|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2126942
ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
Имя изобретателя: Дейнеженко В.И.; Наумейко А.В.; Гофман М.С.; Бляхер И.Г.; Семенов В.А.
Имя патентообладателя: Наумейко Анатолий Васильевич
Адрес для переписки: 620086, Екатеринбург, ул.Посадская, 52-23 Гофману Михаилу Самуиловичу
Дата начала действия патента: 1997.04.24
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.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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 и 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 500-600oC. 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 и 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, и 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.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
Версия для печати
Дата публикации 21.03.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018