Воздухонагреватель (ВН) Российский патент 2025 года по МПК F24H3/08 

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 электрических нагревательных элементов 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. E24D5/08); 2) пароводяная смесь (RU 2360184, кл. E24D1/00); 3) паровоздушная смесь RU 2069821, кл. 24D1/00).

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, который с помощью электрических нагревательных элементов нагревает до необходимой температуры сжатый воздух, поступающий из системы отопления, нагревает сжатый воздух 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), внутренний тепловой контур (2) и блок нагреватель (5). Управление воздухонагревателем осуществляется с помощью блока управления (БУ), вынесенного отдельно. Для снижения теплопотерь и обеспечения промышленной безопасности персонала наружный тепловой контур и подающий воздухопровод покрываются теплоизоляцией из минераловатных плит (3).

Наружный тепловой контур (1) состоит из стального цилиндра с стальными крышками на термостойком герметике и болтах, изготовленного из листовой стали ХН32Т толщиной от 2 мм, с изоляцией из минераловатных плит (3), снабжен (фиг.3; 4; 5) сверху шаровым краном (7) для присоединения подающего воздухопровода, термостойким манометром (8) на давление до 12 кгс/см², термодатчиком (9) до 600 градусов С, снизу шаровым краном (6) для присоединения возвратного воздухопровода и отверстием для прохода электропроводной трубки (4).

Внутренний тепловой контур (фиг.3; 6; 7) состоит из медного цилиндра с медными цилиндрическими крышками на термостойком герметике и шурупах (2), изготовленного из листовой меди марки М1Е толщиной от 1.5 мм, с припаянной по спирали, на высоту цилиндра, медной полосой, которая направляет по углом 30 градусов, поступающие в наружный тепловой контур, потоки воздуха по спирали вверх и одновременно выполняет функцию ребра жесткости для медного цилиндра, нижняя цилиндрическая крышка имеет отверстие для прохода электропроводной трубки (4) и терм изолируется от наружного теплового контура асбестовым листом (10) толщиной 3 мм.

Блок нагреватель (фиг.3; 8; 9) состоит из трех расположенных под 120 градусов, стальных стоек - держателей для нагревательных элементов, изготовленных из стали марки Х5М диаметром от 8 мм с резьбовым соединением стоек и нижних крышек тепловых контуров, трех перфорированных круглых столов (5) для укладки нагревательных элементов, изготовленных из листовой стали марки ХН32Т толщиной от 2 мм, трех бортовых ограничений для круглых столов, изготовленных из стали Х5М диаметром от 5 мм, трех нагревательных элементов, изготовленных в виде спираль из проволоки «Фехраль» марки Х15Ю5-Н в изоляции «бусами» из керамических «чашечек», электропроводной трубки, для прокладки электропроводов в изоляции «бусами» из керамических «цилиндров», изготовленной из жаропрочной стали марки 08X13.

Размеры воздухонагревателя, диаметры труб подающего и возвратного воздухопроводов, мощность нагревательных элементов, 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. Число, одновременно включаемых нагревательных элементов, определяется температурным графиком работы воздухонагревателя.

Для работы электрических нагревательных элементов, можно использовать электрическую энергию, поступающую из сетей с напряжением 220 В или 380 В.

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 включение нагревательных элементов. Количество единовременно включаемых нагревательных элементов определяется температурным графиком работы воздухонагревателя и контролируется термодатчиком (9). Воздух из наружного теплового контура, нагретый от внутреннего теплового контура и блока нагревателя, 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 внутренний и наружный тепловые контуры 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.

Чертежи изобретения:

На фиг.1. Общий вид воздухонагревателя.

На фиг.2. Вид А-А на фиг.1.

На фиг.3. Разрез 1-1 на фиг.2.

На фиг.4. Наружный тепловой контур на фиг.3.

На фиг.5. Разрез 2-2 на фиг.4.

На фиг.6. Внутренний тепловой контур на фиг.3.

На фиг.7. Разрез 3-3 на фиг.6.

На фиг.8. Блок нагреватель на фиг.3.

На фиг.9. Разрез 4-4 на фиг.8.

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, уменьшает 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=3 кгс/см². Давление в системе отопления контролируется манометром. После выравнивания давления в системе, производится включение нагревательных элементов в соответствии с температурным графиком. Нагреваемый воздух, поднимается вертикально в вверх со скоростью v=1-4 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:

- температура плавления меди - 1080°С;

- температура плавления стали - 1500°С;

- коэффициент теплопроводности меди - 389,6;

- коэффициент теплопроводности стали - 45,4;

- коэффициент температурного расширения меди при t=600°С=18,86;

- 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 (=[ ]=[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 24D1/00, 27.11.1986 (прототип);

* Патент GB 2208741, Е24Д5/08, 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, в котором сжатый воздух нагревается с помощью электрических нагревательных элементов до необходимой температуры и за счет конвекции передает тепло нагретого воздуха в системы отопления жилых, промышленных и гражданских зданий. Воздухонагреватель включает изолированный стальной наружный тепловой контур, медный внутренний тепловой контур, стальной блок нагреватель, включающий три стола, расположенных этажеркой, для спиральных нагревательных элементов, к которым подается электроэнергия по стальной электропроводной трубе, в качестве рабочего теплоносителя используется сжатый воздух с начальным пусковым давлением 3 кгс/см², который нагревается и через трубу подающего воздухопровода поступает в систему отопления, давление и температура воздуха контролируются манометром и термодатчиком, возврат охлажденного воздуха для нагрева осуществляется через трубу возвратного воздухопровода, управление процессом осуществляется с помощью блока управления. 10 ил.

Воздухонагреватель, включающий изолированный стальной наружный тепловой контур, медный внутренний тепловой контур, стальной блок нагреватель, включающий три стола, расположенных этажеркой, для спиральных нагревательных элементов, к которым подается электроэнергия по стальной электропроводной трубе, в качестве рабочего теплоносителя используется сжатый воздух с начальным пусковым давлением 3 кгс/см², который нагревается и через трубу подающего воздухопровода поступает в систему отопления, давление и температура воздуха контролируются манометром и термодатчиком, возврат охлажденного воздуха для нагрева осуществляется через трубу возвратного воздухопровода, управление процессом осуществляется с помощью блока управления.