RU2126942C1

RU2126942C1 - Heat producer

Info

Publication number: RU2126942C1
Application number: RU97106822/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Дейнеженко; А.В. Наумейко; М.С. Гофман; хер И.Г. Бл; И.Г. Бляхер; В.А. Семенов
Original assignee: Наумейко Анатолий Васильевич
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: air-heating systems of apartment and industrial buildings. SUBSTANCE: heat producer has flat ducts installed in its case and connected to gas-distributing heads one of which communicates with flue duct and other one, with exhaust pipe. Inner surface of flue duct is provided with corrugated screen that has longitudinal ribs; screen corrugations are arranged along flue duct axis; ribs are of different length increasing along flue gas flow; flat ducts are arranged in parallel to air flow. Straight, curvilinear, or zigzag-shaped partitions are installed inside flat ducts along flue-gas flow and joined to large sides. Air admission port in producer case is provided with sectionalized louvers with section-by-section blade- positioning angle. Tubular flue duct is built up of L- or U-shaped parts joined together. EFFECT: improved utilization of flue-gas heat, augmented heat transfer, and reduced air resistance. 4 cl, 5 dwg

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. The invention relates to heat power devices and, in particular, to devices for heating air, intended for use in air heating systems of domestic and industrial premises.

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. Known air heaters containing a housing, a Central channel for the passage of hot flue gases and an annular channel for the passage of heated air. The annular channel is equipped with a turbulator made in the form of a corrugated mesh, and the corrugations are placed transversely to the air flow (see ed. St. USSR N 896325, class F 23 L 15/04, published 07.01.82. Bull. N 1). The disadvantages of this type of apparatus include the low heat transfer rate and the increased resistance of the annular channel for air passage associated with the location of the turbulator described above.

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. Closest to the proposed is a heat generator, including a combustion chamber located on the axis of the housing and annular channels for the passage of heated air and flue gases. The combustion chamber is equipped with a fuel burning device, the annular channel for the passage of heated air is a turbulator made in the form of a corrugated mesh with corrugations placed transversely to the air flow (see ed. St. USSR, N SU 1545051 A1, class F 26 V 23/02, published February 23, 1990, Bull. N 7). The main disadvantages of this design are the increased resistance of the air channel associated with the installation of a transversely corrugated mesh in it, low heat transfer intensity due to an incorrect consideration of the limiting stage and low efficiency associated with elevated temperatures of the flue gases at the outlet of the apparatus and especially when trying to increase its heat output . The perforated mesh acts as a turbulator and at the same time as a surface that receives radiant heat from the walls of the smoke channel and conveys it by convection to the air flow penetrating the mesh. Moreover, for the grid, the role of the turbulator is not prevailing. The placement of the grid perpendicular to the direction of the air flow with the simultaneous need to develop the surface of the grid leads to an unjustified increase in resistance during the movement of the air flow, which in turn imposes increased demands on the pressure developed by the blower device on the air duct and on the energy consumption for transporting heated air.

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. The problem solved by the present invention is to improve the thermotechnical and hydrodynamic characteristics of the heat generator. The technical result consists in increasing the efficiency of the heat generator, intensifying heat transfer and reducing the hydraulic resistance of the air duct.

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. The specified technical result is achieved in that the heat generator comprising a housing with openings for the inlet and outlet of heated air, a tubular smoke channel with a fuel burning device and an exhaust pipe, and an air channel with a corrugated grid coaxially with the smoke channel are provided with flat channels installed in the housing and connected to gas distribution heads, one of which is connected to the chimney, and the other to the exhaust pipe. The inner surface of the smoke channel is provided with longitudinal ribs, the corrugations of the mesh are placed along the axis of the smoke channel, and the flat channels are placed parallel to the air flow. Inside the flat channels, straight, curved or zigzag partitions are placed along the flue gases, connected to the large sides of the flat channels. The hole in the housing for air inlet is equipped with partitioned louvers with sectionally adjustable blade angle. The tubular smoke channel is made of interconnected G- or U-shaped elements. The longitudinal ribs are made of variable height with its increase along the flue gas.

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. It was previously noted that the role of the grid installed in the air channel is determined primarily by its ability to absorb heat removed from the walls of the smoke channel by radiation, and to transmit it to the heated air by convection. At the same time, the installation of corrugations perpendicular to the direction of the air flow does not allow to develop a surface, which mainly determines the intensity of the apparatus, since the resistance of the air path to a large extent, limited by the capabilities of draft devices, increases. Surface development is preferable to benefits determined by the turbulizing properties of the mesh. The installation of mesh corrugations along the axis of the chimney channel makes it possible to significantly increase the heat-absorbing and heat-releasing surface inside the air channel without significant deterioration in the turbulent properties of the mesh, since the turbulence of the air flow itself determines the mesh operation in the environment of developed turbulent eddies and pulsations.

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.With sufficient development of the surface of the corrugated mesh, the determining stage is not the removal of heat from the walls of the chimney by radiation and convection, but the supply of heat to the inner wall of the chimney also due to the emission of a gas stream containing, for example, when burning natural gas, a significant percentage of non-transparent materials / carbon dioxide and water vapor /, and convection, and the actual radiant heat exceeds the convective heat in the zone close to the fuel-burning device, and continues to play a significant role throughout Line flue gas to a temperature drop in the latter up to 500-600 ^o C. For work apparatus at an elevated efficiency and high intensity heat transfer the inner surface of the flue duct is provided with longitudinal ribs, significantly increases the internal surface. The problem of equalizing the heat perceived by the inner surface of the smoke channel and transmitted to the air by its outer wall is sufficiently solved by installing longitudinal ribs of variable height, namely, increasing height along the gas. In this case, the task of preventing overheating and combustion of the ribs in the hottest area of the heat-burning device is also performed. In fact, the tubular smoke channel may take the form of a vertical coil or other configuration when fulfilling the requirements of the features of the invention, which will be illustrated below by the example of the apparatus.

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. In order to maximize the use of flue gas heat and, consequently, increase the efficiency, a convective heat exchanger is installed last in the same housing along the flue gases. However, the velocities of gas and air flows necessary for intensive heat transfer are formed by installing flat channels, where the gas velocity is determined by the distance between the flat sheets. The increase in intensity is also provided by straight, curved or zigzag partitions installed inside the flat channels along the gas, connected to the large sides of the flat channels.

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. To increase the uniformity of the air flow inside the apparatus body, respectively, in the area of the smoke channel, the hole in the heat generator body for air inlet is equipped with partitioned shutters with sectionally adjustable angle of inclination of the blades.

Для упрощения изготовления теплогенератора трубчатый дымовой канал выполнен из соединенных между собой Г- или П-образных элементов. To simplify the manufacture of the heat generator, the tubular smoke channel is made of interconnected G- or U-shaped elements.

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". A comparative analysis of the prototype and the proposed solution shows the presence in the last row of distinctive features and the unknownness of such a solution from the current level of technology. This allows us to confirm the compliance of the invention with the patentability condition of "novelty."

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". The absence of such technical solutions in modern technology, and not only in the field of designing heat generators, suggests that this solution does not explicitly follow from the prior art for a specialist, and therefore meets the patentability condition of "inventive step".

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". The simplicity of the design of the heat generator and the use of a number of standard components and parts determines the feasibility of this solution for a qualified mechanical service. The demand for devices of this class is quite large and is constantly growing with modern requirements to minimize energy consumption. Thus, the proposed solution meets the condition of patentability "industrial applicability".

Изобретение поясняется фиг. 1 и фиг. 2. The invention is illustrated in FIG. 1 and FIG. 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/. The heat generator includes a housing 1 with an opening 2 for entry and an opening 3 for the outlet of the heated air. Inside the housing 1 there is a tubular smoke channel 4 with a fuel-burning device 5. In this case, the gas-burning device 5 is a supercharged gas burner, and the pipe smoke channel 4 is made in the form of three horizontally mounted pipes connected by double taps / pegs /. Naturally, it is advisable to protect the housing 1 of the heat generator proper with a heat-insulating box according to the requirements of safety regulations. Between the housing 1 and the pipes of the smoke channel 4, a channel for the passage of heated air is formed - an air channel 6, in which around each pipe of the smoke channel 4 there is a corrugated mesh 7, the corrugations of which are installed along the axes of the pipes of the smoke channel 4. The pipes of the smoke channel 4 are provided with longitudinal ribs 8 Inside the housing 1, flat channels 9 are installed, connected to the gas distribution heads 10 and 11. The head 10 is connected to the smoke channel 4, and the head 11 is connected to the exhaust pipe 12. The flat channels 9 are installed parallel to the air flow. In the flat channels placed along the flue gas partitions 13 / straight, curved or zigzag / connected to large sides. The hole 2 for the entrance of heated air in order to prevent the ingress of foreign objects and equalize the air flow is equipped with sectionally mounted louvers 14 with sectionally adjustable blade angle. To simplify the manufacture of the smoke channel, the latter can be made of interconnected G- or U-shaped elements 15 / option 2, FIG. 2 /.

Теплогенератор работает следующим образом. The heat generator operates as follows.

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. Natural gas is supplied to the fuel burning device 5. Combustion products - flue gases enter the tubular flue channel 4. The heat of the flue gases is transferred directly to the inner wall of the flue channel 4 and the longitudinal ribs 8 by convection and radiation. The heat received by the longitudinal ribs 8 is transferred to the wall of the chimney duct by thermal conductivity. After passing through the smoke channel 4, the flue gases enter the gas distribution head 10 and are distributed through the flat channels 9. Of these, the flue gases enter the head 11 and are emitted through the exhaust pipe 12 into the atmosphere. Heated air enters the apparatus through an opening 2 provided with sectionally mounted louvers 14. Contacting with the walls of the flat channels 9, the air is heated mainly by convection heat transfer. Further, the heated air enters the air channel 6. Passing through the air channel 6, the heated air contacts both the outer walls of the smoke channel 4 and the corrugated mesh 7. The air receives heat convectively from the above-named elements. while the actual corrugated mesh 7 receives heat from the outer wall of the smoke channel 4 by radiation. Additionally, the air is heated convectively by the walls of the apparatus 1, which also receive heat by radiation from the walls of the smoke channel 4, since the mesh cannot completely shield the emission of smoke channel 4. Then, through the opening 3, the air leaves the device and is discharged into the room through a blower / fan / usually installed distribution ducts.

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. The purpose of the invention can be achieved by combining all the features of the invention. The appropriate placement of heat-transferring and heat-absorbing surfaces in the device’s case, the combination of convective and radiant heat exchange capabilities allow, at a certain heat load, to lower the temperature of the gases at the outlet of the device with a significant increase in its efficiency. A sharp increase in the heat flux to the inner surface of the smoke channel due to the installation of longitudinal ribs allows to intensify the heat transfer process without increasing the dimensions of the apparatus. Placing the corrugated mesh in the air channel so that the corrugations are directed along the axis of the tubular part of the smoke channel significantly reduces the resistance of the latter. It should be noted and the simplification of the assembly of the apparatus with the above arrangement of corrugations.

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. To use the additional features to intensify the operation of the apparatus, it is envisaged to install in the flat channels of the partitions 13 made straight, curved or zigzag. To increase the intensification of the processes under way is the possibility of improving air distribution by placing partitioned shutters in the area of the hole 2 in the housing 1 with a sectionally adjustable installation of the blades. The assembly of the apparatus is simplified by the possibility of making a smoke channel 4 from interconnected G- or U-shaped elements 15, which removes the question of the complexity of forming internal longitudinal ribs.

Данное изобретение позволяет экономить весьма дорогостоящий энергоноситель при одновременном снижении стоимости аппарата, связанной с его интенсивной работой. This invention allows to save a very expensive energy source while reducing the cost of the apparatus associated with its intensive work.

Claims

1. A heat generator comprising a housing with openings for entry and exit of heated air, a tubular smoke channel with a fuel burning device and an exhaust pipe, and an air channel with a corrugated grid coaxial to the smoke channel, characterized in that the channel has flat channels connected to the gas distribution heads, one of which is connected with the chimney, and the other with the exhaust pipe, the inner surface of the chimney is provided with longitudinal ribs, with a height increasing along the flue gas c, the corrugations of the mesh are placed along the axis of the smoke channel, and flat channels are installed parallel to the air flow.

2. The heat generator according to claim 1, characterized in that straight, curvilinear or zigzag partitions connected to large sides are placed inside the rectangular channels along the flue gases.

3. The heat generator according to claim 1, characterized in that the air inlet is equipped with sectioned shutters with sectionally-adjustable blade angle.

4. The heat generator according to claim 1, characterized in that the tubular smoke channel is made of interconnected G- or U-shaped elements.