Повітряний теплогенератор

Реферат: Пропозиція належить до нагрівальних пристроїв із вимушеною циркуляцією повітря з використанням тепла димових газів при спалюванні палива. Пристрій може бути використаний у промислових сушарках, а також в системах повітряного опалювання побутових і виробничих приміщень. В основу пропозиції поставлено задачу вдосконалення конструкції повітряного теплогенератора, в якому в результаті виконання струминного трубчастого теплообмінника у вигляді двох співвісних циліндричних обичайок, стінки яких перфоровані в шаховому порядку і з'єднані між собою радіальними патрубками, а до нього приєднано додаткову теплообмінну поверхню забезпечується значна інтенсифікація теплопередачі, і за рахунок цього різко збільшується коефіцієнт корисної дії теплогенератора, зменшується гідравлічний опір та металоємність повітряного теплогенератора. Теплогенератор включає корпус, всередині якого розташована циліндрична камера згорання, до вхідного кінця якої приєднано паливоспалюючий пристрій з вентилятором. До вихідного торця корпуса теплогенератора приєднано вентилятор для подачі холодного повітря. Всередині між корпусом теплогенератора і камерою згорання розташовано циліндричний повітряний струминний теплообмінник, виконаний у вигляді двох концентричних обичайок, які перфоровані отворами однакових розмірів в шаховому порядку. Отвори з'єднані між собою радіальними патрубками, До поверхні струминного теплообмінника приєднано додаткову циліндричну теплообмінну поверхню з патрубком димових газів. На UA 111258 C2 (12) UA 111258 C2 вхідному торці корпуса встановлено патрубок гарячого повітря. Використання струминного теплообмінника дозволяє значно підвищити коефіцієнт теплопередачі за рахунок руйнування ламінарного пограничного шару енергійними струменями повітря, а також збільшити коефіцієнт корисної дії теплогенератора у цілому, знизити гідравлічній опір, а за рахунок зменшення необхідної поверхні теплообміну зменшити його металоємність. UA 111258 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропозиція належить до нагрівальних пристроїв із вимушеною циркуляцією повітря з використанням тепла димових газів при спалюванні палива. Пристрій може бути використаний у промислових сушарках, а також в системах повітряного опалювання побутових і виробничих приміщень. 5 Відомий теплогенератор (А.с. СССР 1810723М.кл. F 23 L 15/04, 23/02, 1991) для підігріву повітря, який виконано у вигляді прямоточного циліндричного роз'ємного корпуса, всередині якого співвісно розташована камера згорання палива, ближче до корпуса концентрично та співвісно розташовано теплообмінник, трубчасті елементи якого зв'язано з димарем. До корпуса теплогенератора приєднано дві масивні змінні кришки, які вертикально встановлено з обох сторін теплообмінника, з одного боку розташовано повітряний вентилятор подачі повітря до камери спалювання палива та в міжтрубний простір теплообмінника підігріву повітря, а з другого боку приєднано ексгаустер відбору гарячого повітря з міжтрубного простору теплообмінника. 4 Відомий також теплогенератор (А. с. СССР №1545051 М.кл. F 26В 23/02 1990), який містить корпус і співвісно розташовану всередині камеру згорання з пальником, до якої приєднано вентилятор подачі повітря на спалювання палива. Між корпусом і камерою згорання співвісно розташовано кільцевий теплообмінник, оснащений турбулізатором повітря, який виконано у вигляді гофрованої сітки з ромбоподібними щілинами. До корпуса агрегату, та перед камерою згорання, співвісно приєднано основний вентилятор подачі повітря для охолодження кільцевих теплообмінних елементів. До 95 % і більше термічного опору при передачі тепла від газу до стінки (чи навпаки) складає термічний опір саме пограничного шару. І якщо його якимось чином прибрати або хоч би істотно зменшити його товщину, термічний опір передачі тепла від газу до стінки зменшиться у багато разів і стане порівнянним з термічним опором стінки. Відомий теплогенератор не дозволяє досягнути значної інтенсивності теплопередачі в основному газоповітряному теплообміннику, крім того, має високий рівень гідравлічного опору, особливо з боку потоку повітря, що потребує додаткових затрат на збільшення потужності вентилятора і значну питому металоємність за рахунок додатково введених турбулізаторів. В основу пропозиції поставлено задачу вдосконалення конструкції повітряного теплогенератора, в якому в результаті виконання струминного трубчастого теплообмінника у вигляді двох співвісних циліндричних обичайок, стінки яких співвісно перфоровані в шаховому порядку отворами однакового розміру, які з'єднані між собою радіальними патрубками, а до нього приєднано додаткову теплообмінну поверхню між основним теплообмінником та корпусом, забезпечується значна інтенсифікація теплопередачі за рахунок руйнування пограничного ламінарного шару обичайки камери згорання повітряними струменями струминного трубчастого теплообмінника, і за рахунок цього різко збільшується коефіцієнт теплопередачі між газоповітряними потоками, а також загальний коефіцієнт корисної дії (ККД) теплогенератора, зменшується гідравлічний опір та металоємність повітряного теплогенератора. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що у повітряному теплогенераторі, який включає циліндричний корпус, всередині якого співвісно розташовано камеру згорання з пальником і вентилятором подачі повітря, а також основний теплообмінник, згідно з пропозицією, основний теплообмінник виконано у вигляді двох співвісних циліндричних обичайок, стінки яких співвісно перфоровані в шаховому порядку отворами однакового розміру, які з'єднані між собою радіальними патрубками, а до нього приєднано додаткову теплообмінну поверхню, виконану у вигляді двох циліндричних обичайок, які розташовані між основним теплообмінником та корпусом. Сукупність відмінних ознак пропозиції дозволяє вирішити задачу тому, що вони надають можливість різко збільшити коефіцієнт тепловіддачі від гарячої поверхні до холодного повітряного потоку за рахунок використання повітряного струминного теплообмінника, який формує повітряні струмені, направлені перпендикулярно до поверхні теплообміну, ефективно руйнуючи ламінарний пограничний шар біля поверхні камери згорання, а це дозволяє різко збільшити загальний коефіцієнт корисної дії повітряного теплогенератора, суттєво зменшити гідравлічний опір та металоємність теплогенератора за рахунок зменшення загальної площі теплообміну. Запропонований повітряний теплогенератор представлено на фіг. 1 - осьовий повздовжній переріз та поперечний переріз А - А, а на фіг. 2 - аксонометрія фрагменту струминного циліндричного теплообмінника. Теплогенератор включає корпус 1, всередині якого співісно розташована циліндрична камера згорання 2, до вхідного кінця якої приєднано паливоспалюючий пристрій 3 та 1 UA 111258 C2 5 10 15 20 25 вентилятор 4 подачі повітря на спалювання палива. До вихідного торця 5 корпуса теплогенератора приєднано вентилятор 6 для подачі холодного повітря. Всередині між корпусом теплогенератора і камерою згорання співвісно розташовано циліндричний повітряний струминний теплообмінник 7, виконаний у вигляді двох концентричних обичайок 8 і 9, поверхні кожної з яких симетрично та співвісно в шаховому порядку перфоровані отворами однакових розмірів. Означені отвори з'єднані між собою радіальними патрубками 10, утворюючи циліндричний струминний повітряний теплообмінник, до торця якого співвісно приєднано додаткову циліндричну теплообмінну поверхню 11, розташовану між корпусом теплогенератора і повітряним струминним теплообмінником і створену двома обичайками 12 і 13. До обичайки 13 приєднано патрубок димових газів 14, а на вхідному торці корпуса 1 встановлено патрубок гарячого повітря 15. Повітряний теплогенератор працює наступним чином. До паливоспалюючого пристрою 3 подають паливо і вентилятором 4 повітря суміш згоряє в камері згорання 2. Гарячі димові гази з камери згорання 2 під тиском повітря вентилятора 4 спрямовують в міжтрубний об'єм основного циліндричного струминного теплообмінника 7, де через стінки обичайок 8 і 9 і радіальних патрубків 10 нагрівають частину холодного повітря, що подають вентилятором 6. Основну частину холодного повітря після вентилятора 6 по радіальних трубках 10 струминного теплообмінника 7 подають перпендикулярно на зовнішню поверхню камери згорання 2, це призводить до інтенсивного руйнування пограничного шару повітряними струменями, і сприяє різкому підвищенню коефіцієнтів тепловіддачі від гарячої обичайки. Гарячий газ після камери згорання подають у міжтрубний простір повітряного струминного теплообмінника 7 та додаткову теплообмінну поверхню 11, який поступово охолоджують та спрямовують патрубком 14 до димаря. Нагріте у струминному теплообміннику 7 та на додатковій теплообмінній поверхні 11 повітря через патрубок 15 подають до споживача. Порівняльні випробування проводили на стенді Державного центру по випробуванню та впровадженню паливовикористовуючого обладнання в місті Києві та на діючому теплогенераторі для опалення слюсарного цеху Інституту газу НАНУ. Порівняльні показники теплогенератора за пропозицією та прототипом Теплова Продуктивність Температура Теплогенератор продуктивність, по нагрітому нагрітого 3 кВт повітрю, нм /ч повітря, °C за прототипом 200 6500 80 за пропозицією 200 6500 80 30 35 Температура викидних газів, °C 350 145 ККД, % Вага, кг 0,80 0,92 200 150 З таблиці бачимо, що при майже однакових вагових та продуктивних показниках температура викидних газів у запропонованому теплогенераторі суттєво нижча, що свідчить про більш високий ККД теплогенератора. Використання струминного газоповітряного теплообмінника дозволяє значно, порівняно з прототипом, підвищити коефіцієнт теплопередачі за рахунок руйнування ламінарного пограничного шару енергійними струменями повітря, а також збільшити коефіцієнт корисної дії теплогенератора у цілому, знизити гідравлічній опір, тобто експлуатаційні затрати, а за рахунок зменшення необхідної поверхні теплообміну зменшити його металоємність. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Повітряний теплогенератор, який включає циліндричний корпус, всередині якого співісно розташовано камеру згорання з пальником і вентилятором подачі повітря, а також основний теплообмінник, який відрізняється тим, що основний теплообмінник виконано у вигляді двох співвісних циліндричних обичайок, стінки яких співвісно перфоровані в шаховому порядку отворами однакового розміру, які з'єднані між собою радіальними патрубками, а до нього приєднано додаткову теплообмінну поверхню, виконану у вигляді двох циліндричних обичайок, які розташовані між основним теплообмінником та корпусом. 2 UA 111258 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3