Нагревательное устройство Советский патент 1993 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к бытовой и промышленной технике, где может найти широкое применение для обогрева различных объектов, например помещений, материалов, оборудования и , нагрева воды, сушки, термообработки и т.п. Предпочтительно применение изобретения для вышеуказанных целей в условиях Крайнего Севера.

Целью изобретения является расширение области применения и повышение тепловой эффективности нагревательного устройства.

На фиг. 1 изображено нагревательное устройство, предназначенное для обогрева помещений небольшой площади, аксонометрия; на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 3; на

фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 5 (вариант исполнения устройства, снабженного кожухом); на фиг.5-разрез А-Ана фиг.4; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг, 7 (вариант исполнения устройства, снабженного кожухом, с помещенным в полости между кожухом и наружной обечайкой теплопроводным материалом); на фиг. 7 - разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Б-Б на фиг. 9 (вариант исполнения устройства из составной обечайки); на фиг. 9 - разрез А-А на фиг. 8; на фиг. 10 - схема тепловых потоков.

Нагревательное устройство (фиг. 1-3) представляет собой трубчатую конструкцию, состоящую из горизонтальных выполненных в виде осесимметричного в

оэ

о

о со

KD

СО

продольном и поперечном сечениях цилиндра и установленных заподлицо внутренней обечайки 1 и наружной обечайки 2, Указанные обечайки формируют открытый- с торцов центральный канал 3 и кольцевой канал 4, закрытый с торцов заглушками 5, с образованием герметичной кольцевой камеры.В наружной обечайке 2 оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения выполнены отверстия (не показаны), е которые введены входной 6 и выходной 7 патрубки одинакового диаметра. При этом (по размерам на фиг, 1) площадь продольного сечения кольцевого канала S1 примерно в 2,3 раза меньше площади поперечного сечения S2 каждого из патрубков 6 и 7, В кольцевом канале 4 против входного патрубка 6 на нижней образующей внутренней обечайки 1 по всей ее длине установлен рассекатель потока 8, вы- полненный в виде пары пластин, установленных V-образно и тангенциально к- обечайке 1, с вершиной а, обращенной к. патрубку и расположенной в условной продольной горизонтальной диаметральной плоскости.

На наружной и внутренней обечайках выполнены также отверстия меньшего диаметра (не показаны), расположенные по окружности таким образом, что они находятся на одном радиусе. Через каждую из этих пар отверстий в кольцевой канал 4 поперечно пропущены трубки 9 с открытыми наружными 10 и внутренними 11 торцами для сквозного прохода через них среды центрального канала.

Входной патрубок 6 присоединен к источнику продуктов сгорания (не показан), например к теплогенератору.

При установке нагревательного устройства в помещении для его.обогрева выходной патрубок 6 присоединяется к дымовой трубе (не показана), выведенной через стенку (не показана) наружу.

Согласно варианту исполнения, показанному на фиг. 4 и 5, нагревательное устройство помещено в герметичный кожух 12 с входным 13 и выходным 14 патрубками с образованием промежуточной полости. При этом оно сформировано из цилиндрических обечаек, что предпочтительно, хотя может быть выполнено из составных обечаек.

В соответствии с вариантом исполнения согласно фиг. 6 и 7 нагревательное устройство содержит герметичный кожух, при этом промежуточная полость между кожухом и цилиндрическими поверхностями обечаек заполнена теплопроводным материалом, например шамотом, а внутренняя обечайка 1, патрубки 6 и 7 и трубки 9 выведены за пределы кожуха 12, Такое положение внутренней обечайки 1 относительно кожуха 12 исключает сообщение центрального канала с материалом 15, его засорение,

забивание, Однако обечайка 1 может устанавливаться заподлицо с торцом кожуха 12. К дну кожуха 12 прикреплены ноги 16.

Согласно варианту исполнения в соответствии с фиг. 8 и 9 наружная обечайка 2 и

0 внутренняя обечайка 1 выполнены составными и включают идентичные верхние цилиндрические полуобечайки 17 и 18, нижние цилиндрические полуобечайки 19 и 20, соединенные между собой с сопряжением пло5 скими листами 21,.22 и 23, 24. В остальном данное положение подобно исполнению согласно фиг. 1-3. Данный вариант исполнения позволяет увеличить поверхность нагрева на величину, определяемую пло0 щадью листов 21, 22 и 23, 24. Его применение целесообразно для создания нагревательных устройств повышенной теплоотдачи. При использовании полуобечаек небольшого диаметра могут быть изготовле5 ны небольшие по глубине (уплощенные) на- гревательные устройства, хорошо вписываемые в интерьер помещения, занимающие мало места и поддающиеся декоративному оформлению.

0 Каждое -нагревательное устройство по вышеописанным вариантам может использоваться отдельно, обеспечивая, например, обогрев помещения сравнительно небольшой площади. В тех случаях, когда требует5 ся более высокая теплоотдача, например для обогрева помещений большой площади, формируют блочное нагревательное устройство из нескольких нагревательных устройств по вышеописанным вариантам,

0 соединяемых между собой.

Нагревательное устройство работает следующим образом.

Из источника продуктов сгорания (не показан) разбавленные до требуемой степе5 ни. воздухом продукты сгорания поступают во входной патрубок 6, из которого направляются к рассекателю 8 и разделяются им на два одинаковых полукольцевых потока, проходя по соответствующим кольцевым кана0 лам (фиг, 1-7). Согласно фиг. 8 и 9 продукты сгорания после рассекателя проходят по одинаковым комбинированным каналам:по двум четвертьцилиндрическим и по двум прямым каналам. Продукты сгорания, от5 давшие часть своего тепла теплопередаю- щим поверхностям, через выходной патрубок и дымоотводящую трубу отводятся наружу.

При зтом в связи с тем, что площадь поперечного сечения S2 входного патрубка

6 больше площади продольного сечения S1 кольцевого канала 4 или комбинированного канала, происходит уплотнение потока продуктов сгорания (поток сужается), Это явление способствует увеличению теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам наружной и внутренней обечаек. По выходу продуктов сгорания из канала, наоборот, происходит расширение потока. В результате обеспечивается лучшее перемешивание частиц продуктов сгорания, которые, как известно, имеют различную температуру по сечению, и, как следствие, достигается, равномерная температура потока по всей высоте кольцевого канала, что способствует повышению теплоотдачи от продуктов сгорания к етен- кам обечаек.

Подключение патрубков продуктов сгорания б и 7 к кольцевому каналу 4 и их оппозитная установка в наружной обечайке соосно горизонтальной оси ее поперечного сечения (по центру обечайки и один против другого) обеспечивают поперечное обтекание продуктов сгорания, которое, как показали испытания, для экспериментально установленных параметров устройства (таких, как диаметр обечаек, их длина и величина кольцевого зазора) обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи устройства.

В связи с установкой рассекателя 8 и тангенциальным расположением его пластин на входе в полукольцевые каналы поток продуктов сгорания закручивается, что вызывает его турбулизацию и повышает теплоотдачу к стенкам наружной 2 и внутренней 1 обечаек. При этом нагреваются трубки 9, введение которых увеличивает суммарную поверхность, передающую тепло нагреваемому воздуху,,и теплоотдачу от продуктов сгорания к стенкам обечаек. Кроме того, рассекатель в известной степени является теплоаккумулирующим элементом и поскольку он предпочтительно расположен внизу, то это благоприятно сказывается, на тепловой обработке предметов и материалов, размещаемых в центральном канале.

Назначение трубок 9 состоит также в создании струйного истечения нагретого воздуха (фиг. 10), так как нагретый воздух, находящийся в центральном канале 3, вытесняется вверх постоянно поступающим в этот канал потоком холодного воздуха Bi, который движется вниз. При этом наиболее интенсивное истечение наблюдается через трубки, расположенные в верхней половине кольцевого канала 4. Истечение наблюдается и через трубки, расположенные в нижней половине кольцевого канала вследствие того, что холодный воздух Вт, находящийся в

центральном канале 3, заполняет эти трубки, нагревается в них, становится легче и вытесняется поступающей порцией потока воздуха BL По выходу из наружных торцов

10 струи нагретого воздуха дополнительно вытесняются наружным воздухом В2 и направляются вверх. Упрощенная схема потоков горячего и холодного воздуха показана на фиг. 10. В результате истечений горячего

0 воздуха усиливается эффект конвективной теплопередачи,

Основной конвективный теплообмен с нагреваемым окружающим воздухом осу- ществ Ляется через нагретые поверхности

5 обечаек 1 и 2. Продукты сгорания, отдавшие часть своего тепла вышеописанным поверхностям теплообмена, через выходной патрубок и дымовую трубу отводятся наружу. Благодаря тому, что центральный канал

0 3 сформирован горизонтальными обечайками 1 и 2, выполнен сквозным и с наличием доступа к его торцам, он может быть использован как ниша для размещения в ней подлежащих тепловой обработке предметов

5 или материалов. Это расширяет область применения предложенного устройства по сравнению с прототипом и устройствами подобного назначения,

Нагревательное устройство Б соответст0 вии с фиг. 4 и 5 предназначено либо только для нагрева воды, либо одновременно для нагрева воды и обогрева помещения, что задается соответствующей температурой .продуктов сгорания, получаемой в зависи5 мости от степени их разбавления воздухом. Холодная вода поступает во входной патрубок 13, омывает наружные поверхности нагревательного устройства, которые через свои стенки передают ей тепло продуктов

0 сгорания. Нагретая вода отводится через патрубок 14 и используется по назначению. Вариант исполнения нагревательного устройства в соответствии с -фиг. 6 и 7 используется для изготовления нагреватель5 ных устройств повышенной теплоотдачи по сравнению с устройствами, выполняемыми без кожуха и занимающими практически одну и ту же площадь помещения-. Если для упрощения представить кожух нагреватель0 ного устройства как описанный вокруг окружности (наружной обечайки) квадрат, то даже в этом случае увеличение теплопере- , дающей поверхности нагревательного устройства с кожу-хом по сравнению с

5 теплопередающей поверхностью устрййст- вз без кожуха составит 1,2 раза.

Передача тепла от поверхностей нагревательного устройства к материалу 15 осуществляется теплопередачей, от материала к стенкам кожуха 12 также теплопередачей,

а от них к окружающему воздуху помещения конвекцией. Продукты сгорания поступают в патрубок 6, а отводятся через патрубок 7 в дымовую трубу.

Назначение варианта исполнения нагревательного устройства в соответствии с фиг. 8 и 9 описано выше, а работа аналогична работе нагревательного устройства согласно фиг. 1-3.

Применение нагревательного устройства в соответствии с изобретением позволяет расширить область применения всех известных устройств подобного назначения за счет использования его не только для обогрева помещения, но и для тепловой обработки предметов и материалов; использовать преимущества т.н. нагревательных устройств малой теплоемкости, состоящие в простоте конструкции, меньших затратах в связи с отсутствием промежуточного теплоносителя-воды; повысить эффективность использования продуктов сгорания как теп- лоносителя (по сравнению с базовым образ- цом, в качестве которого принят отопительный аппарат Бухара, расчетное значение удельного теплового потока предложенного нагревательного устройства выше примерно на 10%); уменьшить площадь и габариты известных нагревательных устройств при одинаковой тепловой мощности.

Формула изобретения

1. Нагревательное устройство, содержащее горизонтальные наружную и внутреннюю соосные обечайки, выполненные каждая ввидеосесимметричногов продольном и поперечном сечениях цилиндра и образующие центральный и кольцевой каналы, один из которых подключен к входному и выходному патрубкам продуктов сгорания, а другой сообщен с источником нагреваемой среды, причем кольцевой канал снабжен поперечно пропущенными через его сечение открытыми с торцов

трубками для сквозного прохода через них среды центрального канала, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения тепловой

эффективности, патрубки продуктов сгорания подключены к кольцевому каналу и ус- тановлены в его наружной обечайке оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения, а против входного патрубка в кольцевом канале, выполненном заглушенным с торцов, дополнительно установлен на его внутренней обечайке по касательной к ее поверхности V-образный рассекатель с вершиной, обращенной к патрубку и расположенной в условной продольной горизонтальной диаметральной плоскости, а площадь продольного сечения канала по меньшей мере в два раза меньше площади поперечного

сечения входного патрубка.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что обечайки с патрубками дополнительно охвачены с образованием промежуточной полости герметичным кожухом, снабженным входным и выходным патрубками. .

3. Устройство по пп. 1и2, отличающееся тем, что длина внутренней обечайки больше длины наружной обечайки.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что промежуточная полость заполнена теплопроводным материалом, например шамотом, а наружные концы трубок кольцевого канала выведены через последний за пределы кожуха.

5. Устройство по п. 1, отличаю щ е е- с я тем, что каждая обечайка выполнена в поперечном сечении в виде двух полуокружностей, соединенных между собой с сопряжением прямолинейными участками, а трубки кольцевых каналов размещены в зоне последних перпендикулярно к ним и ра- диально в зоне полуокружностей.

.8

А -«

Редактор С.Кулакова

.Ю

Составитель Е.Лунтовский

Техред М.МоргентадКорректор И.Шмакова

Использование: для повышения тепловой эффективности и расширения области применения нагревателей, применяемых для обогрева помещений, материалов, оборудования, нагрева воды, сушки, особенно в условиях Крайнего Севера. Сущность изобретения: нагревательное устройство выполнено в виде трубчатой конструкции и состоит из установленных соосно горизонтальных внутренней и наружной обечаек. Последние формируют открытый центральный канал и закрытый с торцов заглушками кольцевой канал. Патрубки подачи и отвода продуктов сгорания подключены к кольцевому каналу и установлены в наружной обечайке оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения. Площадь продольного сечения кольцевого канала по меньшей мере в 2 раза меньше площади поперечного сечения патрубка подачи продуктов сгорания. Внутренняя обечайка снабжена V-образным рассекателем, а через канал пропущены открытые с торцов трубки. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.