RU2145037C1 - Air heater - Google Patents

Abstract

FIELD: air-heating systems of production areas and amenity rooms. SUBSTANCE: air heater has automated burner unit, air fan-blower and radiation and convective parts of heat exchanger. Radiation part contains netted turbulators, and convective part is made as pipe still. Distributing collector is provided at pipe still input and accumulating collector, at pipe still output. Novelty in air heater are manufacture of hat exchanger radiation part in the form of multi-branch tube and arrangement of the latter inside tubular convective part of heat exchanger. Netted turbulators are mounted with their continuous surface around multi-branch tube and manufactured in the form of interconnected elements shaped as triangles. Correlation of flow section areas along smoke passage of multi-branch tube, distributing collector, pipe still, and accumulating collector, respectively, is selected equal up to 0.8-1.2. EFFECT: enhanced heat power efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для нагрева воздуха, используемого в системах воздушного отопления производственных и бытовых помещений. The invention relates to a device for heating air used in air heating systems of industrial and domestic premises.

Известен воздухонагреватель - рекуператор, в котором воздушный канал снабжен сечения турбулизатором, заметно интенсифицирующим радиационный теплообмен от дымового канала к нагреваемому воздуху [1]. Known air heater - recuperator, in which the air channel is equipped with a cross section of a turbulator, significantly intensifying radiation heat transfer from the smoke channel to the heated air [1].

Известен также теплогенератор, в котором размещенная по оси камера сгорания окружена кольцевым воздушным и дымовыми каналами, в первом из которых установлен сетчатый турбулизатор [2]. Геометрические параметры сетчатого турбулизатора оптимизированы (плотность - 25 - 50%, угол по направлению воздушного потока - 110 - 130^o).A heat generator is also known in which the combustion chamber placed along the axis is surrounded by annular air and smoke channels, in the first of which a mesh turbulator is installed [2]. The geometric parameters of the mesh turbulator are optimized (density - 25 - 50%, angle in the direction of air flow - 110 - 130 ^o ).

Недостатком известных конструктивных решений воздухонагревателей является оптимизация с помощью только сетчатых поверхностей. Конвективная (низкотемпературная) часть дымового тракта оставлена без внимания. A disadvantage of the known structural solutions of air heaters is optimization using only mesh surfaces. The convective (low temperature) part of the smoke path is ignored.

Наиболее близким к изобретению является воздухонагреватель, представляющий собой радиационно-конвективный рекуператор и содержащий радиационную и конвективную части теплообменника, как правило, устанавливаемые последовательно [3] . Недостатком этого воздухонагревателя является отсутствие оптимизации в размещении радиационной и конвективной частей теплообменника, а также конструктивной детализации конвективной части, выполненной в виде трубчатки. Closest to the invention is an air heater, which is a radiation-convective heat exchanger and contains the radiation and convective parts of the heat exchanger, usually installed in series [3]. The disadvantage of this heater is the lack of optimization in the placement of radiation and convective parts of the heat exchanger, as well as structural detailing of the convective part, made in the form of a tubular.

Сопоставимый анализ показывает, что предлагаемое техническое решение в отличие от прототипа обеспечивает повышенную компактность воздухонагревателя путем выполнения радиационной части теплообменника в виде многоветвевой трубы и размещения ее внутри трубчатки конвективной части теплообменника. Кроме того, в предлагаемом воздухонагревателе оптимизировано соотношение суммарной площади проходного сечения радиационной части, трубчатки, а также площади поперечного сечения раздающего и собирательного дымовых коллекторов, что обеспечивает интенсивный теплообмен с воздухом и равномерный нагрев отдельных труб. Кроме того, сетчатые турбулизаторы смонтированы вокруг радиационной части теплообменника в виде сплошной поверхности, состоящей из отдельных элементов формы треугольника. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "новизна". Comparable analysis shows that the proposed technical solution, in contrast to the prototype, provides increased compactness of the air heater by performing the radiation part of the heat exchanger in the form of a multi-branch pipe and placing it inside the tube of the convective part of the heat exchanger. In addition, in the proposed air heater, the ratio of the total passage area of the radiation part, the tube, and also the cross-sectional area of the distributing and collecting smoke collectors is optimized, which ensures intensive heat exchange with air and uniform heating of individual pipes. In addition, mesh turbulators are mounted around the radiation part of the heat exchanger in the form of a continuous surface consisting of individual elements of the shape of a triangle. These differences allow us to conclude that the proposed invention meets the criterion of "novelty."

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают предлагаемому изобретению критерию "существенные отличия". Signs that distinguish the proposed technical solution from the prototype are not identified in other solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, provide the invention with the criterion of "significant differences".

Цель изобретения - снижение удельной металлоемкости воздухонагревателя путем повышения его компактности и теплоэнергетической эффективности. The purpose of the invention is to reduce the specific metal consumption of the heater by increasing its compactness and heat power efficiency.

Цель достигается тем, что воздухонагреватель, содержащий автоматизированный горелочный блок, воздушный вентилятор - нагнетатель, радиационную часть теплообменника, охваченную сетчатым турбулизатором, и конвективную его часть, выполненную в виде трубчатки с разделяющим и собирательным дымовыми коллекторами, оборудован радиационной частью теплообменника в виде многоветьевой трубы и размещенной внутри трубчатки конвективной части теплообменника. The goal is achieved in that the air heater containing the automated burner unit, the air fan is the supercharger, the radiation part of the heat exchanger covered by a mesh turbulator, and its convective part, made in the form of a tube with separating and collecting smoke collectors, is equipped with the radiation part of the heat exchanger in the form of a multi-branch pipe and the convective part of the heat exchanger placed inside the tube.

Кроме того, сетчатые турбулизаторы смонтированы вокруг радиационной части теплообменника в виде сплошной поверхности, состоящей из отдельных элементов в форме треугольника. In addition, mesh turbulators are mounted around the radiation part of the heat exchanger in the form of a continuous surface consisting of individual elements in the shape of a triangle.

При этом отношение суммарной площади проходного сечения радиационной части, трубчатки и площадей поперечного сечения раздающего и собирательного дымовых коллекторов составляет 0,8 - 1,2. In this case, the ratio of the total passage area of the radiation part, the tube and the cross-sectional areas of the distributing and collecting smoke collectors is 0.8 - 1.2.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция предлагаемого воздухонагревателя. In FIG. 1 and 2 shows the design of the proposed heater.

Воздухонагреватель содержит автоматизированный горелочный блок 1, состыкованный с многоветвевой трубой 2 радиационной части теплообменника. Радиационная часть теплообменника заканчивается раздающим коллектором 3 конвективной части теплообменника, в который вмонтирована трубчатка 4, состоящая из отдельных труб. Другим концом трубы вмонтирована в собирательный коллектор 5. В поперечном направлении теплообменник омывается воздухом от воздушного вентилятора-нагревателя. При монтаже воздухонагревателя особые требования предъявляются к сборке многоветвевой трубы 2 теплообменника, размещению ее внутри трубчатки 4, креплению трубчатки 4 к раздающему 3 и собирательному 5 коллекторам. The air heater comprises an automated burner unit 1 coupled to a multi-branch pipe 2 of the radiation part of the heat exchanger. The radiation part of the heat exchanger ends with the distributing collector 3 of the convective part of the heat exchanger, in which the tube 4, consisting of individual pipes, is mounted. At the other end of the pipe, it is mounted in a collective collector 5. In the transverse direction, the heat exchanger is washed by air from an air fan-heater. When installing an air heater, special requirements are imposed on the assembly of a multi-branch pipe 2 of the heat exchanger, its placement inside the tube 4, the fastening of the tube 4 to the distributing 3 and collective 5 collectors.

Воздухонагреватель работает следующим образом. The air heater operates as follows.

Продукты сгорания топлива из автоматизированного горелочного блока 1 поступают последовательно в многоветвевую трубу 2, трубчатку 4, собирательный коллектор 5 и выбрасываются в дымовой эвакуационный тракт 7. Компактная компановка теплообменника обуславливает высокий коэффициент теплопередачи к поперечно подаваемому нагреваемому воздуху. The products of fuel combustion from the automated burner unit 1 enter sequentially into a multi-branch pipe 2, tube 4, collector 5 and are discharged into the smoke evacuation tract 7. The compact arrangement of the heat exchanger causes a high coefficient of heat transfer to the transversely supplied heated air.

Оптимальное соотношение поперечных сечений многоветвевой трубы 2, трубчатки 4, а также раздающего 3 и собирательного 5 коллекторов обеспечивают равномерную раздачу продуктов сгорания по отдельным трубам, их равномерный нагрев, а следовательно, и высокую эксплуатационную надежность. The optimal cross-sectional ratio of the multi-branch pipe 2, the pipe 4, as well as the distributing 3 and collective 5 collectors provide uniform distribution of the combustion products through the individual pipes, their uniform heating, and, consequently, high operational reliability.

Экспериментально было показано, что соотношение проходных сечений четырех элементов воздухонагревателя должно быть близким к единице. Опытным путем зафиксировано, что при этом величине указанного соотношения меньше 0,8 наблюдалось повышенное гидравлическое сопротивление дымового тракта, а при соотношении выше 1,2 - снижение эффективности теплообмена, что выразилось в снижении температуры нагрева воздуха ниже 50^oC. Отсюда указанное соотношение определено в интервале 0,8 - 1,2.It was experimentally shown that the ratio of the flow areas of the four elements of the heater should be close to unity. It was experimentally observed that with this ratio less than 0.8, an increased hydraulic resistance of the chimney was observed, and with a ratio above 1.2, a decrease in heat transfer efficiency was observed, which resulted in a decrease in the temperature of heating the air below 50 ^o C. Hence, this ratio was determined in the range of 0.8 - 1.2.

Экспериментальная проверка заявляемого воздухонагревателя показала, что по сравнению с известными аналогичными устройствами заявляемое изобретение характеризуется более высокой удельной металлоемкостью (кВт/кг) за счет более высокой компактности теплообменной части и интенсивного теплообмена. Максимальная температура нагрева воздуха достигала 210^oC, в то время как в известных образцах она не превышает 140^oC.Experimental verification of the inventive heater showed that, compared with known similar devices, the claimed invention is characterized by a higher specific metal consumption (kW / kg) due to the higher compactness of the heat exchange part and intensive heat transfer. The maximum temperature of heating the air reached 210 ^o C, while in known samples it does not exceed 140 ^o C.

Источники информации:
1. Авт. св. СССР N 896325, кл. F 23 L 15/04, 1982.Sources of information:
1. Auth. St. USSR N 896325, cl. F 23 L 15/04, 1982.

2. Авт. св. СССР N 1545051, кл. F 26 B 23/02, 1990. 2. Auth. St. USSR N 1545051, class F 26 B 23/02, 1990.

3. П. Ф. Каплунов, А.Е.Ериков, В.Н.Григорьев. Радиационно-конвективный рекуператор для высокотемпературных печей. Ж. "Сталь", 1972, N 9, с.853-854. 3. P.F. Kaplunov, A.E. Erikov, V.N. Grigoriev. Radiation-convection heat exchanger for high-temperature furnaces. J. "Steel", 1972, N 9, p. 853-854.

Claims (3)

1. Воздухонагреватель, содержащий автоматизированный горелочный блок, воздушный вентилятор-нагнетатель, радиационную часть теплообменника, охваченную сетчатым турбулизатором, и конвективную его часть, выполненную в виде трубчатки с раздающим и собирательным дымовыми коллекторами, отличающийся тем, что радиационная часть теплообменника выполнена в виде многоветвевой трубы и размещена внутри трубчатой конвективной части теплообменника. 1. An air heater comprising an automated burner unit, an air blower-fan, a radiation part of a heat exchanger covered by a mesh turbulator, and a convective part thereof made in the form of a tube with distributing and collecting smoke collectors, characterized in that the radiation part of the heat exchanger is made in the form of a multi-branch pipe and placed inside the tubular convective part of the heat exchanger. 2. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что сетчатые турбулизаторы смонтированы сплошной поверхностью вокруг радиационной части теплообменника, а ее отдельные элементы выполнены в форме треугольника. 2. The heater according to claim 1, characterized in that the mesh turbulators are mounted with a continuous surface around the radiation part of the heat exchanger, and its individual elements are made in the shape of a triangle. 3. Воздухонагреватель по п.1, отличающийся тем, что соотношение площадей проходного сечения соответственно радиационной части теплообменника, раздающего коллектора, трубчатки и собирательного коллектора выбрано равным 0,8 - 1,2. 3. The heater according to claim 1, characterized in that the ratio of the areas of the flow area, respectively, of the radiation part of the heat exchanger, the distributing collector, the tube and the collector, is chosen equal to 0.8 - 1.2.

Images