RU2178125C1

RU2178125C1 - Method and apparatus for heating liquid heat-transfer agent

Info

Publication number: RU2178125C1
Application number: RU2001105504A
Authority: RU
Inventors: В.К. Лихачев; М.И. Елькин; А.Д. Селюнин; Б.Г. Чекалкин; В.В. Васин; А.В. Свитковский; В.М. Фоменков; В.Н. Шмыков
Original assignee: Лихачев Владимир Кузьмич; Елькин Михаил Ильич; Селюнин Анатолий Дмитриевич; Чекалкин Борис Григорьевич; Васин Вадим Витальевич; Свитковский Алексей Владимирович; Фоменков Виктор Михайлович; Шмыков Виктор Николаевич
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: heat and power engineering. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding liquid heat-transfer agent to heating zone from upwards on rotating shell for forming thin-film liquid layer of said agent; discharging heated liquid agent out of rotating shell from downwards; in housing of plant providing forced flowing around shell of hot combustion products from heat source at sides of inner and outer surfaces of shell at suction of combustion products out of housing of heating plant. Heating plant includes heat exchanger in the form of cylindrical shell having bottom, open from upward and mounted with possibility of rotation. At bottom side shell is provided with annular hollow protrusion. Outlet of pipeline for supplying cold heat-transfer agent is arranged over inner surface of shell. Inlet portion of pipeline for discharging hot heat-transfer agent is arranged in annular cavity of protrusion of shell. The last is mounted in such a way that together with walls of housing it forms gas-removing duct for discharging combustion products from side of outer surface of protrusion. Vanes are mounted on shell protrusion for forming together with walls of housing centrifugal compressor in zone of discharging combustion products. EFFECT: enhanced efficiency of apparatus. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к системам нагрева различных жидкостей, в частности, к системам нагрева воды. The invention relates to the field of power engineering, mainly to heating systems for various liquids, in particular, to water heating systems.

Известен способ нагрева воды, заключающийся в сжигании топлива в печи и нагреве воды дымовыми газами (см. патент RU 2117878 С1, кл. F 24 Н 1/10, 20.08.98). A known method of heating water, which consists in burning fuel in an oven and heating water with flue gases (see patent RU 2117878 C1, CL F 24 H 1/10, 08/20/98).

Из указанного выше патента известно устройство для нагрева воды, содержащее печь с горелкой для сжигания топлива и размещенный на выходе печи спиральный трубопровод для нагрева воды дымовыми газами. A device for heating water is known from the aforementioned patent, comprising a furnace with a burner for burning fuel and a spiral conduit located at the outlet of the furnace for heating water with flue gases.

Данные способ и устройство позволяют нагревать воду, однако сравнительно невысокий КПД сужает область использования указанных выше способа нагрева и устройства для его реализации. These method and device can heat water, however, a relatively low efficiency narrows the scope of use of the above heating method and device for its implementation.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева жидкого теплоносителя, заключающийся в подаче жидкого теплоносителя в зону нагрева в корпусе нагревательной установки от источника тепла, нагрев теплоносителя и отвод нагретого теплоносителя из зоны нагрева (см. патент RU 2131562, кл. F 24 Н 1/16, 10.06.99). The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method of heating a liquid coolant, which consists in supplying a liquid coolant to a heating zone in a housing of a heating installation from a heat source, heating the coolant and removing the heated coolant from the heating zone (see patent RU 2131562, cl. F 24 H 1/16, 06/10/99).

Из этого же патента известна нагревательная установка, содержащая установленные в корпусе источник тепла, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство с трубопроводами подвода холодного теплоносителя и отвода горячего теплоносителя. A heating installation is known from the same patent, which contains a heat source installed in the housing, made in the form of a burner, and a heat exchanger with pipelines for supplying cold coolant and for removing hot coolant.

Данные способ нагрева и устройство для его осуществления позволяют создать достаточно компактное устройство, в частности водонагреватель, который может быть использован как для промышленного, так и для бытового использования. Однако достаточно большие гидравлические потери в змеевике-нагревателе и недостаточно экономичное использование тепла, полученного в результате сжигания газообразного топлива, приводят к сравнительно большому расходу топлива для нагрева воды. These heating method and device for its implementation allow you to create a fairly compact device, in particular a water heater, which can be used for both industrial and domestic use. However, sufficiently large hydraulic losses in the heater coil and insufficiently economical use of the heat obtained by burning gaseous fuels lead to a relatively large fuel consumption for heating water.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение экономичности способа нагрева жидкого теплоносителя и устройства для его осуществления за счет непосредственной передачи тепла от сжигания топлива теплоносителю. The problem to which the present invention is directed, is to increase the efficiency of a method for heating a liquid coolant and a device for its implementation due to direct heat transfer from burning fuel to a coolant.

Указанная задача в части способа как объекта изобретения решается за счет того, что способ нагрева жидкого теплоносителя заключается в подаче жидкого теплоносителя в зону нагрева в корпусе нагревательной установки от источника тепла, нагреве теплоносителя и отводе нагретого теплоносителя из зоны нагрева, при этом жидкий теплоноситель подают сверху в зону нагрева на вращающуюся обечайку с формированием тонкопленочного жидкостного слоя теплоносителя, нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки, а в корпусе нагревательной установки организуют принудительное обтекание обечайки горячими продуктами сгорания от источника тепла со стороны внутренней и наружной поверхности обечайки с отсосом продуктов сгорания из корпуса нагревательной установки. The specified problem in terms of the method as an object of the invention is solved due to the fact that the method of heating the liquid coolant consists in supplying the liquid coolant to the heating zone in the housing of the heating installation from the heat source, heating the coolant and removing the heated coolant from the heating zone, while the liquid coolant is fed from above into the heating zone on the rotating shell with the formation of a thin-film liquid layer of the coolant, the heated coolant is removed from the bottom of the rotating shell, and in the housing Fitting minutes organize forced flow past the sleeve hot combustion products from the heat source by the inner and outer surface of the sleeve by suction the products of combustion from the housing of the heating installation.

В части устройства как объекта изобретения поставленная задача решается за счет того, что нагревательная установка содержит установленные в корпусе источник тепла, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство с трубопроводами подвода холодного теплоносителя и отвода горячего теплоносителя, теплообменное устройство выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки с днищем, при этом со стороны днища обечайка снабжена кольцевым полым выступом, источник тепла размещен внутри обечайки, выход трубопровода подвода холодного теплоносителя размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя размещен в кольцевой полости выступа обечайки, последняя установлена с формированием со стенками корпуса газоотводного канала с выходом продуктов сгорания снизу со стороны наружной поверхности выступа, причем на выступе обечайки установлены лопатки, образующие со стенками корпуса в зоне выхода продуктов сгорания центробежный компрессор. In the part of the device as an object of the invention, the problem is solved due to the fact that the heating installation contains a heat source installed in the housing, made in the form of a burner, and a heat exchanger with pipelines for supplying coolant and removal of hot coolant, the heat exchanger is made in the form of installed with the possibility of rotation open on top of a cylindrical shell with a bottom, while on the bottom side the shell is provided with an annular hollow protrusion, a heat source is placed inside the shell aiki, the outlet of the coolant supply pipe is placed on top from the side of the inner surface of the shell, the inlet section of the pipe of the coolant drain is placed in the annular cavity of the shell protrusion, the latter is installed with the formation of the gas outlet channel with the outlet of combustion products from below from the side of the protrusion outer surface, and The shoulder of the shell is equipped with blades forming a centrifugal compressor with the walls of the housing in the zone of the exit of combustion products.

В ходе анализа работы различных нагревательных устройств было установлено, что при передаче тепла от источника тепла через стенку имеют место большие потери тепловой энергии. Кроме того, подача теплоносителя по длинному змеевику приводит к большим гидравлическим потерям, причем не исключен случай перегрева теплоносителя, что может привести к его вскипанию и дополнительным потерям энергии за счет этого. В описываемых способе и устройстве для его реализации при вращении обечайки на стенках последней создается уплотненный поток жидкого теплоносителя и осуществляется прямой нагрев тепловым излучением и горячими продуктами сгорания топлива от источника тепла, причем величину внутреннего давления в теплоносителе под действием центробежной силы в зависимости от скорости вращения обечайки выбирают таким образом, чтобы обеспечить нагрев и отвод теплоносителя с температурой, превышающей температуру его кипения при атмосферном давлении. Дополнительные возможности по повышению экономичности обеспечиваются нагревом стенок обечайки как со стороны ее внутренней поверхности, так и со стороны ее наружной поверхности. При этом вращающаяся обечайка может быть использована также для организации процесса отвода, а точнее отсоса продуктов сгорания топлива из нагревательной установки. Для этого на наружной поверхности обечайки в зоне отвода продуктов сгорания установлены лопатки. Таким образом, на выходе по существу выполнен центробежный компрессор, который отсасывает продукты сгорания, что дополнительно интенсифицирует передачу тепла от продуктов сгорания к теплоносителю. During the analysis of the operation of various heating devices, it was found that when heat is transferred from a heat source through the wall, large losses of thermal energy occur. In addition, the supply of coolant along a long coil leads to large hydraulic losses, and the case of overheating of the coolant is not excluded, which can lead to its boiling and additional energy losses due to this. In the described method and device for its implementation during rotation of the shell on the walls of the latter, a compacted flow of liquid coolant is created and direct heating by thermal radiation and hot products of fuel combustion from the heat source is carried out, and the value of the internal pressure in the coolant under the action of centrifugal force depending on the speed of rotation of the shell chosen in such a way as to ensure heating and removal of the coolant with a temperature exceeding its boiling point at atmospheric pressure. Additional opportunities to increase efficiency are provided by heating the walls of the shell both from the side of its inner surface, and from the side of its outer surface. In this case, the rotating shell can also be used to organize the process of removal, or rather the suction of the combustion products of the fuel from the heating installation. To do this, blades are installed on the outer surface of the shell in the zone of removal of combustion products. Thus, the output is essentially a centrifugal compressor that sucks the combustion products, which further intensifies the transfer of heat from the combustion products to the coolant.

На чертеже представлен продольный разрез нагревательной установки, реализующей описываемый способ нагрева жидкого теплоносителя. The drawing shows a longitudinal section of a heating installation that implements the described method for heating a liquid coolant.

Нагревательная установка содержит установленные в корпусе 1 источник тепла 2, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство 3 с трубопроводами подвода холодного теплоносителя 4 и отвода горячего теплоносителя 5. Теплообменное устройство 3 выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки 6 с днищем 7. Обечайка 6 со стороны днища 7 снабжена кольцевым полым выступом. Источник тепла 2 размещен внутри обечайки 6, выход трубопровода подвода холодного теплоносителя 4 размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки 6, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя 5 размещен в полости полого выступа обечайки 6. Обечайка 6 установлена с формированием со стенками корпуса 1 газоотводного канала 8 с выходом продуктов сгорания снизу со стороны выступа обечайки 6, причем на выступе обечайки 6 установлены лопатки 10, образующие со стенками корпуса 1 в зоне 9 выхода продуктов сгорания центробежный компрессор. The heating installation includes a heat source 2 installed in the housing 1, made in the form of a burner, and a heat exchanger 3 with pipelines for supplying coolant 4 and removal of hot coolant 5. Heat exchanger 3 is made in the form of a cylindrical shell 6 mounted with the possibility of rotation open from above and with a bottom 7 The shell 6 from the bottom 7 is provided with an annular hollow protrusion. The heat source 2 is placed inside the shell 6, the outlet of the cold coolant supply pipe 4 is placed on top from the side of the inner surface of the shell 6, the inlet portion of the hot coolant discharge pipe 5 is placed in the cavity of the hollow protrusion of the shell 6. The shell 6 is installed with the formation of the walls of the housing 1 of the gas outlet channel 8 with the exit of combustion products from below from the ledge of the shell 6, and on the ledge of the shell 6 mounted blades 10, forming with the walls of the housing 1 in the zone 9 of the exit of combustion products of centrifugal th compressor.

Жидкий теплоноситель подают сверху по трубопроводу 4 в зону нагрева на вращающуюся обечайку 6. За счет вращения обечайки 6 на ее внутренней поверхности формируется тонкопленочный уплотненный жидкостный слой теплоносителя. Под собственным весом теплоноситель смещается вдоль стенки обечайки 6 сверху вниз и нагревается от источника тепла 2, причем нагрев происходит как непосредственно от продуктов сгорания и источника тепла 2, так и через стенку обечайки 6 отходящими по газоотводному каналу 8 продуктами сгорания. Нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки 6 через трубопровод 5, при этом в корпусе 1 нагревательной установки организуют принудительное обтекание обечайки 6 горячими продуктами сгорания от источника тепла 2 как со стороны внутренней, так и со стороны наружной поверхности обечайки 6 путем отсоса продуктов сгорания из корпуса 1 нагревательной установки центробежным компрессором, образованным лопатками 10 и стенками корпуса 1. The liquid coolant is fed from above through a pipe 4 to the heating zone to the rotating shell 6. Due to the rotation of the shell 6, a thin-film compacted liquid coolant layer is formed on its inner surface. Under its own weight, the coolant moves along the wall of the shell 6 from top to bottom and is heated from the heat source 2, and heating occurs both directly from the combustion products and the heat source 2, and through the wall of the shell 6, the combustion products leaving the gas outlet channel 8. The heated coolant is discharged from the bottom of the rotating shell 6 through the pipeline 5, while in the housing 1 of the heating installation, forced circulation of the shell 6 with hot combustion products from the heat source 2 is organized both from the side of the inner and outer surfaces of the shell 6 by suction of the combustion products from the housing 1 heating installation by a centrifugal compressor formed by the blades 10 and the walls of the housing 1.

Настоящее изобретение может быть использовано везде, где требуется нагрев различных жидких сред, в частности, в системах отопления и горячего водоснабжения, а также в различных технологических процессах. The present invention can be used wherever heating of various liquid media is required, in particular, in heating and hot water supply systems, as well as in various technological processes.

Claims

1. The method of heating a liquid coolant, which consists in supplying a coolant to the heating zone in the housing of the heating installation from a heat source, heating the coolant and removing the heated coolant from the heating zone, characterized in that the coolant is fed from above into the heating zone on a rotating shell with the formation of a thin film liquid layer of the coolant, the heated coolant is removed from the bottom of the rotating shell, and forced flow of the shell around the shell is organized in the heating unit products of combustion from a heat source from the side of the inner and outer surfaces of the shell with the suction of combustion products from the housing of the heating installation.

2. A heating installation comprising a heat source installed in the housing, made in the form of a burner, and a heat exchanger with pipelines for supplying coolant and removal of hot coolant, characterized in that the heat exchanger is made in the form of a cylindrical shell with a bottom open open at the top and rotating, at the same time, the side of the shell is equipped with an annular hollow protrusion, the heat source is located inside the shell, the output of the cold coolant supply pipe top from the side of the inner surface of the shell, the inlet section of the hot coolant drain pipe is placed in the annular cavity of the shell protrusion, the latter is installed with the formation of the exhaust gas ducts with the walls of the outlet with the outlet of combustion products from the outer surface of the protrusion, and blades forming with the walls are installed on the shell protrusion housing in the zone of the exit of combustion products centrifugal compressor.