газоиспользующего оборудования» http://kzgo.promportal.su/goods/4345790/vozduhonagrevatel-gazoviy-smesitelniy-vgs-ot-0-15-mvt-do-2-6-mvt).

Известны воздухонагреватели смесительные с автоматическими блочными горелками различных марок, в которых нагрев воздуха осуществляется при смешивании горячих продуктов сгорания с воздухом, принудительно подаваемым либо в кольцевой зазор между корпусом воздухонагревателя и камерой сгорания; либо сначала в кольцевой зазор между корпусом воздухонагревателя и наружной обечайкой, а затем в кольцевой зазор между наружной обечайкой и камерой сгорания. В первом случае забор воздуха осуществляется со стороны горелочного устройства, а во втором-со стороны выхода воздуха, а направление движения нагреваемого воздуха и направление распространения пламени параллельны. Такое компоновочное решение не позволяет встраивать его в стандартные вентиляционно-отопительные установки (Промышленные смесительные газовые КРОН-ТУРБО ООО "Газтехаппарат" https://gorelki-teplogeneratory.ru/katalog/vozduhonagrevateli_smesitelnye_gazovye kron_turbo/).

За ближайший аналог можно принять воздухонагреватели смесительные ООО «Интербизнеспроект», патент RU 2137051 С1, в котором:

- в качестве горелки используют многофакельную беспламенную горелку с насадком;

- камера смешения продуктов сгорания со вторичным воздухом расположена, вокруг камеры дожига и является тепловым экраном;

- вентилятор установлен со стороны выхода воздуха;

- направление движения нагреваемого воздуха и направление распространения пламени параллельны.

Недостатком устройства являются:

- необходимость использования встроенной горелки. Горелка предложенного типа, а также другие встроенные горелки сложнее в настройке, работе и техническом обслуживании, ремонте и замене, чем автоматические блочные горелки. Кроме того, при встроенном типе горелки потребитель вынужден обращаться только к производителю воздухонагревателя по вопросам наладки, технического обслуживания и ремонта горелочного устройства и не может самостоятельно приобрести горелочное устройство производителя той фирмы, с которым, например, работает его предприятие или самостоятельно заменить его.

- необходимость использования жаростойкого вентилятора, в связи с его расположением на выходе воздухонагревателя и работе с уже нагретым воздухом, температура которого, особенно при работе воздухонагревателя с высокими степенями нагрева, выше 80°С, что и не позволяет использовать в установке вентилятор общепромышленного назначения

- конструктивно-компоновочное решение, при котором направление движения нагреваемого воздуха и направления распространения пламени совпадают, а направление входа холодного и выхода нагретого воздуха перпендикулярны друг другу, что не позволяет встраивать его в стандартные вентиляционно-отопительные установки, в которых эти направления совпадают;

- риск выхода из строя камеры сгорания и смешения при работе с высокими степенями нагрева, поскольку при высоких степенях нагрева уменьшаются расход воздуха и скорость его прохождения через воздухонагреватель. Коэффициент теплоотдачи стенка-воздух при этом снижается, а стенки теплоотдающих поверхностей (камеры сгорания и смешения) перегреваются.

В предлагаемом устройстве постарались избежать указанных недостатков:

- обеспечить и возможность встраивать воздухонагреватель в стандартные вентиляционно-отопительные установки за счет конструктивно-компоновочного решения, при котором направление движения нагреваемого воздуха и направления распространения пламени перпендикулярны, а направление входа холодного и выхода нагретого воздуха совпадают;

- обеспечить минимальное количество СО и NOx в отходящих газах за счет применения автоматических блочных горелок различных марок;

- обеспечить высокую степень нагрева воздуха (до 200°С) путем смешения его с продуктами сгорания без снижения срока эксплуатации воздухонагревателя за счет установки в конструкции спирального канала.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает следующий технический результат - повышение эффективности работы нагревателя.

Технический результат достигается тем, что в воздухонагревателе теплогенерирующем смесительном, содержащем корпус, камеру сгорания с горелкой, наружную обечайку, расположенную вокруг камеры сгорания, часть которой выполняет функцию камеры смешения продуктов сгорания со вторичным воздухом, согласно изобретению, использована автоматическая блочная горелка предварительного смешения, часть камеры сгорания, в которой формируется факел, закрыта стальной обечайкой, а установленная в кольцевом зазоре между наружной обечайкой и камерой сгорания криволинейная перегородка выполнена в виде шнека, образующего спиральный канал для прохождения основного потока нагреваемого воздуха в направлении, поперечном направлению распространения пламени, причем между корпусом и наружной обечайкой предусмотрен зазор для прохождения вспомогательного потока воздуха.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом устройстве:

- часть камеры сгорания, в которой формируется факел, остается закрытой стальной обечайкой, что позволяет достичь стабильного горения пламени, расположить камеру сгорания перпендикулярно потоку нагреваемого воздуха и встраивать его в стандартные вентиляционно-отопительные системы, а так же применять в воздухонагревателе автоматические блочные горелки различных марок;

- применение в воздухонагревателе автоматической блочной горелки предварительного смешения обеспечивает качественное сжигание топлива с минимальным содержанием СО и NOx в отходящих газах без необходимости сложной регулировки коэффициента избытка воздуха, рассхода топлива и других параметров процесса горения и применения в конструкции воздухонагревателя таких дополнительных элементов как патрубки подвода вторичного воздуха, камера смешения и т.п.;

- спиральный канал, образованный за счет установки в кольцевом зазоре между наружной обечайкой и камерой сгорания криволинейной перегородки в виде шнека позволяет работать воздухонагревателю с пониженным расходом воздуха и высокими степенями нагрева без перегрева камеры сгорания. Основной поток воздуха, входящий в окно между наружной обечайкой и камерой сгорания и далее проходящий по спиральному каналу, нагревается до высокой степени нагрева за счет увеличения длины пути прохождения вокруг теплоотдающей поверхности (камеры сгорания) без снижения скорости его течения. За счет уменьшенного проходного сечения спирального канала (чем больше витков шнека, тем меньше проходное сечение, тем выше степень нагрева воздуха) коэффициент теплоотдачи стенка-воздух с увеличением степени нагрева не уменьшается, стенки теплоотдающих поверхностей не перегреваются, а срок службы воздухонагревателя повышается;

- вспомогательный поток воздуха, не попавший в окно спирального канала и проходящий через зазор между корпусом и наружной обечайкой, предотвращает нагрев каркаса воздухонагревателя в случае работы с высокими степенями нагрева.

Совокупность признаков заявляемого устройства обеспечивает повышение эффективности работы нагревателя.

Общий вид смесительного воздухонагревателя изображен на Фиг. 1., Фиг. 2-вид А-А фиг.1, фиг. 3-вид Б-Б фиг.1.

Воздухонагреватель работает следующим образом:

Нагреваемый воздух, попадая в корпус воздухонагревателя, разделяется на два потока: основной и вспомогательный (обтекающий наружную обечайку). Основной поток входит в окно спирального канала образованного перегородкой 6 между камерой сгорания 2 и наружной обечайкой 5, обтекает и охлаждает камеру сгорания 2, а вспомогательный обтекает наружную обечайку, предохраняя ее и корпус от возможного перегрева в местах с повышенной температурой газовоздушной смеси. Количество воздуха распределяется между основным и вспомогательным потоками за счет разности площадей проходных сечений - окна спирального канала и зазора между корпусом и наружной обечайкой, а так же их аэродинамических сопротивлений. Дополнительно разделение потоков не регулируется.

Факел, образующийся при сжигании топлива в автоматической блочной горелке, располагается в закрытой части камеры сгорания 2 воздухонагревателя, что позволяет достичь качественного сжигания топлива и стабильного горения. Состав образующихся продуктов сгорания необходимый для настройки автоматической блочной горелки измеряют в патрубке 9. Образующиеся дымовые газы выходят в спиральный канал через отверстия 7 обечайки камеры сгорания, где смешиваются с основным воздушным потоком, а затем, при выходе из канала-со вспомогательным.

Установка перегородки в виде шнека в кольцевом зазоре между камерой сгорания 2 и наружной обечайкой 5 позволяет получить перекрестно точные направления движения воздуха и распространения пламени. При этом уменьшается сечение воздушного канала вокруг камеры сгорания, что позволяет увеличить, а при уменьшенном расходе воздуха (необходимом при высоких степенях нагрева) сохранить в требуемом диапазоне скорость его движения, а значит увеличить или сохранить эффективный теплосъем с поверхности камеры сгорания без риска ее прогара ранее срока эксплуатации, а также увеличить отвод тепловой энергии от пламени, снизить температуру продуктов сгорания, и как следствие, снижение образования тепловых оксидов азота.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет:

- встраивать воздухонагреватель в стандартные вентиляционно-отопительные установки с перекрестно точным направлением движения нагреваемого воздуха и направлением распространения пламени;

- увеличить коэффициент теплоотдачи стенка-воздух и снизить температуру стенок камеры сгорания, что в свою очередь предотвращает прогар камеры сгорания и быстрый выход ее из строя даже при высоких степенях нагрева, а также увеличить отвод тепловой энергии от пламени, снизить температуру продуктов сгорания, и как следствие, снижение образования тепловых оксидов азота и работать со степенями нагрева более 500С не превышая допустимые концентрации вредных веществ в нагреваемом воздухе;

- обеспечить дополнительное охлаждение корпуса воздухонагревателя в местах возможного перегрева за счет части воздуха обтекающей наружную обечайку

- работать (за счет закрытой камера сгорания) с удобной в обслуживании, компактной и обеспечивающей качественное сжигание топлива автоматической блочной горелкой предварительного смешения.

Область использования: теплоэнергетика и газовое оборудование, в частности воздухонагреватели газовые смесительные с принудительной подачей воздуха, применяемые для отопления помещений (складских, животноводческих, производственных, теплиц), а также для технологических процессов сушки, пропарки и т.п. Воздухонагреватель теплогенерирующий смесительный содержит корпус, камеру сгорания с установленной в ней горелкой, наружную обечайку, расположенную вокруг камеры сгорания, часть которой выполняет функцию камеры смешения продуктов сгорания со вторичным воздухом. В воздухонагревателе использована автоматическая блочная горелка предварительного смешения, часть камеры сгорания, в которой формируется факел, закрыта стальной обечайкой, а установленная в кольцевом зазоре между наружной обечайкой и камерой сгорания криволинейная перегородка выполнена в виде шнека, образующего спиральный канал для прохождения основного потока нагреваемого воздуха в направлении, поперечном направлению распространения пламени, причем между корпусом и наружной обечайкой предусмотрен зазор для прохождения вспомогательного потока воздуха. Технический результат: повышение эффективности работы воздухонагревателя. 3 ил.

Воздухонагреватель теплогенерирующий смесительный, содержащий корпус, камеру сгорания с установленной в ней горелкой, наружную обечайку, расположенную вокруг камеры сгорания, часть которой выполняет функцию камеры смешения продуктов сгорания со вторичным воздухом, отличающийся тем, что использована автоматическая блочная горелка предварительного смешения, часть камеры сгорания, в которой формируется факел, закрыта стальной обечайкой, а установленная в кольцевом зазоре между наружной обечайкой и камерой сгорания криволинейная перегородка выполнена в виде шнека, образующего спиральный канал для прохождения основного потока нагреваемого воздуха в направлении, поперечном направлению распространения пламени, причем между корпусом и наружной обечайкой предусмотрен зазор для прохождения вспомогательного потока воздуха.