Воздухонагреватель топочный (ВНТ) Российский патент 2024 года по МПК F24H3/00 

Настоящее устройство относится к отопительной технике, а именно к воздушно-отопительному устройству (далее устройство), в котором, сжатый до пускового давления 3 кгс/см2 воздух, которым заполнена система отопления, нагревается с помощью вертикального трубного топочного устройства, в котором сжигается топливо, до необходимой температуры и за счет конвекции передает тепло нагретого воздуха в системы отопления жилых, промышленных и гражданских зданий. Из предшествующего уровня техники известны изобретения, которые относят к области теплоснабжения, включающие отопительную технику в которых, в качестве теплоносителя, используются: 1) нагретый воздух, получаемый в процессе сжигания органического топлива (GB 220874, кл. E24D 5/08); 2) пароводяная смесь (RU 2360184, кл. E24D 1/00); 3) паровоздушная смесь RU 2069821, кл. 24D 1/00). Все варианты с теплоносителями имеют общий недостаток - дорогостоящая тепловая энергия. Самая дешевая - энергия утилизированного тепла.

Цель настоящего изобретения снизить стоимость тепла, направляемого на отопление и хозяйственно-бытовые нужды, повысить промышленную и экологическую безопасность при эксплуатации систем теплоснабжения.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств, имеющих общие признаки сходства с отопительной техникой, работа которой направлена на получение тепловой энергии, от электрических нагревательных элементов, на передачу тепловой энергии воздушному потоку, поступающему из системы отопления, на нагрев сжатого воздуха до необходимой температуры и возврат нагретого сжатого воздуха, за счет конвекции, в системы отопления жилых, промышленных и гражданских зданий.

Данная задача решается путем создания воздухонагревателя топочного (далее воздухонагреватель) который с помощью вертикального трубного топочного устройства, в котором сжигается топливо, нагревает до необходимой температуры сжатый воздух, поступающий из системы отопления до необходимой температуры и возвращает нагретый сжатый воздух, за счет конвекции, в системы отопления жилых, промышленных и гражданских зданий.

Воздухонагреватель (фиг. 1) состоит из трех блоков, соединенных между собой - наружный тепловой контур (1), вертикальное топочное устройство (2), установочный блок с лючком для периодического удаления золы из топочного устройства (3). Контроль за работой воздухонагревателя осуществляется с помощью контрольного блока (КБ), вынесенного отдельно. Для снижения теплопотерь и обеспечения промышленной безопасности персонала наружный тепловой контур и подающий воздухопровод покрываются теплоизоляцией из минераловатных плит (4).

Наружный тепловой контур (1) состоит из стального цилиндра со стальными крышками на термостойком герметике, болтах и шурупах (5), изготовленных из листовой стали ХН32Т толщиной от 2 мм, изоляции из минераловатных плит (4), шарового крана (6) для присоединения подающего воздухопровода, термостойкого манометра (8) на давление до 12 кгс/см2, термометра (9) до 600 градусов С, шарового крана (6) для присоединения возвратного воздухопровода.

Вертикальное топочное устройство состоит из стального цилиндра изготовленного из листовой стали марки ХН32Т толщиной от 2 мм с верхней трубкой для удаления газов, выделяемых при сжигании топлива и нижней трубкой используемой для периодического удаления золы из топочного устройства, с «приваренной» по спирали, на высоту цилиндра, стальной полосой (10) из листовой стали марки ХН32Т толщиной от 1,5 мм, которая направляет по углом 30 градусов, поступающие в наружный тепловой контур, потоки воздуха по спирали вверх и одновременно выполняет функцию ребра жесткости для стального цилиндра, который герметично отделен от наружного теплового контура асбестовым листом (11) толщиной 3 мм.

Установочный блок с лючком (12) и решеткой для периодического удаления золы топочного устройства состоит из двух крышек (верхняя с отверстиями для болтового соединения, нижняя с опорным «стаканом»), соединены шестью вертикальными ребрами жесткости (13), распложены через 60 градусов по кругу, изготовлены из листовой стали марки ХН32Т толщиной от 2 мм, лючком и воздухозаборным отверстием (14).

Размеры воздухонагревателя, диаметры труб подающего и возвратного воздухопроводов, объем вертикального топочного устройства, принимаются по расчету в соответствии с техническим заданием. Воздухонагреватель работает в ручном режиме управления (при необходимости может быть дооборудован для управления и работы в дистанционном и автоматическом режиме). Во время работы воздухонагревателя, одновременно в работу включены все три блока. Объем сжигаемого топлива определяется температурным графиком работы воздухонагревателя.

Для работы воздухонагревателя можно использовать различные виды топлива и сборно-разборные внутренние или наружные газоотводные трубы.

На фиг.10 показана схема воздушного отопления, состоящая из воздушного нагревателя (фиг. 1), труб подающего и обратного воздухопроводов, отопительных приборов, запорной и регулирующей арматуры. Перед включением электрических нагревательных элементов воздухонагревателя, система воздушного отопления накачивается воздухом, с помощью компрессора, до пускового давления Рп=3 кгс/см2. Давление в системе отопления контролируется манометром (8). После выравнивания давления в системе, производится розжиг топлива. Количество, единовременно загружаемого топлива и частота дозагрузки, определяется температурным графиком работы воздухонагревателя и контролируется термодатчиком (9). Воздух из наружного теплового контура, нагретый от вертикального топочного устройства, по трубе подающего воздухопровода и распределительным трубопроводам заполняет отопительные приборы и через которые отдает в отапливаемое пространство тепло и по трубе возвратного воздухопровода возвращается в воздухонагреватель для последующего нагрева. Для увеличения площади нагрева и повышения КПД теплопередачи, поступающий для нагрева воздух движется снизу вверх, под углом 30 градусов, по спирали, омывая наружный тепловой контур воздухонагревателя.

Изобретение поясняется чертежами/эскизами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения. Эскизы изобретения:

На фиг. 1. Общий вид воздухонагревателя.

На фиг. 2. Разрез 1-1 на фиг. 1.

На фиг. 3. Установочный блок на фиг. 1 и 2.

На фиг. 4. Разрез 2-2 на фиг. 3.

На фиг. 5. Разрез 3-3 на фиг. 3.

На фиг. 6. Лючок с решеткой на фиг. 3 и 4.

На фиг. 7. Решетка 4-4 на фиг. 6.

На фиг. 8. Узел 1 на фиг. 2.

На фиг. 9. Узел 2 на фиг. 2.

На фиг. 10. Схема воздушного отопления.

Преимуществом, предлагаемого технического решения, является то, что в качестве теплоносителя в системе отопления используется сжатый воздух, что в значительной степени снижает последствия эксплуатационных аварий, улучшает экологию, снижает затраты на эксплуатацию системы отопления и стоимость строительства систем теплоснабжения.

Полученный технический результат, основывается на применении физических законов - «Архимеда», «Бойля-Мариотта» (Изотермический процесс при Т=const. Р1/Р2=V1/V2. Для данной массы газа при постоянной температуре, произведение давления на объем есть величина постоянная. PV=const.), «Шарля» (Изохорический процесс при V=const. Т1/Т2=V1/V2. Давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре), «Фурье» (Плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры, т.е. коэффициент теплопроводности - это тепловой поток, передаваемый через единицу поверхности при единичных значениях температур градиента. Л=|q|/|gradt|).

Процесс запуска в работу, системы воздушного отопления, начинается с заполнения системы отопления воздухом, с помощью компрессора, до пускового давления Рп=3кгс/см2. Давление в системе отопления контролируется манометром. После выравнивания давления в системе, производится розжиг топлива. Количество, единовременно загружаемого топлива и частота дозагрузки производится в соответствии с температурным графиком. Твердое топливо загружается в вертикальное топочное устройство через верхнюю трубку - для удаления газов, жидкое и газообразное, через нижнюю трубку - для удаления золы. Нагреваемый воздух, поднимается вертикально в вверх со скоростью v=1-20 м/сек, расширяясь, вытесняет более холодный воздух, при этом нагретый воздух, проходя через отопительный приборы отдает свое тепло в окружающую среду. Для расчета технических данных воздухонагревателя использованы:

- диаметр наружного теплового контура - D (мм);

- диаметр вертикального топочного устройства -D (мм);

- высота наружного теплового контура -3D (мм);

- температура плавления стали - 1500 С;

- коэффициент теплопроводности стали - 45,4;

- коэффициент температурного расширения стали при t=600 С=14,5;

Для величин, которые были использованы в системе SI применяются следующие единицы измерения:

для тепловодности - Вт/м*град (Л=[Вт/м*град]);

для температуры - градус Кельвина (Т=[К];

для теплового потока (Л=[Л]=[Вт/м*град];

для теплового расширения металла (К=[К]=[10 *1/град];

для плотности - кг/м3 (q=[кг/м3]);

для объема - м3 (V=[м3]);

для площади - м2 (S)=[м2]);

для давления - паскаль (р=[Па]=[Н/м3]).

Применение предлагаемого воздухонагревателя, позволяет расширить номенклатуру средств "малой" теплоэнергетики, использующих сжатый воздух в качестве теплоносителя, для решения бытовых вопросов с теплоснабжением объектов жилищного, гражданского и промышленного назначения, в естественных условиях. При этом достигается эффект повышения эксплуатационной безопасности систем отопления, снижения эксплуатационных затрат и стоимости тепла, в сравнении с применяемыми традиционными источниками тепловой энергии.

Источники информации:

* Патент RU 2069821, Е 24D 1/00, 27.11.1986 (прототип);

* Патент GB 2208741, Е24Д 5/08, 20.07.2003;

** Баскаков А. П. «Теплотехника». Москва. «Энергоатомиздание» 1991.

*** М.И.Бать, Г.Ю. Джанилидзе. Теоретическая Механика, - М.: Наука. 1967

**** СНиП 2.04.05.91; СНиП 41-01-2003; ГОСТ 12766.1-90; ГОСТ1173-2006; ГОСТ 24982-81; ГОСТ 5632-72.

Настоящее устройство относится к отопительной технике, а именно к воздушно-отопительному устройству. Воздухонагреватель топочный включает изготовленные из жаропрочной стали наружный тепловой контур, вертикальное топочное устройство, установочный блок с лючком и решеткой для периодического удаления золы, в качестве теплоносителя в воздухонагревателе используется сжатый воздух с начальным пусковым давлением от 3 кгс/см², нагретый до необходимой температуры, который через трубу подающего воздухопровода поступает в систему отопления, давление и температура воздуха контролируются манометром и термометром, возврат охлажденного воздуха для нагрева осуществляется через трубу возвратного воздухопровода, контроль за процессом осуществляется визуально или с помощью блока контроля. Применение предлагаемого воздухонагревателя позволяет расширить номенклатуру средств "малой" теплоэнергетики, использующих сжатый воздух в качестве теплоносителя, для решения бытовых вопросов с теплоснабжением объектов жилищного, гражданского и промышленного назначения в естественных условиях. При этом достигается эффект повышения эксплуатационной безопасности систем отопления, снижения эксплуатационных затрат и стоимости тепла, в сравнении с применяемыми традиционными источниками тепловой энергии. 10 ил., 2 табл.

Воздухонагреватель топочный, включающий изготовленные из жаропрочной стали наружный тепловой контур, вертикальное топочное устройство, установочный блок с лючком и решеткой для периодического удаления золы, в качестве теплоносителя в воздухонагревателе используется сжатый воздух с начальным пусковым давлением от 3 кгс/см², нагретый до необходимой температуры, который через трубу подающего воздухопровода поступает в систему отопления, давление и температура воздуха контролируются манометром и термометром, возврат охлажденного воздуха для нагрева осуществляется через трубу возвратного воздухопровода, контроль за процессом осуществляется визуально или с помощью блока контроля.