RU2451245C1

RU2451245C1 - Heat exchange module

Info

Publication number: RU2451245C1
Application number: RU2010137963/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Мударисович Садреев (RU); Игорь Мударисович Садреев; Александр Геннадьевич Чупраков (RU); Александр Геннадьевич Чупраков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Теплоэнергопром"
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-05-20
Also published as: RU2010137963A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: heat exchange module comprises a body with inlet and outlet holes. In the body there is a combustion chamber, a heat exchanger, a rotary chamber, a partition. The rotary chamber is arranged downstream the heat exchanger. The partition is installed in the body transversely to the combustion chamber and the heat exchanger and divides the inner space of the body upstream the rotary chamber into two compartments that communicate to each other via a rotary chamber.

EFFECT: higher extent of air heating, reduced extent of condensate formation in smoke fumes.

1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к воздухонагревательным отопительным системам с использованием газовых воздухонагревателей, и может быть использовано для автономного воздушного отопления зданий и сооружений, в том числе в условиях низких температур.The invention relates to a power system, in particular to air-heating heating systems using gas air heaters, and can be used for autonomous air heating of buildings and structures, including at low temperatures.

Известна установка для обработки воздуха DUO-МО (см. сайт www.tecnoclimaspa.com, раздел «Каталог»). Известное устройство включает корпус, камеру сгорания, теплообменник и разделяющую их перегородку. Воздух, подающийся вентиляторами, омывает раздельно камеру сгорания и теплообменник, затем поступает в обогреваемое помещение.Known installation for air treatment DUO-MO (see website www.tecnoclimaspa.com, section "Catalog"). The known device includes a housing, a combustion chamber, a heat exchanger and a partition separating them. The air supplied by the fans separately washed the combustion chamber and the heat exchanger, then it enters the heated room.

Недостаток известного устройства заключается в низкой степени нагрева воздуха. Разница температур нагреваемого воздуха на входе и выходе устройства составляет не более 32°C. Конструкция устройства не позволяет использовать его для режимов с высокой степенью нагрева воздуха, так как не обеспечивает достаточную скорость омывания поверхности теплообменника, что приводит к прогарам поверхностей нагрева и низкой эффективности теплообменника.A disadvantage of the known device is the low degree of heating of the air. The temperature difference of the heated air at the inlet and outlet of the device is not more than 32 ° C. The design of the device does not allow it to be used for modes with a high degree of heating of the air, since it does not provide a sufficient speed for washing the surface of the heat exchanger, which leads to burnouts of the heating surfaces and low efficiency of the heat exchanger.

В качестве ближайшего аналога выбрана установка для обработки воздуха WIMBLEDON (см. сайт www.tecnoclimaspa.com, раздел «Каталог»). Ближайший аналог включает корпус, камеру сгорания, теплообменник, продольную перегородку, установленную между камерой сгорания и теплообменником, и поворотную камеру. Воздух, подающийся вентиляторами, омывает камеру сгорания, разворачивается в поворотной камере и омывает теплообменник, затем поступает в обогреваемое помещение.The WIMBLEDON air treatment plant was chosen as the closest analogue (see the website www.tecnoclimaspa.com, section "Catalog"). The closest analogue includes a housing, a combustion chamber, a heat exchanger, a longitudinal partition installed between the combustion chamber and the heat exchanger, and a rotary chamber. The air supplied by the fans washes the combustion chamber, unfolds in the rotary chamber and washes the heat exchanger, then enters the heated room.

Недостаток ближайшего аналога заключается в низкой степени нагрева воздуха, не более 31,5°C, из-за невысокой скорости его движения. Другим недостатком является высокая степень образования конденсата в дымовых газах при низких температурах поступающего воздуха (менее -25°C). Воздух после прохождения через камеру сгорания еще недостаточно прогрет. Контакт недостаточно нагретого воздуха одновременно с входной, горячей, и выходной, менее нагретой, частью теплообменника способствует выпадению конденсата в дымовых газах на выходе из теплообменника.The disadvantage of the closest analogue is the low degree of heating of the air, not more than 31.5 ° C, due to the low speed of its movement. Another disadvantage is the high degree of condensation in the flue gases at low temperatures of the incoming air (less than -25 ° C). After passing through the combustion chamber, the air is still not sufficiently warmed up. The contact of insufficiently heated air simultaneously with the inlet, hot, and outlet, less heated, part of the heat exchanger contributes to the condensation in the flue gases at the outlet of the heat exchanger.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции теплообменного модуля, работающей в режимах с высокой степенью нагрева воздуха.The technical task of the invention is the creation of a design of a heat exchange module operating in modes with a high degree of air heating.

Технический результат - повышение степени нагрева воздуха, снижение степени образования конденсата.The technical result is an increase in the degree of heating of the air, a decrease in the degree of condensation.

Технический результат достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные внутри корпуса камеру сгорания, теплообменник, поворотную камеру, перегородку, согласно изобретению, поворотная камера расположена за теплообменником, перегородка установлена поперечно камере сгорания и теплообменнику и делит внутреннее пространство корпуса до поворотной камеры на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру.The technical result is achieved in that in a heat exchange module containing a housing with inlet and outlet openings, a combustion chamber, a heat exchanger, a rotary chamber, a partition, according to the invention, the rotary chamber is located behind the heat exchanger, the partition is transverse to the combustion chamber and the heat exchanger, and divides the internal the space of the housing to the rotary chamber into two compartments communicating with each other through the rotary chamber.

Технический результат обеспечивается тем, что установленная в корпусе теплообменного модуля поперечно камере сгорания и теплообменнику перегородка делит корпус на два отсека, сообщающихся между собой посредством поворотной камеры. Сформированный таким образом канал с разворотом на 180° образует двойной перекрестный ход нагреваемого воздуха через камеру сгорания и теплообменник, что позволяет повысить степень нагрева воздуха. За счет разделения объема корпуса на два отсека уменьшается сечение канала прохождения нагреваемого воздуха, что обеспечивает увеличение скорости его движения. С увеличением скорости течения нагреваемого воздуха относительно поверхностей нагрева: камеры сгорания и теплообменника, увеличивается теплообмен. Это способствует повышению степени нагрева воздуха и исключению риска прогара теплообменной поверхности. Двойной перекрестный ход нагреваемого воздуха через камеру сгорания и теплообменник при увеличении скорости прохождения нагреваемого воздуха за счет сужения сечения канала позволяет достичь высокой степени подъема температуры нагреваемого воздуха и обеспечить высокий КПД. Причем в предлагаемом устройстве холодный воздух проходит сначала через более нагретую часть камеры сгорания и теплообменника, а затем подогретый воздух проходит через менее нагретую часть камеры сгорания и теплообменника. Течение холодного воздуха по более нагретой части камеры сгорания и теплообменника позволяет исключить образование конденсата в дымовых газах и обеспечить эффективный теплообмен, а прохождение подогретого в горячей части камеры сгорания и теплообменника воздуха через менее нагретую их часть позволяет или полностью устранить, или значительно снизить степень образования конденсата в дымовых газах.The technical result is ensured by the fact that the partition installed in the casing of the heat exchange module transverse to the combustion chamber and the heat exchanger divides the casing into two compartments communicating with each other by means of a rotary chamber. The channel thus formed with a 180 ° turn forms a double cross-path of the heated air through the combustion chamber and heat exchanger, which makes it possible to increase the degree of heating of the air. By dividing the body volume into two compartments, the cross section of the passage of the heated air decreases, which ensures an increase in its speed. With an increase in the flow velocity of the heated air relative to the heating surfaces: the combustion chamber and the heat exchanger, the heat transfer increases. This helps to increase the degree of heating of the air and eliminates the risk of burnout of the heat exchange surface. The double cross-stroke of the heated air through the combustion chamber and the heat exchanger with an increase in the speed of passage of the heated air due to the narrowing of the channel section allows to achieve a high degree of temperature rise of the heated air and to provide high efficiency. Moreover, in the proposed device, cold air first passes through a warmer part of the combustion chamber and heat exchanger, and then heated air passes through a less heated part of the combustion chamber and heat exchanger. The flow of cold air through the warmer part of the combustion chamber and the heat exchanger eliminates the formation of condensate in the flue gases and ensures efficient heat transfer, and the passage of the air heated in the hot part of the combustion chamber and the heat exchanger through their less heated part can either completely eliminate or significantly reduce the degree of condensation in flue gases.

На фиг.1 изображен общий вид теплообменного модуля.Figure 1 shows a General view of the heat exchange module.

Теплообменный модуль содержит корпус 1 с входным окном 2 и выходным окном 3 для входа и выхода нагреваемого воздуха. Внутри корпуса размещена камера сгорания 4 с установленным параллельно ей конвективным теплообменником 5, снабженным входным коллектором 6 и выходным коллектором 7. В корпусе 1 установлена поперечно камере сгорания 4 и конвективному теплообменнику 5 перегородка 8, которая делит объем корпуса 1 на два отсека 9 и 10, сообщающихся посредством поворотной камеры 11, расположенной за конвективным теплообменником 5. При этом перегородка 8 не делит внутреннее пространство камеры сгорания 4 и теплообменника 5, а охватывает камеру сгорания 4 и теплообменник 5 по внешнему контуру. Отсеки 9 и 10 с поворотной камерой 11 образуют канал для прохождения нагреваемого воздуха с поворотом на 180°, а установленные параллельно друг другу камера сгорания 4 и конвективный теплообменник 5, соединенные посредством входного коллектора 6, формируют двойной ход дымовых газов с разворотом на 180°. К камере сгорания 4 с внешней стороны корпуса 1 присоединена горелка 12. От выходного коллектора 7 выведен патрубок 13 для отвода дымовых газов.The heat exchange module comprises a housing 1 with an inlet window 2 and an outlet window 3 for the inlet and outlet of the heated air. Inside the housing there is a combustion chamber 4 with a convective heat exchanger 5 installed parallel to it, equipped with an inlet manifold 6 and an outlet manifold 7. In the housing 1, a partition 8 is installed transverse to the combustion chamber 4 and the convective heat exchanger 5, which divides the volume of the housing 1 into two compartments 9 and 10, communicating by means of a rotary chamber 11 located behind the convective heat exchanger 5. In this case, the partition 8 does not divide the internal space of the combustion chamber 4 and the heat exchanger 5, but covers the combustion chamber 4 and the heat exchanger IR 5 on the outer contour. Compartments 9 and 10 with a rotary chamber 11 form a channel for the passage of heated air with a 180 ° rotation, and combustion chamber 4 and a convective heat exchanger 5 connected in parallel to each other, connected by an inlet manifold 6, form a double flue gas passage with a 180 ° turn. A burner 12 is connected to the combustion chamber 4 from the outside of the housing 1. A nozzle 13 is removed from the output manifold 7 for removing flue gases.

Теплообменный модуль работает следующим образом.The heat exchange module operates as follows.

При сжигании топлива, например газа, образующиеся дымовые газы продвигаются по камере сгорания 4, поступают во входной коллектор 6, затем в обратном направлении проходят через конвективный теплообменник 5, поступают в выходной коллектор 7 и отводятся в дымовую трубу (не показана) через патрубок 13. Процесс сгорания топлива проходит таким образом, что удаленная от горелки 12 часть камеры сгорания 4, расположенная в отсеке 9, является более нагретой за счет распределения пламени.When burning fuel, for example gas, the resulting flue gases move along the combustion chamber 4, enter the inlet manifold 6, then in the opposite direction pass through the convective heat exchanger 5, enter the outlet manifold 7 and are discharged into the chimney (not shown) through the pipe 13. The fuel combustion process takes place in such a way that the part of the combustion chamber 4 located in the compartment 9 remote from the burner 12 is warmer due to the distribution of the flame.

Нагреваемый воздух через входное окно 2 поступает в корпус 1 теплообменного модуля. Продвигается по отсеку 9 корпуса 1 перекрестно ходу дымовых газов, пересекает камеру сгорания 4 и теплообменные элементы, например трубки или пластины конвективного теплообменника 5, где нагревается. После этого уже подогретый воздух, разворачиваясь в поворотной камере 11 на 180°, поступает в отсек 10, второй раз пересекает теплообменные элементы конвективного теплообменника 5 и камеру сгорания 4, при этом температура нагреваемого воздуха еще повышается. Затем нагретый воздух продвигается к выходному окну 3 и через выходное окно 3 поступает в воздуховод отапливаемого объекта (не показан). Причем нагреваемый воздух, проходя по отсеку 9, контактирует с наиболее нагретой частью камеры сгорания 4 и теплообменника 5, а в отсеке 10 омывает менее нагретую их часть. Прохождение холодного воздуха по наиболее нагретой части камеры сгорания 4 и конвективного теплообменника 5 позволяет исключить образование конденсата в дымовых газах. Прохождение подогретого воздуха по менее нагретой части камеры сгорания 4 и конвективного теплообменника 5 позволяет в значительной степени снизить или устранить образование конденсата в дымовых газах. Уменьшение сечения канала прохождения нагреваемого воздуха за счет разделения объема корпуса перегородкой приводит к повышению скорости прохождения нагреваемого воздуха через поверхности нагрева, в результате чего повышается интенсивность теплообмена и степень нагрева воздуха достигает 100-150°С, а КПД составляет 90-95%.Heated air through the inlet 2 enters the housing 1 of the heat exchange module. It moves along the compartment 9 of the housing 1 crosswise to the flue gas path, crosses the combustion chamber 4 and heat exchange elements, for example, tubes or plates of a convective heat exchanger 5, where it heats up. After that, already heated air, turning around 180 ° in the rotary chamber 11, enters the compartment 10, crosses the heat exchange elements of the convective heat exchanger 5 and the combustion chamber 4 for the second time, while the temperature of the heated air rises. Then the heated air advances to the exit window 3 and through the exit window 3 enters the duct of a heated object (not shown). Moreover, the heated air, passing through the compartment 9, is in contact with the most heated part of the combustion chamber 4 and the heat exchanger 5, and in the compartment 10 it washes their less heated part. The passage of cold air through the most heated part of the combustion chamber 4 and the convective heat exchanger 5 eliminates the formation of condensate in the flue gases. The passage of heated air through the less heated part of the combustion chamber 4 and convective heat exchanger 5 can significantly reduce or eliminate the formation of condensate in flue gases. The decrease in the cross section of the channel of passage of the heated air due to the separation of the body volume by the partition leads to an increase in the rate of passage of the heated air through the heating surface, as a result of which the heat transfer increases and the degree of heating of the air reaches 100-150 ° C, and the efficiency is 90-95%.

Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменного модуля позволяет повысить степень нагрева воздуха, снизить образование конденсата в дымовых газах, обеспечить высокий КПД и исключить возможность прогаров поверхностей нагрева устройства.Thus, the proposed design of the heat exchange module allows to increase the degree of heating of air, reduce the formation of condensate in flue gases, provide high efficiency and eliminate the possibility of burnout of the heating surfaces of the device.

Claims

A heat exchanger module comprising a housing with inlet and outlet openings, a combustion chamber, a heat exchanger, a rotary chamber, a partition, located in the housing, characterized in that the rotary chamber is located behind the heat exchanger, the partition is transverse to the combustion chamber and the heat exchanger, and divides the interior of the housing into the rotary chamber into two compartments communicating with each other through a rotary camera.