RU2126942C1 - Теплогенератор - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено . для нагрева воздуха в системах воздушного отопления бытовых и производственных помещений. Теплогенератор снабжен установленными в корпусе плоскими каналами, соединенными с газораспределительными головками, одна из которых связана с дымовым каналом, а другая - с выхлопной трубой. Внутренняя поверхность дымового канала снабжена гофрированной сеткой с продольными ребрами, причем гофры сетки размещены вдоль оси дымового канала, ребра имеют переменную высоту, увеличивающуюся по ходу дымовых газов, а плоские каналы установлены параллельно воздушному потоку. Внутри плоских каналов по ходу дымовых газов размешены прямые, криволинейные или зигзагообразные перегородки, соединенные с большими сторонами. Отверстие в корпусе для входа воздуха снабжено секционированными жалюзи с посекционно регулируемым углом установки лопастей. Трубчатый дымовой канал выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов. Такое выполнение позволяет максимально использовать тепло дымовых газов, интенсифицировать теплообмен и снизить сопротивление воздушного тракта. 3 з.п.ф-лы., 2 ил.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетическим устройствам и, в частности, к устройствам для нагрева воздуха, предназначенным для использования в системах воздушного отопления бытовых и производственных помещений.

Известны нагреватели воздуха, содержащие корпус, центральный канал для прохода горячих дымовых газов и кольцевой канал для прохода нагреваемого воздуха. Кольцевой канал снабжен турбулизатором, выполненным в виде гофрированной сетки, причем гофры размещены поперечно воздушному потоку (см. авт. св. СССР N 896325, кл. F 23 L 15/04, опубликовано 07.01.82. Бюл. N 1). К недостаткам аппаратов данного типа относятся малая интенсивность теплопередачи и повышенное сопротивление кольцевого канала для прохода воздуха, связанная с описанным выше расположением турбулизатора.

Наиболее близким к предлагаемому является теплогенератор, включающий размещенную по оси корпуса камеру сгорания и кольцевые каналы для прохода нагреваемого воздуха и дымовых газов. Камера сгорания снабжена топливосжигающим устройством, кольцевой канал для прохода нагреваемого воздуха - турбулизатором, выполненным в виде гофрированной сетки с гофрами, размещенными поперечно потоку воздуха (см. авт. св. СССР, N SU 1545051 А1,кл. F 26 В 23/02, опубликовано 23.02.90. Бюл. N 7). Основными недостатками данной конструкции является повышенное сопротивление воздушного канала, связанное с установкой в нем поперечно гофрированной сетки, низкая интенсивность теплопередачи из-за неверного учета лимитирующей стадии и малый КПД, связанный с повышенными температурами дымовых газов на выходе из аппарата и особенно при попытках увеличения его теплопроизводительности. Перфорированная сетка выполняет роль турбулизатора и одновременно поверхности, воспринимающей лучистое тепло от стенок дымового канала и передающей его конвекцией воздушному потоку, пронизывающему сетку. При этом для сетки роль турбулизатора не является превалирующей. Размещение же сетки перпендикулярно к направлению воздушного потока при одновременной необходимости развития поверхности сетки приводит к неоправданному повышению сопротивления при движении воздушного потока, что в свою очередь накладывает повышенные требования к напору, развиваемому тягодутьевым устройством на воздушном тракте и к перерасходу энергии для транспортирования нагреваемого воздуха.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в улучшении теплотехнических и гидродинамических характеристик теплогенератора. Технический результат заключается в увеличении КПД теплогенератора, интенсификации теплопередачи и снижении гидравлического сопротивления воздушного тракта.

Указанный технический результат достигается тем, что теплогенератор, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода нагреваемого воздуха, трубчатый дымовой канал с топливосжигающим устройством и выхлопной трубой и воздушный канал с размещенной соосно с дымовым каналом гофрированной сеткой, снабжен установленными в корпусе плоскими каналами, соединенными с газораспределительными головками, одна из которых связана с дымовым каналом, а другая - с выхлопной трубой. Внутренняя поверхность дымового канала снабжена продольными ребрами, гофры сетки размещены вдоль оси дымового канала, а плоские каналы размещены параллельно воздушному потоку. Внутри плоских каналов размещены по ходу дымовых газов прямые, криволинейные или зигзагообразные перегородки, соединенные с большими сторонами плоских каналов. Отверстие в корпусе для входа воздуха снабжено секционированными жалюзи с посекционно регулируемым углом установки лопастей. Трубчатый дымовой канал выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов. Продольные ребра выполнены переменной высоты с ее увеличением по ходу дымовых газов.

Ранее отмечалось, что роль сетки, установленной в воздушном канале, определяется прежде всего ее способностью воспринять тепло, отводимое от стенок дымового канала путем лучеиспускания, и передавать его нагреваемому воздуху конвекцией. При этом перпендикулярная к направлению воздушного потока установка гофр не позволяет развить поверхность, которой в основном и определяется интенсивность работы аппарата, поскольку в значительной мере увеличивается сопротивление воздушного тракта, ограниченное возможностями тягодутьевых устройств. Развитие поверхности предпочтительнее выгод, определяемых турбулизирующими свойствами сетки. Установка гофр сетки вдоль оси дымового канала позволяет значительно увеличить тепловоспринимающую и теплоотдающую поверхность внутри воздушного канала без существенного ухудшения турбулизирующих свойств сетки, поскольку собственно турбулентность воздушного потока определяет работу сетки в среде развитых турбулентных вихрей и пульсаций.

При достаточном развитии поверхности гофрированной сетки определяющей стадией становится не отвод тепла от стенок дымового канала излучением и конвекцией, а подвод тепла к внутренней стенке дымового канала также за счет излучения газового потока, содержащего, например, при сжигании природного газа значительный процент нелучепрозрачных газов /углекислый газ и водяные пары/, и конвекцией, причем собственно лучевое тепло превышает конвективное в зоне, близкой к топливосжигающему устройству, и продолжает играть значительную роль по всей длине дымового канала до падения температуры газа в последнем до 500-600^oC. Для работы аппарата при повышенном КПД и повышенной интенсивности теплообмена внутренняя поверхность дымового канала снабжена продольными ребрами, значительно увеличивающими внутреннюю поверхность. Задача выравнивания тепла, воспринимаемого внутренней поверхностью дымового канала и передаваемого воздуху его наружной стенкой, в достаточной мере решается установкой продольных ребер переменной высоты, а именно возрастающей высоты по ходу газа. При этом выполняется и задача предотвращения перегрева и сгорания ребер в наиболее горячей зоне у теплосжигающего устройства. По сути трубчатый дымовой канал может иметь вид вертикального змеевика или другую конфигурацию при выполнении требования признаков изобретения, что будет проиллюстрировано ниже на примере выполнения аппарата.

С целью максимального использования тепла дымовых газов, а следовательно, и увеличения КПД последним по ходу дымовых газов в том же корпусе устанавливают конвективный теплообменник. Однако нужные для интенсивной передачи тепла скорости газового и воздушного потоков формируют за счет установки плоских каналов, где скорость газа определяется расстоянием между плоскими же листами. Увеличение интенсивности обеспечивают также установленные внутри плоских каналов по ходу газа прямые, криволинейные или зигзагообразные перегородки, соединенные с большими сторонами плоских каналов.

Для увеличения равномерности воздушного потока внутри корпуса аппарата, соответственно в зоне дымового канала, отверстие в корпусе теплогенератора для входа воздуха снабжено секционированными жалюзи с посекционно регулируемым углом наклона лопастей.

Для упрощения изготовления теплогенератора трубчатый дымовой канал выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого решения показывает наличие в последнем ряда отличительных признаков и неизвестность подобного решения из современного уровня техники. Это позволяет утверждать соответствие предлагаемого изобретения условию патентоспособности "новизна".

Отсутствие подобных технических решений в современной технике, а не только в области конструирования теплогенераторов, позволяет утверждать, что данное решение явным образом не следует из уровня техники для специалиста, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Простота конструкции теплогенератора и использование ряда стандартных узлов и деталей определяет выполнимость данного решения для квалифицированной механической службы. Потребность же в аппаратах подобного класса достаточно велика и постоянно возрастает при современных требованиях минимизации затрат энергии. Таким образом, предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение поясняется фиг. 1 и фиг. 2.

Теплогенератор включает корпус 1 с отверстием 2 для входа и отверстием 3 для выхода нагреваемого воздуха. Внутри корпуса 1 размещен трубчатый дымовой канал 4 с топливосжигающим устройством 5. В данном случае газосжигающим устройством 5 является газовая горелка с наддувом, а трубчатый дымовой канал 4 выполнен в виде трех горизонтально установленных труб, соединенных двойными отводами /калачами/. Естественно, что собственно корпус 1 теплогенератора целесообразно защитить теплоизоляционным коробом по требованию правил техники безопасности. Между корпусом 1 и трубами дымового канала 4 образован канал для прохода нагреваемого воздуха - воздушный канал 6, в котором вокруг каждой трубы дымового канала 4 размещена гофрированная сетка 7, гофры которой установлены вдоль осей труб дымового канала 4. Трубы дымового канала 4 снабжены продольными ребрами 8. Внутри корпуса 1 установлены плоские каналы 9, соединенные с газораспределительными головками 10 и 11. Головка 10 связана с дымовым каналом 4, а головка 11 - с выхлопной трубой 12. Плоские каналы 9 установлены параллельно воздушному потоку. В плоских каналах размещены по ходу дымовых газов перегородки 13 /прямые, криволинейные или зигзагообразные/, соединенные с большими сторонами. Отверстие 2 для входа нагреваемого воздуха с целью предотвращения попадания инородных предметов и выравнивания воздушного потока снабжено секционированно установленными жалюзи 14 с посекционно регулируемым углом установки лопастей. Для упрощения изготовления дымового канала последний может быть выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов 15 /вариант 2, фиг. 2/.

Теплогенератор работает следующим образом.

В топливосжигающее устройство 5 подают природный газ. Продукты сгорания - дымовые газы поступают в трубчатый дымовой канал 4. Тепло дымовых газов передается собственно к внутренней стенке дымового канала 4 и продольным ребрам 8 конвекцией и лучеиспусканием. Тепло, воспринятое продольными ребрами 8, передается к стенке дымового канала теплопроводностью. После прохода по дымовому каналу 4 дымовые газы попадают в газораспределительную головку 10 и распределяются по плоским каналам 9. Из них дымовые газы попадают в головку 11 и из нее через выхлопную трубу 12 выбрасываются в атмосферу. Нагреваемый воздух поступает в аппарат через отверстие 2, снабженное секционированно установленными жалюзи 14. Контактируя со стенками плоских каналов 9, воздух нагревается в основном за счет теплопередачи конвекцией. Далее нагреваемый воздух поступает в воздушный канал 6. Проходя по воздушному каналу 6, нагреваемый воздух контактирует как с наружными стенками дымового канала 4, так и с встроенной в воздушный канал гофрированной сеткой 7. При этом воздух получает тепло конвективно от поименованных выше элементов, в то время как собственно гофрированная сетка 7 получает тепло от наружной стенки дымового канала 4 излучением. Дополнительно воздух нагревается конвективно стенками корпуса аппарата 1, также получающими тепло излучением от стенок дымового канала 4, поскольку сетка не может полностью экранировать лучеиспускание дымового канала 4. Далее через отверстие 3 воздух выходит из аппарата и с помощью тягодутьевого устройства /вентилятора/ выбрасывается в помещение через устанавливаемые обычно распределительные воздуховоды.

Цель изобретения может быть выполнена при сочетании всех признаков предлагаемого изобретения. Целесообразное размещение в корпусе аппарата теплопередающих и тепловоспринимающих поверхностей, сочетание возможностей конвективного и лучевого теплообмена позволяют при определенной тепловой нагрузке снизить температуру газов на выходе из аппарата со значительным повышением КПД его работы. Резкое увеличение теплового потока к внутренней поверхности дымового канала за счет установки продольных ребер позволяет интенсифицировать процесс теплопередачи без увеличения габаритов аппарата. Размещенение гофрированной сетки в воздушном канале таким образом, что гофры направлены вдоль оси трубчатой части дымового канала, значительно снижает сопротивление последнего. Следует отметить и упрощение сборки аппарата при вышеописанном расположении гофр.

Для использования дополнительных возможностей интенсифицировать работу аппарата предусмотрена установка в плоских каналах перегородок 13, выполняемых прямыми, криволинейными или зигзагообразными. Повышению интенсификации проходящих процессов служит возможность улучшения распределения воздуха за счет размещения секционированных жалюзи в зоне отверстия 2 в корпусе 1 с посекционно регулируемой установкой лопастей. Упрощению сборки аппарата служит возможность выполнения дымового канала 4 из соединенных между собой Г- или П-образных элементов 15, что снимает вопрос о сложности формирования внутренних продольных ребер.

Данное изобретение позволяет экономить весьма дорогостоящий энергоноситель при одновременном снижении стоимости аппарата, связанной с его интенсивной работой.

Claims (4)

1. Теплогенератор, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода нагреваемого воздуха, трубчатый дымовой канал с топливосжигающим устройством и выхлопной трубой и воздушный канал с размещенной соосно дымовому каналу гофрированной сеткой, отличающийся тем, что в корпусе установлены плоские каналы, соединенные с газораспределительными головками, одна из которых связана с дымовым каналом, а другая - с выхлопной трубой, внутренняя поверхность дымового канала снабжена продольными ребрами, с высотой, увеличивающейся по ходу дымовых газов, гофры сетки размещены вдоль оси дымового канала, а плоские каналы установлены параллельно воздушному потоку.

2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что внутри прямоугольных каналов размещены по ходу дымовых газов прямые, криволинейные или зигзагообразные перегородки, соединенные с большими сторонами.

3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что отверстие для входа воздуха снабжено секционированными жалюзи с посекционно-регулируемым углом установки лопастей.

4. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что трубчатый дымовой канал выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов.

Images