RU2614428C1

RU2614428C1 - Regenerative air heater

Info

Publication number: RU2614428C1
Application number: RU2015143954A
Authority: RU
Inventors: Елена Наильевна Ахмедьянова; Сергей Николаевич Редников; Ольга Степановна Пташкина-Гирина
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-03-28

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: regenerative air heater contains a housing with branches for heating and heated coolant supply and discharge, sealing unit, the rotor is mounted rotatably in the housing, equipped with heat retaining nozzle, made in the form of honeycomb structure with the ratio of equivalent diameter to the separate channel length less than 20 and the nozzle channels, disposed at the angle to the direction of the coolant so, that when the nozzle is rotating, the kinetic energy is transferred to the coolant, the inclination angle of the channel axis is determined depending on the required coolant flow rate, rotor speed, and the typical channel size of the honeycomb heat storage nozzle, the thickness of the honeycomb walls is determined both in terms of the strength, and in terms of heat storage capacity, the dynamic sealing is fixed in the housing between the areas of coolants moving as the sealing unit, and it prevents the crossflow of heating and heated coolant consequently.

EFFECT: increase of processability, thermal efficiency.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к вращающимся регенеративным воздухонагревателям (теплообменникам) и предназначено для передачи тепла от одного теплоносителя к другому с использованием промежуточной теплоаккумулирующей насадки, может применяться в энергетике, химической промышленности для утилизации тепла отводимых газовых сушильных установок.The invention relates to rotating regenerative air heaters (heat exchangers) and is intended to transfer heat from one coolant to another using an intermediate heat storage nozzle, can be used in the energy sector, and the chemical industry for the recovery of heat from gas drying plants.

Известны аппараты, используемые для передачи тепла от одного теплоносителя к другому с помощью вращающего ротора с теплоаккумулирующей насадкой, причем теплоаккумулирующая насадка может быть выполнена в виде пакета кольцевых пластин, дисков, установленных перпендикулярно оси вращения ротора, а также радиальных и кольцевых секторов, заполненных насыпными теплоаккумулирующими элементами (RU 2346208 С2, RU 2269062 C1, RU 224197 C1, RU 2202073 С2, RU 2022210 C1, RU 2007113246 А).Known apparatuses used to transfer heat from one coolant to another using a rotary rotor with a heat storage nozzle, and the heat storage nozzle can be made in the form of a package of ring plates, disks mounted perpendicular to the axis of rotation of the rotor, as well as radial and ring sectors filled with bulk heat accumulating elements (RU 2346208 C2, RU 2269062 C1, RU 224197 C1, RU 2202073 C2, RU 2022210 C1, RU 2007113246 A).

Известные объекты требуют наличие вспомогательных устройств для обеспечения движения газов по каналам, таких как вытяжные системы, вентиляторы и отдельный привод на вращение ротора с насадкой. Такие конструкции увеличивают количество подвижных элементов и снижают надежность системы в целом. Использование насыпных теплоаккумулирующих элементов ограничивает режим движения теплоносителей в каналах, следовательно, интенсивность передачи тепла.Known objects require the presence of auxiliary devices to ensure the movement of gases through the channels, such as exhaust systems, fans and a separate rotor drive with a nozzle. Such designs increase the number of moving elements and reduce the reliability of the system as a whole. The use of bulk heat-accumulating elements limits the mode of movement of coolants in the channels, therefore, the intensity of heat transfer.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является выбранная в качестве прототипа полезная модель (RU 61392 U1, МПК F23L 15/02 (2006.01)). Конструкция прототипа состоит из корпуса с патрубками для подвода и отвода греющегося и нагреваемого теплоносителя, уплотняющего узла, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор, оборудованный теплоаккумулирующей насадкой. Недостатком данной конструкции является то, что используемый ротор имеет ограничение по площади поверхности теплообмена, в результате чего снижается тепловая эффективность системы.The closest in technical essence to the claimed solution is a utility model selected as a prototype (RU 61392 U1, IPC F23L 15/02 (2006.01)). The design of the prototype consists of a housing with nozzles for supplying and discharging a heated and heated coolant, a sealing assembly, and a rotor equipped with a heat storage nozzle is installed in the housing with the possibility of rotation. The disadvantage of this design is that the rotor used has a limitation on the heat exchange surface area, as a result of which the thermal efficiency of the system is reduced.

Задачей изобретения является повышение технологичности, тепловой эффективности и надежности системы в целом.The objective of the invention is to improve manufacturability, thermal efficiency and reliability of the system as a whole.

Это достигается тем, что предлагаемый регенеративный воздухонагреватель содержит: корпус с патрубками для подвода и отвода греющего и нагреваемого теплоносителя, уплотняющий узел, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор, оборудованный теплоаккумулирующей насадкой, в отличие от прототипа теплоаккумулирующая насадка выполнена в виде сотовой конструкции с соотношением эквивалентного диаметра к длине отдельного канала менее 20 и каналов насадки, расположенных под углом к направлению движения теплоносителя таким образом, чтобы при вращения насадки обеспечивалась передача кинетической энергии к теплоносителю, угол наклона осей каналов определяется в зависимости от требуемого расхода теплоносителя, частоты вращения ротора и характерного размера каналов сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, толщина стенки сотовой конструкции определяется как с точки зрения прочности, так и с точки зрения теплоаккумулирующей способности, в корпусе в качестве уплотняющего узла, между зонами движения теплоносителей, стационарно установлено динамическое уплотнение, препятствующее перетоку греющего и нагреваемого теплоносителя соответственно.This is achieved by the fact that the proposed regenerative air heater contains: a body with nozzles for supplying and discharging a heating and a heated coolant, a sealing assembly, a rotor equipped with a heat storage nozzle is installed in the housing with the possibility of rotation, in contrast to the prototype, the heat storage nozzle is made in the form of a honeycomb structure with the ratio the equivalent diameter to the length of an individual channel is less than 20 and nozzle channels located at an angle to the direction of movement of the coolant so that When rotating the nozzle, the kinetic energy was transferred to the coolant, the angle of inclination of the axes of the channels is determined depending on the required flow rate of the coolant, the rotor speed and the characteristic size of the channels of the honeycomb structure of the heat storage nozzle, the wall thickness of the honeycomb structure is determined both from the point of view of strength and from the point of view of view of the heat storage capacity, in the housing as a sealing unit, between the zones of movement of the coolants, a dynamic seal is permanently installed ie, preventing the inflow of the heating and the heated coolant, respectively.

Вращающийся ротор может быть разделен на ряд секторов с уложенной теплоаккумулирующей насадкой сотовой конструкции, имеющей разный эквивалентный диаметр каналов, меняющийся в зависимости от радиуса расположения на роторе для обеспечения одинаковых чисел Рейнольса.The rotary rotor can be divided into a number of sectors with a heat-retaining nozzle of a honeycomb structure, having a different equivalent diameter of the channels, varying depending on the radius on the rotor to ensure the same Reynolds numbers.

Преимуществом является возможность отказа от дополнительных устройств транспортировки теплоносителя за счет использования сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, выполняющей функцию вентилятора, возможность использования бесконтактных динамических уплотнений, имеющих значительно больший ресурс, высокие значения коэффициента теплопередачи за счет работы каналов насадки в режиме «начального участка», а следовательно, в зоне развитой турбулентности, а также равномерность коэффициента теплоотдачи за счет изменения характерных размеров каналов насадки по радиусу.The advantage is the possibility of eliminating additional devices for transporting the coolant due to the use of a honeycomb design of a heat storage nozzle that performs the function of a fan, the possibility of using non-contact dynamic seals having a significantly longer service life, high values of heat transfer coefficient due to the operation of the nozzle channels in the “initial section” mode, and therefore , in the zone of developed turbulence, as well as the uniformity of the heat transfer coefficient due to changes in the character The rough dimensions of the nozzle channels along the radius.

Конструкция регенеративного воздухонагревателя представлена на фигурах: на фигуре 1 представлена схема регенеративного воздухонагревателя с сотовой конструкцией, на фигуре - 2 схема угла установки каналов. Регенеративный воздухонагреватель содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с патрубками 3, 4 для подвода и отвода греющего и нагреваемого теплоносителя с торцевых полостей, причем зона подвода и зона отвода выполнены в виде элементов переменного сечения. Вращающейся ротор 2 на оси 7, который может быть разделен на ряд секторов 5 с уложенной теплоаккумулирующей насадкой 6, выполненной в виде сотовой конструкции с соотношением эквивалентного диаметра к длине отдельного канала менее 20. При соотношении эквивалентного диаметра к длине канала более 20 не будет гарантирована турбулизация потока. Каналы насадки расположены под углом к направлению движения теплоносителя таким образом, чтобы при вращении насадки обеспечивалась передача кинетической энергии к теплоносителю, угол наклона (фиг. 2) осей каналов определяется в зависимости от требуемого расхода теплоносителя, частоты вращения ротора и характерного размера каналов сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки. В регенеративном воздухонагреватели может быть размещено несколько соосно вращающихся роторов. Зоны греющего и нагреваемого теплоносителя изолируются с помощью стационарно установленных между зонами движения теплоносителя динамических уплотнений 8 Устройство работает следующим образом: греющий теплоноситель, попадая в патрубок подвода 3, равномерно распределяясь в подводящих патрубках переменного сечения, захватывается каналами теплоаккумулирующей насадки 6 вращающегося на оси 7 ротора 2, проходя по которым, нагревает стенки каналов насадки, при этом его кинетическая энергия возрастает, ротор поворачивается и оказывается в зоне нагреваемого теплоносителя, захватывая каналами нагреваемый теплоноситель, последний, проходя по каналам нагретой насадки, увеличивает свою температуру и кинетическую энергию, отводятся теплоносители через патрубки отвода 4. При прохождении теплоносителя зоны динамического уплотнения 8 наклонные каналы насадки и зоны уплотнения корпуса инициируется вихревое движения газа, что препятствует перетоку теплоносителей.The design of the regenerative air heater is shown in the figures: figure 1 shows a diagram of a regenerative air heater with a honeycomb structure, and figure 2 shows a diagram of the installation angle of the channels. The regenerative air heater comprises a cylindrical body 1 (Fig. 1) with nozzles 3, 4 for supplying and discharging the heating and heated coolant from the end cavities, the supply zone and the exhaust zone made in the form of elements of variable cross section. Rotating rotor 2 on axis 7, which can be divided into a number of sectors 5 with a heat-accumulating nozzle 6 laid in the form of a honeycomb structure with an equivalent diameter to individual channel length ratio of less than 20. If the equivalent diameter to channel length ratio is more than 20, turbulization will not be guaranteed flow. The nozzle channels are located at an angle to the direction of movement of the coolant so that when the nozzle rotates, kinetic energy is transferred to the coolant, the angle of inclination (Fig. 2) of the axes of the channels is determined depending on the required coolant flow rate, rotor speed and the characteristic size of the channels of the cellular structure of the heat storage nozzles. In the regenerative air heaters can be placed several coaxially rotating rotors. The zones of the heating and heated coolant are isolated using dynamic seals permanently installed between the areas of movement of the coolant 8 The device operates as follows: the heating coolant, getting into the supply pipe 3, evenly distributed in the supply pipes of variable cross section, is captured by the channels of the heat storage nozzle 6 of the rotor 2 rotating on the axis 7 passing through which heats the walls of the nozzle channels, while its kinetic energy increases, the rotor rotates and turns into e of the heated coolant, capturing the channels of the heated coolant, the latter, passing through the channels of the heated nozzle, increases its temperature and kinetic energy, the coolants are removed through the branch pipes 4. When the coolant passes through the dynamic seal zone 8, the inclined channels of the nozzle and the seal zone of the housing initiate vortex gas movement, which prevents the flow of coolants.

Технико-экономическим результатом изобретения является повышение технологичности за счет использования сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, тепловой эффективности за счет организации движения в режиме развитой турбулентности, характерной для начальных участков, и обеспечения одинакового коэффициента теплопередачи за счет изменения эквивалентного диаметра каналов теплоаккумулирующей насадки сотовой конструкции в зависимости от радиуса расположения на роторе, надежности системы в целом за счет объединения функции теплопереноса и устройства транспортировки в одном элементе и использования динамических уплотнений.The technical and economic result of the invention is to increase manufacturability through the use of the honeycomb design of the heat storage nozzle, thermal efficiency by organizing movement in the developed turbulence regime characteristic of the initial sections, and ensuring the same heat transfer coefficient by changing the equivalent diameter of the channels of the heat storage nozzle of the honeycomb structure depending on the radius of the location on the rotor, the reliability of the system as a whole by combining the functions of ploperenos and transportation devices in one element and the use of dynamic seals.

Claims

1. A regenerative air heater, consisting of a housing with inlets for supplying and discharging a heating and heated coolant, a sealing assembly, a rotor equipped with a heat storage nozzle is installed in the housing rotatably, characterized in that the heat storage nozzle is made in the form of a honeycomb structure with an equivalent diameter to diameter ratio the length of an individual channel is less than 20, and the nozzle channels are located at an angle to the direction of movement of the coolant, determined depending on the required heat consumption the carrier, the rotor speed and the characteristic size of the channels of the heat storage nozzle, in the housing as a sealing assembly, between the zones of movement of the coolants, a dynamic seal is stationary installed, which prevents the overflow of the heating and heated coolant, respectively.

2. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that several axially rotating rotors can be placed on one axis.

3. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the rotating rotor can be divided into a number of sectors with a stacked heat storage nozzle having different equivalent diameter of the channels, varying depending on the radius on the rotor to ensure the same Reynolds numbers.