УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И КОМПЛЕКС НАГРЕВА ВОЗДУХА Российский патент 2024 года по МПК F24H3/08 F23G5/46 

Область техники

[1] Заявленное изобретение может применяться в отрасли топливной энергетики, горнодобывающей промышленности и промышленности в целом и относится к области кондиционирования воздуха, теплотехники и машиностроения, а также к воздухонагревательным установкам, предназначенным для рекуперативного нагрева воздуха различных помещений и его вентилирования.

Уровень техники

[2] Воздухонагревательные рекуперативные установки представляют собой системы, осуществляющие нагрев воздуха посредством его непрерывного теплообмена с теплоносителем через промежуточную среду. Теплоносителями являются текучие вещества, передающие собственную тепловую энергию рабочему веществу за счет теплообмена. Зачастую, в качестве теплоносителя выступают вода, пар, различные органические соединения, масла, продукты сгорания и прочее. Такие устройства находят применение во многих сферах человеческой деятельности, в числе которых различные виды промышленности, сельское хозяйство, системы отопления помещений и другие. Данная технология в том числе применяется для кондиционирования промышленных предприятий и горных выработок. Температурный режим и проветривание играют важное значение в функционировании таких промышленных объектов, поскольку они обеспечивают допустимые рабочие условия для персонала и оборудования, поэтому возникает потребность в надежном и эффективном кондиционировании воздуха.

[3] Системы непрямого нагрева воздуха включают в себя систему генерации тепла теплоносителя, линии переноса рабочего вещества и теплоносителя и теплообменники, в которых происходит передача энергии. В процессе подачи рабочего вещества в систему и вывода из нее теплоносителя могут возникать сложности, обусловленные конденсацией и обмерзанием элементов при работе в условиях низких температур, что приводит к дополнительным затратам для решения этих проблем. Помимо этого, существует проблема интенсификации теплообмена для повышения эффективности работы установки. Из уровня техники известны несколько воздухонагревательных систем, позволяющих осуществить передачу тепла воздуху и его кондиционирование.

[4] Известно решение (RU 2732753 C1; опубл. 09.22.2020; МПК: E21F 3/00), раскрывающее теплоэнергетический комплекс для подогрева шахтного вентиляционного воздуха, содержащий тракт горячего воздуха с вентилятором горячего воздуха, воздухораспределительным устройством, размещенным в камере смешения холодного и горячего воздуха и воздухоподогреватель, включенный в тракт дымовых газов с теплогенератором, выполненным обмуровкой в виде сообщающихся через газоотводящие окна, по меньшей мере одно, камеру дожигания и камеру сгорания, которая имеет сопла вторичного дутья и слоевое топочное устройство, подключенные к дутьевым вентиляторам, причем дутьевые вентиляторы воздухозаборными патрубками подключены также и к тракту рециркуляции охлажденных дымовых газов, а воздухоподогреватель имеет несколько ступеней охлаждения дымовых газов, которые включены последовательно по потоку дымовых газов, а по потоку воздуха по параллельной схеме.

[5] К недостаткам указанного комплекса относится отсутствие модульности комплекса, что усложняет его установку, ремонт и обслуживание, а, значит, снижает безопасность эксплуатации. Кроме того, в ступенях охлаждения отсутствуют направляющие элементы, а в камере дожигания отсутствуют распределители, способствующие равномерному распределению воздуха и теплоносителя на входе в ступени, что понижает эффективность теплообмена.

[6] Известно другое близкое к заявляемому решение (RU 2740234 C1; опубл. 12.01.2021; МПК: F24H 3/02), в котором раскрыт теплоэнергетический комплекс, содержащий воздухонагревательную установку, имеющую газо-воздушный теплообменник, подключенный к тракту горячего воздуха и тракту удаления дымовых газов, и перепускным коробом к выполненному обмуровкой топочному устройству, которое имеет камеру дожигания и расположенную перед ней топочную камеру, оснащенную топкой слоевого типа с дутьевыми зонами, подключенными к системе подачи дутья и тракту циркуляции дымовых газов соплами вторичного дутья, дозатором топлива и узлом выгрузки шлака, подключенными к трактам подачи топлива и золоудаления соответственно, причем топочная камера по высоте частично разделена начинающимся от ее задней стены разделительным сводом и подключена к камере дожигания газопропускными соплами, по меньшей мере одним, которые расположены над разделительным сводом и направлены тангенциально по отношению к вертикальной оси формируемых, согласованно вращающихся в камере дожигания вихрей, по меньшей мере одного, в нижней части камеры дожигания установлен бункер уноса с каналами золоудаления и системой возврата уноса, подключенной к топочной камере ниже разделительного свода, и ее сопла направлены на слоевую топку, а в верхней части камеры дожигания установлены подключенные к тракту циркуляции дымовых газов сопла, которые также направлены тангенциально по отношению к вертикальным осям формируемых вихрей, причем по их вращению.

[7] В число недостатков данного изобретения также входит отсутствие модульности комплекса, что усложняет его установку, ремонт и обслуживание, а, значит, снижает безопасность эксплуатации. Кроме того, в ступенях охлаждения отсутствуют направляющие элементы, а в камере дожигания отсутствуют распределители, способствующие равномерному распределению воздуха и теплоносителя на входе в ступени, что понижает эффективность теплообмена.

[8] Полезная модель (RU 179851 U1; опубл. 28.05.2018; МПК: F22B 1/18) раскрывает теплоутилизатор дымовых газов для субарктического географического пояса, характеризующийся наличием горизонтально расположенного корпуса с рубашками, размещенными с торцов, разделенными перегородками на секции, соединенными между собой горизонтальными рядами труб с перемещающимися по ним горячими дымовыми газами, дымососом, расположенным перед патрубком ввода дымовых газов в корпус, патрубком вывода дымовых газов, и патрубками ввода и вывода охлаждающей среды, при этом на боковой стенке корпуса дополнительно установлен промежуточный затвор-питатель дымовых газов, а перед патрубком ввода охлаждающей среды установлен вентилятор для подачи наружного воздуха в корпус в качестве охлаждающей среды.

[9] Недостатки данного изобретения состоят в отсутствии направляющих элементов и распределителей, способствующих равномерному распределению воздуха и теплоносителя на входе в теплоутилизатор, что понижает эффективность теплообмена. Кроме того, в данном решении по трубам подается теплоноситель (дымовые газы), а их обдувает воздух. Такая постановка снижает эффективность теплообмена, а температура охлажденных дымовых газов приводит к конденсации всех паров серной и сернистой кислот, что накладывает ограничения на эксплуатацию установки и снижает ее безопасность, в том числе экологическую.

[10] Известно также другое решение (RU 2709251 C1; опубл. 17.12.2019; МПК: E21F 3/00; F24H 3/02; F23G 5/46), в котором описан способ подогрева воздуха для обогрева промышленных и производственных объектов, включающий нагрев атмосферного воздуха дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания твердого топлива, подогрев воздуха в воздушной рубашке камеры сгорания, использование вторичного воздуха в камере сгорания, причем в воздушной рубашке, ограждающей камеру сгорания, осуществляют подогрев подаваемого вентилятором первичного воздуха, который направляют в активную зону камеры сгорания, а вторичный воздух подают в дожигательную зону, процесс горения топлива осуществляют в высокотемпературном кипящем слое, при этом образующиеся дымовые газы направляют во встроенный в камеру сгорания пластинчатый рекуперативный газовоздушный теплообменник для нагрева подаваемого в него наружного воздуха, после чего горячий воздух по воздуховодам направляют к объекту, а очищенный в золоуловителе дымовой газ удаляют в атмосферу.

[11] Недостатки данного изобретения состоят в том, что данный способ использует только одну теплообменную ступень. Это может приводить к формированию конденсата в подаваемом воздухе, что может повлечь за собой аварии или снижение эффективности отдачи тепла газу. Кроме того, в способе не используют направляющие элементы и распределители, способствующие равномерному распределению воздуха и теплоносителя на входе в ступени, что понижает эффективность теплообмена.

[12] Недостатком всех упомянутых решений является отсутствие направляющих элементов и распределителей, способствующих равномерному распределению воздуха и теплоносителя на входе в ступени, что понижает эффективность теплообмена.

Сущность изобретения

[13] Задачей настоящего изобретения является создание комплекса, способа и системы нагрева воздуха, осуществляющие качественный и безопасный рекуперативный нагрев воздуха, обусловленный конструкцией системы и ее блоков теплообменников, и имеющие теплоизоляцию линий переноса воздуха и теплоносителя для эффективного теплообмена между средами, а также перенос кондиционированного воздуха потребителю.

[14] Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в повышении эффективности и безопасности кондиционирования воздуха, в том числе за счет выполнения системы по крайней мере с тремя блоками теплообменников, постепенно изменяющими температуры сред, и теплоизоляции линий переноса сред, снижающей тепловые потери, способные повредить окружающие линии конструкции.

[15] Более полно технический результат достигается за счет того, что система нагрева воздуха содержит теплогенерирующую систему, охлаждаемый соединитель, линию переноса теплоносителя, линию переноса нагреваемого воздуха и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник, по которому переносится воздух. При этом блоки теплообменников расположены в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха, выполненных теплоизолированными, соединитель сообщает теплогенерирующую систему с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников, а линия переноса воздуха находится под давлением. Причем теплогенерирующая система сообщена с линией предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему, причем линия предварительного нагрева соединена с линией переноса нагреваемого воздуха.

[16] Теплогенерирующая система представляет собой устройство, в котором осуществляется сжигание топлива и передача полученной таким образом энергии теплоносителю, что напрямую обеспечивает нагрев подаваемого в систему воздуха до требуемой температуры. Для этого теплогенерирующая система соединена с охлаждаемым соединителем, через который теплоноситель поступает в линию переноса теплоносителя. В качестве топлива могут выступать углеводородные газообразные соединения, пылевоздушная смесь и другое горючее в газовой фазе. В качестве теплоносителя могут быть использованы продукты сгорания топлива или другие газы и газообразные смеси. В одном из вариантов технической реализации системы нагрева воздуха теплогенерирующая система выполнена в виде горелочного устройства. Это позволяет обеспечить надежное воспламенение и устойчивое горение топлива, снижение концентрации несгоревших вредных соединений и возможность регулирования генерируемой тепловой мощности, что в совокупности приводит к достижению упомянутого технического результата, заключающегося в эффективности безопасного кондиционирования воздуха. Для интенсификации зажигания топливной смеси в теплогенерирующей системе линия переноса нагреваемого воздуха содержит линию предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему. Подача воздуха нужна для окисления топлива и обеспечения инициации процесса его горения. Предварительный нагрев обеспечивает высокое качество сжигания и высокую температуру факела, а также позволяет исключить обмерзание внешних частей теплогенерирующей системы, осуществляющих подачу окислителя, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха. В еще одной технической вариации системы внутри охлаждаемого соединителя выполнен рассекатель. Этот конструкционный элемент служит для уменьшения влияния потока теплоносителя на блок теплообменников, а также для более равномерного распределения греющего теплоносителя перед ближайшего по потоку блоком теплообменника, что позволяет осуществить более равномерный теплообмен между теплоносителем и воздухом, повышая таким образом эффективность и безопасность кондиционирования воздуха.

[17] Охлаждаемый соединитель соединяет между собой теплогенерирующую систему и ближайший по потоку теплоносителя блок теплообменников для переноса теплоносителя в область контакта с воздухом, т.е. к блоку теплообменников, и осуществления теплообмена. Охлаждение позволяет регулировать температуру исходящего из теплогенерирующей системы теплоносителя и, следовательно, конечную температуру нагрева воздуха. Регуляция температуры за счет охлаждения соединителя позволяет обеспечить безопасность эксплуатации системы и повысить ее эффективность за счет подбора оптимального режима работы системы, исключая перегрев теплообменников или, наоборот, недогрев воздуха. В предпочтительной реализации системы нагрева воздуха охлаждение соединителя выполнено с помощью линии охлаждения соединителя, сообщенной с линией переноса нагреваемого воздуха. Это позволяет использовать отработавший охлаждающий воздух вместе с нагреваемым для подачи их совместного потока потребителю. Такое решение дополнительно повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха за счет повторного использования воздуха, циркулирующего в системе, без дополнительных затрат на утилизацию охлаждающей среды.

[18] Линия переноса теплоносителя представляют собой канал, по которому движется теплоноситель в системе от теплогенерирующей системы до выходной трубы. Движение теплоносителя в линии осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе канала. В результате движения теплоносителя по линии происходит его теплообмен с нагреваемым воздухом в блоках теплообменников в момент контакта потоков теплоносителя со внешней поверхностью теплообменников, внутри которых движется нагреваемый воздух. В предпочтительной реализации системы линия переноса теплоносителя находится под разрежением. Разрежение обеспечивает более активное движение теплоносящей среды по линии, а также в совокупности с избыточным давлением в линии переноса не позволяет теплоносителю попасть в линии переноса воздуха, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха за счет отсутствия их смешения.

[19] Линия переноса нагреваемого воздуха представляют собой канал, по которому движется воздух в системе от входной до выходной трубы. Движение воздуха в линии осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе, поскольку линия находится под давлением. В результате движения воздуха по линии происходит его теплообмен с теплоносителем в блоках. Теплоизоляция линий переноса теплоносителя и воздуха позволяет снизить тепловые потери, возникающие в ходе движения сред по каналам и способные повредить окружающие линии конструкции, что позволяет повысить эффективность и безопасность кондиционирования воздуха. В предпочтительной, но не единственной реализации системы в линии переноса воздуха установлены направляющие элементы. Эти элементы за счет своей геометрической формы и расположения вблизи мест соединения блоков теплообменников и линии обеспечивают равномерный вход воздуха, что повышает эффективность его безопасного нагрева за счет более равномерного смешивания потоков, исключающего локальный перегрев рабочих элементов системы. В другом техническом варианте системы нагрева линия переноса нагреваемого воздуха дополнительно содержит линию предварительного нагрева воздуха на вход в систему нагрева. Предварительный нагрев позволяет исключить вероятность выпадения конденсата на стенках канала, ухудшающего теплообмен между воздухом и теплоносителем и представляющим опасность ввиду формирования коррозии на участках с конденсатом. Предотвращение таких последствий, обеспеченное предварительным нагревом входящего в систему воздуха, повышает эффективность и безопасность кондиционирования воздуха.

[20] В местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха расположены блоки теплообменников. В раскрываемом выполнении системы нагрева воздуха таких блоков не менее трех. Наличие не менее трех ступеней теплообмена позволяет осуществить постепенное изменение температур используемых в теплообмене сред. В результате это обеспечивает эффективность безопасного кондиционирования воздуха. Блоки теплообменников содержат в себе по крайней мере один теплообменник и корпус, сообщаемый с линиями переноса таким образом, что он устанавливается по течению нагреваемого воздуха и против течения теплоносителя. Таким образом, внутри теплообменников протекает воздух, а снаружи их омывает теплоноситель. Такое выполнение имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной компоновкой (движение теплоносителя по трубам и омывание его нагреваемым воздухом), в том числе интенсификация теплообмена между средами, что также повышает эффективность кондиционирования.

[21] В предпочтительной технической реализации системы она может быть выполнена модульной. Модульность означает разделение системы нагрева на связанные между собой модули. Такое разделение позволяет облегчить установку системы, ее эксплуатацию, обслуживание и ремонт, поскольку разделение на модули позволяет легко транспортировать отдельные части системы без риска повреждений. Кроме того, модульность позволяет осуществить замену поврежденного сектора на новый без замены всей системы или ее значительной части. Таким образом, модульность позволяет повысить эффективность и безопасность кондиционирования воздуха за счет уменьшения вероятности поломок, облегченного обслуживания и замены отдельных модулей на новые.

[22] Также технический результат достигается с помощью способа нагрева воздуха, при котором сначала в теплогенерирующей системе системы нагрева воздуха, содержащей теплогенерирующую систему, охлаждаемый соединитель, линию переноса теплоносителя, линию переноса нагреваемого воздуха и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник, по которому переносится воздух, причем соединитель сообщает теплогенерирующую систему с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников, нагревают теплоноситель, причем теплогенерирующая система сообщена с линией предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему, причем линия предварительного нагрева воздуха соединена с линией переноса нагреваемого воздуха. Для обеспечения эффективного и безопасного нагрева теплоносителя, напрямую влияющего на эффективность и безопасность кондиционирования воздуха, нагрев теплоносителя может быть осуществлен с помощью горелочного устройства. Это позволяет обеспечить надежное воспламенение и устойчивое горение топлива, снижение концентрации несгоревших вредных соединений и возможность регулирования генерируемой тепловой мощности, что в совокупности приводит к достижению упомянутого технического результата, заключающегося в эффективности безопасного кондиционирования воздуха. Перед подачей воздуха в теплогенерирующую систему осуществляют его предварительный нагрев. Подача воздуха нужна для окисления топлива и обеспечения инициации процесса его горения. Увеличение температуры окислителя в свою очередь исключает обмерзание внешних частей теплогенерирующей системы, осуществляющих подачу окислителя, и обеспечивает высокое качество сжигания и высокую температуру факела, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха в системе нагрева. В одной технической вариации способа перед подачей теплоносителя в линию переноса теплоносителя осуществляют его равномерное распределение. Это позволяет уменьшить влияние потока теплоносителя на блок теплообменников, а также равномерно распределить греющий теплоноситель, что позволяет осуществить более равномерный теплообмен между теплоносителем и воздухом, повышая таким образом эффективность и безопасность кондиционирования воздуха.

[23] Далее подают нагреваемый воздух в систему нагрева воздуха. Это напрямую обеспечивает возможность кондиционирования воздуха в результате теплообмена с теплоносителем. В предпочтительной, но не единственной реализации способа нагрева воздуха дополнительно перед подачей воздуха в систему осуществляют его предварительный нагрев. Предварительный нагрев позволяет исключить вероятность выпадения конденсата на стенках канала, ухудшающего теплообмен между воздухом и теплоносителем и представляющим опасность ввиду формирования коррозии на участках с конденсатом. Предотвращение таких последствий, обеспеченное предварительным нагревом входящего в систему воздуха, повышает эффективность и безопасность кондиционирования воздуха.

[24] Затем осуществляют движение теплоносителя по теплоизолированной линии переноса теплоносителя. Это напрямую обеспечивает возможность нагрева воздуха в результате теплообмена с теплоносителем. Движение теплоносителя может быть как свободным, так и под действием какой-либо внешней силы. В предпочтительной реализации способа линия переноса теплоносителя находится под разрежением. Разрежение обеспечивает более активное движение теплоносящей среды по линии, а также в совокупности с избыточным давлением в линии переноса не позволяет теплоносителю попасть в линии переноса воздуха, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха за счет отсутствия их смешения.

[25] После чего осуществляют движение воздуха по теплоизолированной линии переноса нагреваемого воздуха, находящейся под давлением. Движение воздуха в линии осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе, поскольку линия находится под давлением. В одном из вариантов способа при движении нагреваемого воздуха по линии обеспечивают его равномерное распределение. Это повышает эффективность его безопасного кондиционирования за счет более равномерного распределения потоков, исключающего локальный перегрев рабочих элементов системы.

[26] Затем обеспечивают теплообмен нагреваемого воздуха с теплоносителем с помощью по крайней мере трех блоков теплообменников, расположенных в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха. Наличие не менее трех расположенных последовательно ступеней теплообмена позволяет осуществить постепенное изменение температур используемых в теплообмене сред. В результате это обеспечивает эффективность безопасного кондиционирования воздуха.

[27] После чего осуществляют выход нагретого воздуха из системы нагрева.

[28] Также технический результат достигается за счет комплекса кондиционирования воздуха, содержащего по крайней мере две системы нагрева воздуха, описанные ранее и общую магистраль вывода нагретого воздуха, соединенную с каждой линией переноса нагреваемого воздуха.

[29] Общая магистраль служит для централизованного подвода нагретого воздуха в целевое помещение. Она представляет собой канал, соединенный с выводом каждой линии переноса нагреваемого воздуха отдельной системы нагрева. Объединение потоков нагретого воздуха и перенос его в одном канале позволяет осуществить эффективное и безопасное кондиционирование воздуха, поскольку централизованная подача позволяет уменьшить площадь контакта нагретого воздуха со стенками магистрали, то есть уменьшить возможные тепловые потери и их влияние на окружающую среду.

Описание чертежей

[30] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:

[31] На Фиг. 1 показан один из видов модульной системы нагрева воздуха.

[32] На Фиг. 2 показан другой вид модульной системы нагрева воздуха.

[33] На Фиг. 3 показан один из видов комплекса кондиционирования воздуха.

[34] На Фиг. 4 показан другой вид комплекса кондиционирования воздуха.

[35] Указанные чертежи поясняются следующими позициями: Система нагрева воздуха - 1; Теплогенерирующая система - 2; Охлаждаемый соединитель - 3; Линия переноса теплоносителя - 4; Линия переноса нагреваемого воздуха - 5; Блок теплообменников - 6; Теплообменник - 7; Линия предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему - 8; Линия охлаждения соединителя - 9; Линия предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в систему нагрева - 10; Общая магистраль вывода нагретого воздуха - 11; Общая магистраль вывода теплоносителя - 12; Дымовая труба - 13.

Подробное описание изобретения

[36] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

[37] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[38] На Фиг. 1 и 2 показана структурная схема одного из вариантов выполнения системы нагрева воздуха. Система нагрева воздуха 1 содержит теплогенерирующую систему 2, охлаждаемый соединитель 3, линию переноса теплоносителя 4, линию переноса нагреваемого воздуха 5 и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников 6, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник 7, по которому переносится воздух. При этом блоки теплообменников 6 расположены в местах пересечения линий переноса теплоносителя 4 и нагреваемого воздуха 5, выполненных теплоизолированными, соединитель 3 сообщает теплогенерирующую систему 2 с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников 6, а линия переноса воздуха 5 находится под давлением.

[39] В качестве топлива могут выступать углеводородные газообразные соединения, пылевоздушная смесь и другое горючее в газовой фазе. В качестве теплоносителя могут быть использованы продукты сгорания топлива или другие газы и газообразные смеси.

[40] Теплогенерирующая система 2 представляет собой устройство, в котором осуществляется сжигание топлива и передача полученной таким образом энергии теплоносителю в результате экзотермической реакции, что напрямую обеспечивает нагрев подаваемого в систему 1 воздуха до требуемой температуры посредством теплообмена с теплоносителем. Для передачи тепловой энергии в линию 4 теплогенерирующая система 2 соединена с охлаждаемым соединителем 3, через который теплоноситель поступает в линию переноса теплоносителя 4. Система 2 может включать в себя камеру сгорания, линии подачи окислителя и топлива и другие необходимые устройства и приспособления, обеспечивающие розжиг и горение топлива, а также иметь разнообразную конструкцию. Возможные варианты системы 2 очевидны для специалиста. В одном из вариантов технической реализации системы нагрева воздуха 1 теплогенерирующая система 2 выполнена в виде горелочного устройства. Горелочное устройство имеет ряд преимуществ по сравнению с другими теплогенераторами, в том числе широкий диапазон регулирования температуры и объема теплоносителя, низкое содержание вредных примесей в продуктах горения, более полное сгорание топлива и другие. В результате это позволяет обеспечить надежное воспламенение и устойчивое горение топлива, снижение концентрации несгоревших вредных соединений и возможность регулирования генерируемой тепловой мощности, что в совокупности приводит к достижению упомянутого технического результата, заключающегося в эффективности безопасного кондиционирования воздуха. Для интенсификации зажигания топливной смеси в теплогенерирующей системе 2 линия переноса нагреваемого воздуха 5 содержит линию предварительного нагрева воздуха 8, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему 2. Схема одного из вариантов соединения линий 5 и 8 представлена на Фиг. 2. Подача воздуха нужна для окисления топлива и обеспечения инициации процесса его горения. Увеличение температуры окислителя в свою очередь исключает обмерзание внешних частей теплогенерирующего устройства 2, осуществляющих подачу окислителя, что положительно сказывается на его работе, поскольку это исключает возникновение аварийных ситуаций, связанных нарушением температурного режима системы 2, а также позволяет интенсифицировать процесс сжигания топлива. В результате предварительное повышение температуры окислителя обеспечивает высокое качество безопасного сжигания топлива, что напрямую способствует повышению эффективности безопасного кондиционирования воздуха в системе нагрева 1. В еще одной технической вариации системы 1 внутри охлаждаемого соединителя 3 выполнен рассекатель (не показан). Этот конструкционный элемент служит для уменьшения влияния потока теплоносителя на блок теплообменников 6, а также для более равномерного распределения греющего теплоносителя перед ближайшим по потоку блоком теплообменников 6 за счет своей геометрической формы, что позволяет осуществить более равномерный теплообмен между теплоносителем и воздухом за счет исключения локального перегрева частей системы 1 и теплообменников 7 в частности. Рассекатель способствует уменьшению абразивного износа теплообменников 7 в результате распределения теплоносителя в соединителе 3, что в конечном счете повышает эффективность и безопасность кондиционирования воздуха в системе 1. Геометрические характеристики рассекателя, в том числе его форма и материал известны из уровня техники.

[41] Охлаждаемый соединитель 3 соединяет между собой теплогенерирующую систему 2 и ближайший по потоку теплоносителя блок теплообменников 6 для переноса теплоносителя в область контакта с воздухом, т.е. к блоку теплообменников 6, и осуществления теплообмена. Охлаждение позволяет регулировать температуру исходящего из теплогенерирующей системы 2 теплоносителя и, следовательно, конечную температуру нагрева воздуха. Регуляция температуры теплоносителя за счет охлаждения соединителя позволяет обеспечить безопасность эксплуатации системы и повысить ее эффективность за счет подбора оптимального режима работы системы 2, исключая перегрев теплообменников или, наоборот, недогрев воздуха. Охлаждение может быть реализовано с помощью омывания поверхности соединителя 3 водой, газом или иначе. В предпочтительной реализации системы нагрева воздуха 1 охлаждение соединителя выполнено с помощью линии охлаждения соединителя 9, сообщенной с линией переноса нагреваемого воздуха 5. Один из вариантов выполнения такого соединения также представлен на Фиг. 1. Это позволяет использовать отработавший охлаждающий воздух вместе с нагреваемым для подачи их совместного потока потребителю. Такое решение позволяет повторно использовать воздух, циркулирующий в системе, без дополнительных затрат на утилизацию охлаждающей среды, т.е. способствует увеличению объема нагреваемого воздуха. В результате это дополнительно повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха. Геометрические характеристики охлаждаемого соединителя 3, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.

[42] Линия переноса теплоносителя 4 представляют собой канал, по которому движется теплоноситель в системе 1 от теплогенерирующей системы 2 до выходной трубы. Движение теплоносителя в линии 4 осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе канала. В результате движения теплоносителя по линии 4 происходит его теплообмен с нагреваемым воздухом в блоках теплообменников 6 в момент контакта потоков теплоносителя со внешней поверхностью теплообменников 7, внутри которых движется нагреваемый воздух. В предпочтительной реализации системы линия переноса теплоносителя 4 находится под разрежением. Разрежение обеспечивает более активное движение теплоносящей среды по линии 4, а также в совокупности с избыточным давлением в линии переноса 5 не позволяет теплоносителю попасть в линии переноса воздуха 5, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха за счет отсутствия их смешения. Наличие теплоносителя в линии переноса воздуха 5 может пагубно сказаться на безопасности пользователей системы 1. Эффективность кондиционирования в свою очередь повышается за счет увеличения потока теплоносителя в единицу времени, вызванного разрежением, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Разрежение в линии 4 может быть получено путем установки насосов, дымососов или других устройств, осуществляющих образование разности давлений на концах линии 4, приводящей в активное движение среду теплоносителя. Геометрические характеристики линии 4, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.

[43] Линия переноса нагреваемого воздуха 5 представляют собой канал, по которому движется воздух в системе 1 от входной до выходной трубы. Движение воздуха в линии 5 осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе, поскольку линия находится под давлением. Разность давлений может быть обеспечена вентилятором или другим устройством, осуществляющим движение потока воздуха в систему 1. В результате движения воздуха по линии 5 происходит его теплообмен с теплоносителем в блоках теплообменников 6. Теплоизоляция линий переноса теплоносителя 4 и воздуха 5 позволяет снизить тепловые потери, возникающие в ходе движения сред по каналам и способные повредить окружающие линии конструкции, что позволяет повысить эффективность и безопасность кондиционирования воздуха. В предпочтительной, но не единственной реализации системы 1 в линии переноса воздуха 5 установлены направляющие элементы (не показаны). Эти элементы за счет своей геометрической формы и расположения вблизи мест соединения блоков теплообменников 6 и линии 5 обеспечивают равномерный вход воздуха, что повышает эффективность его безопасного нагрева за счет более равномерного распределения потоков, исключающего локальный перегрев рабочих элементов системы 1. В другом техническом варианте системы нагрева 1 линия переноса нагреваемого воздуха 5 дополнительно содержит линию 10 предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в систему нагрева 1. Предварительный нагрев позволяет исключить вероятность выпадения конденсата на стенках канала 5, ухудшающего теплообмен между воздухом и теплоносителем и представляющим опасность ввиду формирования коррозии на участках с конденсатом. Коррозия формируется в результате соединения водяного пара и кислотных остатков и оксидов, содержащихся в теплоносителе, что может повредить линию 5 и вызвать аварийную ситуацию. Предотвращение таких последствий, обеспеченное предварительным нагревом входящего в систему 1 воздуха, повышает эффективность и безопасность кондиционирования воздуха. Геометрические характеристики линии 5, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.

[44] В местах пересечения линий переноса теплоносителя 4 и нагреваемого воздуха 5 расположены блоки теплообменников 6. В раскрываемом выполнении системы нагрева воздуха таких блоков 6 не менее трех. Наличие не менее трех ступеней теплообмена позволяет осуществить постепенное изменение температур используемых в теплообмене сред. Использование менее трех блоков теплообменников 6 ведет к риску интенсивной коррозии и разрушению материала линий 4 и 5, а также самих теплообменников 6 по описанному ранее механизму. Таким образом наличие 3 и более блоков 6 обеспечивает эффективность безопасного кондиционирования воздуха. Блоки теплообменников 6 содержат в себе по крайней мере один теплообменник 7 и корпус, сообщаемый с линиями переноса таким образом, что он устанавливается по течению нагреваемого воздуха и против течения теплоносителя, например, как показано на Фиг. 2. Таким образом, внутри теплообменников 7 протекает воздух, а снаружи их омывает теплоноситель. Такое выполнение имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной компоновкой (движение теплоносителя по трубам и омывание его нагреваемым воздухом), в том числе интенсификация теплообмена между средами, уменьшение поверхности нагрева и возможность компактного размещения компонентов системы 1 при ее модульном исполнении, что также повышает эффективность безопасного кондиционирования. Преимущества модульного исполнения будут описаны ниже. Геометрические характеристики блоков теплообменников 6 и самих теплообменников 7, в том числе их длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники.

[45] В предпочтительной технической реализации системы 1 она может быть выполнена модульной. Модульность означает разделение системы нагрева 1 на связанные между собой модули. Такое разделение позволяет облегчить установку системы 1, ее эксплуатацию, обслуживание и ремонт, поскольку разделение на модули позволяет легко транспортировать отдельные части системы 1 без риска повреждений. Кроме того, модульность позволяет осуществить замену поврежденного сектора на новый без замены всей системы 1 или ее значительной части. Таким образом, модульность позволяет повысить эффективность и безопасность кондиционирования воздуха за счет уменьшения вероятности поломок, облегченного обслуживания и замены отдельных модулей на новые. Одна из вариаций модульного исполнения системы 1 показана на Фиг. 1 и 2.

[46] Способ нагрева воздуха состоит из последовательных этапов, на которых сначала в теплогенерирующей системе 2 системы нагрева воздуха 1, содержащей теплогенерирующую систему 2, охлаждаемый соединитель 3, линию переноса теплоносителя 4, линию переноса нагреваемого воздуха 5 и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников 6, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник 7, по которому переносится воздух, причем соединитель 3 сообщает теплогенерирующую систему 2 с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников 6, нагревают теплоноситель. Система нагрева воздуха 1 может быть выполнена в различных технических вариантах, в том числе в виде, раскрытом ранее. Нагрев может быть обеспечен различными способами, однако для обеспечения эффективного и безопасного нагрева теплоносителя, напрямую влияющего на эффективность и безопасность кондиционирования воздуха, нагрев теплоносителя может быть осуществлен с помощью горелочного устройства 2 по указанным ранее причинам и преимуществам. Перед подачей воздуха в теплогенерирующую систему 2 осуществляют его предварительный нагрев. Увеличение температуры окислителя в свою очередь исключает обмерзание внешних частей теплогенерирующей системы 2, осуществляющих подачу окислителя, что положительно сказывается на его работе, поскольку это исключает возникновение аварийных ситуаций, связанных с нарушением температурного режима системы 2, а также позволяет интенсифицировать процесс сжигания топлива. В результате предварительное повышение температуры окислителя обеспечивает высокое качество безопасного сжигания топлива, что напрямую способствует повышению эффективности безопасного кондиционирования воздуха в системе нагрева 1. В еще одной технической вариации способа перед подачей теплоносителя в линию переноса теплоносителя 4 осуществляют его равномерное распределение. Это позволяет уменьшить влияние потока теплоносителя на блок теплообменников 6, а также более равномерно распределить греющий теплоноситель перед ближайшим по потоку блоком теплообменников 6 за счет своей геометрической формы, что позволяет осуществить более равномерный теплообмен между теплоносителем и воздухом за счет исключения локального перегрева частей системы 1 и теплообменников 7 в частности, повышая таким образом эффективность и безопасность кондиционирования воздуха.

[47] Далее подают нагреваемый воздух в систему нагрева воздуха 1. Это напрямую обеспечивает возможность кондиционирования воздуха в результате теплообмена с теплоносителем. Подача может быть обеспечена вентилятором или другим устройством, осуществляющим движение потока воздуха в систему 1. В предпочтительной, но не единственной реализации способа нагрева воздуха дополнительно перед подачей воздуха в систему 1 осуществляют его предварительный нагрев. Преимущества нагрева и его влияние на достижение технического результата были описаны ранее.

[48] Затем осуществляют движение теплоносителя по теплоизолированной линии переноса теплоносителя 4. Это напрямую обеспечивает возможность нагрева воздуха в результате теплообмена с воздухом. Движение теплоносителя может быть как свободным, так и под действием какой-либо внешней силы. В предпочтительной реализации способа линия переноса теплоносителя находится под разрежением. Разрежение обеспечивает более активное движение теплонесущей среды по линии 4, а также в совокупности с избыточным давлением в линии переноса 5 не позволяет теплоносителю попасть в линии переноса воздуха 5, что повышает эффективность безопасного кондиционирования воздуха за счет отсутствия их смешения. Наличие теплоносителя в линии переноса воздуха 5 может пагубно сказаться на безопасности пользователей системы 1. Эффективность кондиционирования в свою очередь повышается за счет увеличения потока теплоносителя в единицу времени, вызванного разрежением, что позволяет интенсифицировать теплообмен. Разрежение в линии 4 может быть получено путем использования насосов, дымососов или других устройств, осуществляющих образование разности давлений на концах линии 4, приводящей в активное движение среду теплоносителя.

[49] После чего осуществляют движение воздуха по теплоизолированной линии переноса нагреваемого воздуха 5, находящейся под давлением. Движение воздуха в линии 5 осуществляется за счет разности давлений на входе и на выходе, поскольку линия 5 находится под давлением. Теплоизоляция линий переноса теплоносителя 4 и воздуха 5 позволяет снизить тепловые потери, возникающие в ходе движения сред по каналам и способные повредить окружающие линии конструкции, что позволяет повысить эффективность и безопасность кондиционирования воздуха. В одном из вариантов способа при движении нагреваемого воздуха по линии 5 обеспечивают его равномерное распределение. Преимущества равномерного распределения и его влияние на достижение технического результата были описаны ранее.

[50] Затем обеспечивают теплообмен нагреваемого воздуха с теплоносителем с помощью по крайней мере трех расположенных последовательно блоков теплообменников 6, расположенных в местах пересечения линий переноса теплоносителя 4 и нагреваемого воздуха 5. Наличие не менее трех ступеней теплообмена позволяет осуществить постепенное изменение температур используемых в теплообмене сред. Подробное обоснование также было приведено выше. В результате наличие по крайней мере трех расположенных последовательно теплообменников обеспечивает эффективность безопасного кондиционирования воздуха.

[51] После чего осуществляют выход нагретого воздуха из системы нагрева. Выход также обеспечивается за счет разности давлений на входе и на выходе линии 5.

[52] На Фиг. 3 и 4 показана структурная схема одного из вариантов выполнения комплекса кондиционирования воздуха. Комплекс нагрева воздуха содержит по крайней мере две системы нагрева воздуха 1, описанные ранее, и общую магистраль вывода нагретого воздуха 11, соединенную с каждой линией переноса нагреваемого воздуха 5.

[53] Общая магистраль 11 служит для централизованного подвода нагретого вещества в требуемое помещение. Она представляет собой канал, соединенный с выводом каждой линии переноса нагреваемого воздуха 5 отдельной системы нагрева 1. Объединение потоков нагретого воздуха и перенос его в одном канале 11 позволяет осуществить эффективное и безопасное кондиционирование воздуха, поскольку централизованная подача позволяет уменьшить площадь контакта нагретого воздуха со стенками магистрали 11, то есть уменьшить возможные тепловые потери и их влияние на окружающую среду. Геометрические характеристики общей магистрали 11, в том числе его длина, ширина, высота, форма сечения и другие, а также материал стенок также известны из уровня техники. Общая магистраль 11 сообщена с целевым помещением, в которое поступает нагретый воздух для его дальнейшего использования. Этим помещением могут быть различные вентиляционные системы, камеры и другие известные из уровня техники комплексы. Комплекс нагрева воздуха также может включать в себя общую магистраль вывода теплоносителя 12. Его удаление может осуществляться с помощью, например, дымовой трубы 13, как показано на Фиг. 3 и 4, или другим известным способом.

[54] В представленной наилучшей реализации комплекс кондиционирования воздуха работает следующим образом. В горелочном устройстве 2 каждой из по крайней мере двух модульных систем нагрева воздуха 1 осуществляется сгорание газообразного топлива, например, природного газа с помощью предварительно нагретого окислителя в виде воздуха, поступившего из линии предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему 8. В результате сгорания топлива тепловая энергия передается теплоносителю, например, дымовому газу, который поступает в охлаждаемый соединитель 3. В охлаждаемом соединителе 3 поток среды равномерно распределяется рассекателем и поступает в теплоизолированную линию переноса теплоносителя 4, в которой он движется за счет разрежения, вызванного, например, дымососом. Воздух, поступающий по линии охлаждения соединителя 9, после теплообмена со стенками соединителя 3 поступает в линию переноса нагреваемого воздуха 5. В это время на вход в линию переноса нагреваемого воздуха 5 с помощью, например, вентилятора, поступает воздух из атмосферы. Он предварительно нагревается с помощью горячего воздуха из линии предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в систему нагрева 10. Поданный воздух проходит по линии 5 и попадает в блок теплообменников 6, где перед этим он равномерно распределяется с помощью направляющих элементов. В результате воздух движется внутри по крайней мере одного теплообменника 7, который снаружи омывается теплоносителем, в результате чего происходит теплообмен между ними. Пройдя таким образом по крайней мере три расположенных последовательно блока 6 воздух постепенно нагревается и попадает на выход линии 5 в общую магистраль вывода нагретого воздуха 11. Поступивший в магистраль 11 воздух движется в целевое помещение, где осуществляется его доступ к потребителю, а теплоноситель удаляется из комплекса в атмосферу с помощью магистрали вывода теплоносителя 12 и дымовой трубы 13.

[55] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на технический результат, заключающийся в повышении эффективности безопасного кондиционирования воздуха, в том числе за счет выполнения системы по крайней мере с тремя блоками теплообменников, постепенно изменяющими температуры сред, и теплоизоляции линий переноса сред, снижающей тепловые потери, способные повредить окружающие линии конструкции.

[56] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.

Устройство, способ и комплекс нагрева воздуха предназначены для рекуперативного нагрева воздуха помещений и их вентиляции. Технический результат: повышение эффективности и безопасности кондиционирования воздуха, в том числе за счет выполнения системы по крайней мере с тремя блоками теплообменников, постепенно изменяющими температуры сред, и теплоизоляции линий переноса сред, снижающей тепловые потери, способные повредить окружающие линии конструкции. Технический результат достигается за счет реализации способа нагрева воздуха заявленной системой нагрева воздуха, содержащей теплогенерирующую систему, охлаждаемый соединитель, линию переноса теплоносителя, линию переноса нагреваемого воздуха и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник, по которому переносится воздух. При этом блоки теплообменников расположены в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха, выполненных теплоизолированными, соединитель сообщает теплогенерирующую систему с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников, а линия переноса воздуха находится под давлением. Причем теплогенерирующая система сообщена с линией предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему, причем линия предварительного нагрева соединена с линией переноса нагреваемого воздуха. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система нагрева воздуха, содержащая теплогенерирующую систему, охлаждаемый соединитель, линию переноса теплоносителя, линию переноса нагреваемого воздуха и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник, по которому переносится воздух, причем блоки теплообменников расположены в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха, выполненных теплоизолированными, соединитель сообщает теплогенерирующую систему с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников, а линия переноса воздуха находится под давлением, причем теплогенерирующая система сообщена с линией предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему, причем линия предварительного нагрева воздуха соединена с линией переноса нагреваемого воздуха.

2. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что теплогенерирующая система выполнена в виде горелочного устройства.

3. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что внутри охлаждаемого соединителя выполнен рассекатель.

4. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что охлаждение соединителя выполнено с помощью линии охлаждения соединителя, соединенной с линией переноса нагреваемого воздуха.

5. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно линия переноса теплоносителя находится под разрежением.

6. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно в линиях переноса воздуха установлены направляющие элементы.

7. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что линия переноса нагреваемого воздуха дополнительно содержит линию предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в систему нагрева.

8. Система нагрева воздуха по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена модульной.

9. Способ нагрева воздуха, при котором:

- в теплогенерирующей системе системы нагрева воздуха по п.1 нагревают теплоноситель;

- подают нагреваемый воздух в систему нагрева воздуха;

- осуществляют движение теплоносителя по теплоизолированной линии переноса теплоносителя;

- осуществляют движение воздуха по теплоизолированной линии переноса нагреваемого воздуха, находящейся под давлением;

- обеспечивают теплообмен нагреваемого воздуха с теплоносителем с помощью по крайней мере трех блоков теплообменников, расположенных в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха;

- осуществляют выход нагретого воздуха из системы нагрева;

- при этом подают в теплогенерирующую систему системы нагрева воздуха предварительно нагретый в линии переноса нагреваемого воздуха воздух через линию предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему.

10. Способ нагрева воздуха по п.9, отличающийся тем, что в качестве теплогенерирующей системы используют горелочное устройство.

11. Способ нагрева воздуха по п.9, отличающийся тем, что перед подачей теплоносителя в линию переноса теплоносителя осуществляют его равномерное распределение.

12. Способ нагрева воздуха по п.9, отличающийся тем, что дополнительно перед подачей воздуха в систему нагрева осуществляют его предварительный нагрев.

13. Способ нагрева воздуха по п.9, отличающийся тем, что в линии переноса теплоносителя обеспечивают разрежение.

14. Способ нагрева воздуха по п.9, отличающийся тем, что при движении нагреваемого воздуха по линии обеспечивают его равномерное распределение.

15. Комплекс кондиционирования воздуха, содержащий

- по крайней мере две системы нагрева воздуха, каждая из которых содержит теплогенерирующую систему, охлаждаемый соединитель, линию переноса теплоносителя, линию переноса нагреваемого воздуха и по крайней мере три расположенных последовательно блока теплообменников, каждый из которых содержит по крайней мере один теплообменник, по которому переносится воздух, причем блоки теплообменников расположены в местах пересечения линий переноса теплоносителя и нагреваемого воздуха, выполненных теплоизолированными, соединитель сообщает теплогенерирующую систему с ближайшим по потоку теплоносителя блоком теплообменников, а линия переноса воздуха находится под давлением, причем теплогенерирующая система сообщена с линией предварительного нагрева воздуха, подаваемого на вход в теплогенерирующую систему, причем линия предварительного нагрева воздуха соединена с линией переноса нагреваемого воздуха,

- и общую магистраль вывода нагретого воздуха, соединенную с каждой линией переноса нагреваемого воздуха.