RU2680283C1 - Air heating device - Google Patents

Air heating device Download PDF

Info

Publication number
RU2680283C1
RU2680283C1 RU2017141636A RU2017141636A RU2680283C1 RU 2680283 C1 RU2680283 C1 RU 2680283C1 RU 2017141636 A RU2017141636 A RU 2017141636A RU 2017141636 A RU2017141636 A RU 2017141636A RU 2680283 C1 RU2680283 C1 RU 2680283C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
combustion chamber
heat exchanger
air
convex
Prior art date
Application number
RU2017141636A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Владимирович Новичихин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационная Компания "Алетейя"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационная Компания "Алетейя" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационная Компания "Алетейя"
Priority to RU2017141636A priority Critical patent/RU2680283C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2680283C1 publication Critical patent/RU2680283C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to heat and power devices and, in particular, to devices for air heating, intended for use in systems of autonomous air heating of buildings and structures, for heating fresh supply air, for heating air, gas or drying agent in process heating and drying systems, quality of mobile installations, as well as a preheater as part of a supply or extract air system, as an oven or in conjunction with other systems or devices. Claimed device for air heating includes a housing with a radiation-convective heat exchanger located in it, an automated burner equipped with a cylindrical flame nozzle, and flow elements. Heat exchanger is connected to the burner and is designed to carry out the process of heat exchange and the transfer of heat of combustion of the fuel to the heated air. Heat exchanger includes a streamlined shape of the combustion chamber and the guide plates surrounding it, and a convective part including heat exchange elements – wide convex-concave, wide flat corrugated, cylindrical corrugated or cylindrical, the secondary heat exchange plates, as well as one or more rotating chambers, a smoke collector, condensate drain pipes and other elements are located between the wide heat exchange elements. For pumping heated air or a drying agent through the device, a fan or other device is used to move the air.
EFFECT: increased efficiency of the device.
7 cl, 28 dwg

Description

Область технического примененияScope of technical application

Изобретение относится к теплоэнергетическим устройствам и, в частности, к устройствам для нагрева воздуха, предназначенным для использования в системах автономного воздушного отопления зданий и сооружений, для подогрева свежего приточного воздуха, для подогрева воздуха, газа или сушащего агента в системах технологического нагрева и сушки, а также в качестве передвижных установок. Устройство также может использоваться совместно с внешними устройствами для перемещения воздуха, в качестве подогревателя как часть приточной или приточно-вытяжной системы, совместно с другими системами и устройствами, или в качестве печи.The invention relates to heat power devices and, in particular, to devices for heating air, intended for use in autonomous air heating systems of buildings and structures, for heating fresh supply air, for heating air, gas or a drying agent in systems for technological heating and drying, and also as mobile units. The device can also be used together with external devices for moving air, as a heater as part of the supply or supply and exhaust system, in conjunction with other systems and devices, or as a furnace.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен теплогенератор, описанный в техническом паспорте «Воздухонагреватели рекуперативные горизонтальные типа Т-350Г», производимый ООО «Научно-производственное объединение «Тепловей» г. Челябинск по ТУ 3696-002-94823723-2010 и содержащий корпус с размещенным внутри теплообменником, который включает в себя камеру сгорания в виде цилиндрического стакана, и расположенную после неё по ходу воздуха конвективную часть теплообменника, выполненную в один ход по дымовым газам и состоящую из трубчатых цилиндрических теплообменных элементов, распределительного и собирательного коллекторов, патрубка дымохода и патрубка присоединения горелки. Недостатками данного устройства является то, что оно работает преимущественно не в конденсационном режиме, что снижает его КПД; повышенный риск выхода из строя камеры сгорания вследствие возникновения по её поверхности термических напряжений из-за чередования «холодных боковых» зон с интенсивным обдувом с «перегретыми» зонами по передней и задней поверхностям, где наблюдается недостаточный обдув. Не оптимизирована конвективная часть: одноходовое исполнение влечёт за собой снижение эффективности теплообмена последних рядов труб по ходу воздуха; неравномерность нагрева воздуха со стороны «горячего» и «холодного» концов трубного пучка; в высокое аэродинамическое сопротивление теплообменника вследствие малого живого сечения теплообменника с шахматным расположением труб.A heat generator is known, described in the technical passport “Recuperative horizontal air heaters of the T-350G type”, manufactured by the Teplovei Scientific and Production Association, Chelyabinsk, according to TU 3696-002-94823723-2010 and containing a housing with a heat exchanger inside, which includes a combustion chamber in the form of a cylindrical cup, and the convective part of the heat exchanger located after it in the air, made in one stroke through the flue gases and consisting of tubular cylindrical heat exchangers, dividing and collective collectors, chimney pipe and burner connection pipe. The disadvantages of this device is that it works mainly not in condensation mode, which reduces its efficiency; increased risk of failure of the combustion chamber due to the occurrence of thermal stresses on its surface due to the alternation of “cold side” zones with intensive airflow with “overheated” zones on the front and rear surfaces where insufficient airflow is observed. The convective part is not optimized: a one-way design entails a decrease in the heat transfer efficiency of the last rows of pipes along the air; uneven air heating from the “hot” and “cold” ends of the tube bundle; high aerodynamic resistance of the heat exchanger due to the small living section of the heat exchanger with a checkerboard arrangement of pipes.

Известен теплогенератор, описанный в техническом паспорте «Воздухонагреватель типа ВТР-400 исполнения В-0-1-В. ВМЗ-400-1 серии "ВН-11"», производимый ООО «Томир» г. Челябинск по ТУ 4864-004—51471244-2015 и содержащий корпус с размещенным внутри теплообменником, который включает в себя камеру сгорания в виде цилиндрического стакана, и расположенную после неё по ходу воздуха конвективную часть теплообменника, выполненную в один ход по дымовым газам и состоящую из трубчатых теплообменных элементов с продольными плавниковыми ребрами, распределительного и собирательного коллекторов, патрубка дымохода и патрубка присоединения горелки. Недостатками данного устройства является то, что работает оно преимущественно не в конденсационном режиме, что снижает его КПД; повышенный риск выхода из строя камеры сгорания вследствие возникновения по её поверхности термических напряжений из-за чередования «холодных боковых» зон с интенсивным обдувом с «перегретыми» зонами по передней и задней поверхностям, где наблюдается недостаточный обдув. Не оптимизирована конвективная часть: одноходовое исполнение влечёт за собой снижение эффективности теплообмена последних рядов труб по ходу воздуха; неравномерность нагрева воздуха со стороны «горячего» и «холодного» концов трубного пучка; в высокое аэродинамическое сопротивление теплообменника вследствие малого живого сечения теплообменника с шахматным расположением труб.The known heat generator described in the technical passport "Air heater type VTR-400 execution V-0-1-V. VMZ-400-1 series "VN-11" ”, manufactured by LLC“ Tomir ”, Chelyabinsk in accordance with TU 4864-004-51471244-2015 and containing a housing with a heat exchanger placed inside, which includes a combustion chamber in the form of a cylindrical glass, and the convective part of the heat exchanger located after it in the air, made in one pass through the flue gases and consisting of tubular heat exchange elements with longitudinal fin ribs, distribution and collective collectors, a flue pipe and a burner connection pipe. The disadvantages of this device is that it works mainly not in condensation mode, which reduces its efficiency; increased risk of failure of the combustion chamber due to the occurrence of thermal stresses on its surface due to the alternation of “cold side” zones with intensive airflow with “overheated” zones on the front and rear surfaces where insufficient airflow is observed. The convective part is not optimized: a one-way design entails a decrease in the heat transfer efficiency of the last rows of pipes along the air; uneven air heating from the “hot” and “cold” ends of the tube bundle; high aerodynamic resistance of the heat exchanger due to the small living section of the heat exchanger with a checkerboard arrangement of pipes.

Из патента РФ на изобретение № 2451245, опубликованным 20.05.2012 известен теплообменный модуль, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в корпусе камеру сгорания в виде цилиндрического стакана, теплообменник, поворотную камеру, перегородку, отличающийся тем, что 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.From the patent of the Russian Federation for invention No. 2451245, published on 05.20.2012, a heat exchange module is known comprising a housing with inlet and outlet openings, a combustion chamber in the form of a cylindrical cup, a heat exchanger, a rotary chamber, a partition, characterized in that the rotary chamber is located behind the heat exchanger, located in the housing , the partition is installed transverse to the combustion chamber and the heat exchanger and divides the internal space of the housing to the rotary chamber into two compartments communicating with each other through the rotary chamber.

Преимуществом теплообменного модуля данного типа является возможность работы с высокой степенью нагрева, обусловленная конструктивным решением с организацией двух ходов по нагреваемому воздуху. Недостатками данного устройство является то, что работает оно преимущественно не в конденсационном режиме, что снижает его КПД. Высокое аэродинамическое сопротивление и повышенный расход электроэнергии вентилятора перемещения нагреваемого воздуха, вследствие применения решения с резким разворотом нагреваемого воздуха на 180°. Повышенный риск выхода из строя камеры сгорания вследствие возникновения по её поверхности термических напряжений из-за чередования «холодных боковых» зон с интенсивным обдувом с «перегретыми» зонами по передней и задней поверхностям, где наблюдается недостаточный обдув.The advantage of this type of heat exchange module is the ability to work with a high degree of heating, due to the constructive solution with the organization of two moves through the heated air. The disadvantages of this device is that it works mainly not in condensation mode, which reduces its efficiency. High aerodynamic drag and increased power consumption of the fan moving the heated air, due to the application of the solution with a sharp turn of the heated air through 180 °. Increased risk of failure of the combustion chamber due to the occurrence of thermal stresses on its surface due to the alternation of “cold side” zones with intensive airflow with “overheated” zones on the front and rear surfaces where insufficient airflow is observed.

Из Авторского свидетельства СССР № 896 325, опубликованного 07.01.1982г. 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. К недостаткам аппаратов данного типа относятся малая интенсивность теплопередачи и повышенное сопротивление кольцевого канала для прохода воздуха, связанные с поперечным расположением гофрированной сетчатого турбулизатора.From the USSR Author's Certificate No. 896 325, published on January 7, 1982. Air heaters are known comprising 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. 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 transverse arrangement of the corrugated mesh turbulator.

Из авторского свидетельства СССР, № SU 1545051, опубликованного 23.02.1990г. известен 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. Основными недостатками данной конструкции являются повышенное сопротивление воздушного канала, связанное с установкой в нем поперечно гофрированной сетки, низкая интенсивность теплопередачи, малый КПД и недостаточная защита поверхностей камеры сгорания и кольцевого теплообменника от перегрева. Перфорированная сетка выполняет роль турбулизатора и одновременно радиационного экрана, частично воспринимающего лучистое тепло от стенок дымового канала и передающего его конвекцией воздушному потоку, пронизывающему сетку. При этом размещение сетки перпендикулярно к направлению воздушного потока приводит к неоправданному повышению аэродинамического сопротивления и к повышенному расходу электроэнергии. Кроме того, экранирующие свойства сетки крайне малы, вследствие чего близко расположенные нагретые до высоких температур поверхность камеры сгорания и внутренняя поверхность кольцевого теплообменника интенсивно нагревают друг друга при помощи перекрёстного облучения лучистым теплом, лишь частично ослабляемого сеткой, что может привести к их перегреву и преждевременному выгоранию металла.From the USSR copyright certificate, No. SU 1545051, published on 02.23.1990. A heat generator is known that includes a combustion chamber and annular channels arranged along the axis of the housing 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 grid with corrugations placed transversely to the air flow. The main disadvantages of this design are the increased resistance of the air channel associated with the installation of a transverse corrugated mesh in it, low heat transfer intensity, low efficiency and insufficient protection of the surfaces of the combustion chamber and the ring heat exchanger from overheating. The perforated mesh acts as a turbulator and at the same time as a radiation screen, partially absorbing radiant heat from the walls of the smoke channel and conveying it by convection to the air flow penetrating the mesh. Moreover, the placement of the grid perpendicular to the direction of the air flow leads to an unjustified increase in aerodynamic drag and to increased energy consumption. In addition, the screening properties of the grid are extremely small, as a result of which the closely located surface of the combustion chamber and the inner surface of the ring heat exchanger intensely heat each other by cross-irradiation with radiant heat, only partially weakened by the grid, which can lead to their overheating and premature burnout metal.

Из патента РФ на изобретение № 2386905, опубликованного 20.04.2001 известен воздухонагреватель, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода нагреваемого воздуха, размещенный внутри корпуса трёхходовой трубчатый дымовой канал, выполненный в виде теплообменных труб, снабженных с наружной стороны сетчатыми профилированными экранами и соединенных между собой U-образными калачами с разворотом на 180°, и двухходовой рекуперативный теплообменник, причем дымовой канал, первый и второй ходы рекуперативного теплообменника размещены последовательно вдоль корпуса, имеется штуцер отвода конденсата, верхние распределительные коллектора жестко не связаны между собой, а патрубок горелки, первая по ходу дымовых газов теплообменная труба и примыкающий к ней калач снабжены фланцами. Холодный воздух, поступая через входное отверстие в теплогенератор, нагревается в результате перекрестного хода по рекуперативному теплообменнику и дымовым трубам и покидает теплогенератор через выходное отверстие. Основные преимущества теплогенератора: наличие радиационных экранов из гофрированной сетки вокруг радиационной части теплообменника повышает теплоотдачу к воздушному потоку; противоточное расположение ступеней нагрева теплообменника ходу дымовых газов повышают эффективность теплообмена; возможность замены первого хода дымового канала и первого U-образного калача в случае их прогорания; компактность аппарата по ширине.From the patent of the Russian Federation for invention No. 2386905, published on 04/20/2001, an air heater is known comprising a housing with openings for entering and exiting heated air, placed inside the housing of a three-way tubular smoke channel, made in the form of heat-exchange pipes equipped with profiled mesh screens from the outside and connected between a U-shaped cams with a 180 ° turn, and a two-way recuperative heat exchanger, the smoke channel, the first and second passages of the recuperative heat exchanger placed next no along the housing has condensate discharge nozzle, the upper distribution manifold are not rigidly interconnected, and the burner tube, the first flue gas move heat exchange tube and adjacent thereto are provided with flanges loaf. Cold air entering the heat generator through the inlet is heated as a result of cross-passage through the recuperative heat exchanger and chimneys and leaves the heat generator through the outlet. The main advantages of the heat generator: the presence of radiation screens made of corrugated mesh around the radiation part of the heat exchanger increases the heat transfer to the air flow; countercurrent arrangement of the heat exchanger heating stages to the flue gas path increases the heat exchange efficiency; the ability to replace the first stroke of the smoke channel and the first U-shaped kalach in case of burnout; compactness of the device in width.

Недостатки данного теплогенератора: недостаточная надежности аппарата из-за угрозы прогорания трубы первого хода дымового канала и первого U-образного разворота. Труба первого хода имеет высокий риск прогорания вследствие её высокой теплонапряжённости и локального перегрева металла в результате касания факелом её стенок. Причина в том, что используемые стандартные блочные наддувные горелки имеют достаточно короткий и широкий факел, при том, что для эффективной работы в узкой длинной трёхходовой камере сгорания с разворотами, больше подходит специальная длиннопламенная многостадийная горелка, эксклюзивно выпускаемая в России лишь одним производителем для своих теплогенераторов подобной конструкции. Первый U-образный разворот также имеет высокий риск прогорания – при резком развороте на 180° раскалённое ядро факела прижимается к внешней стенке, которая при этом обдувается совершенно недостаточно. Не высокая экологичность – повышенное образование NOX в результате длительного воздействия высокой температуры при движении дымовых газов по длинной трёхходовой радиационной трубе. Применение металлической сетки для радиационных экранов повышает аэродинамическое сопротивление потоку и приводит к повышенному расходу электроэнергии вентилятором нагреваемого воздуха. Неоправданно велики габариты входного патрубка холодного воздуха по высоте, для равномерного распределения потока по всей высоте теплообменника необходимо распределительное устройство. Большие габариты теплообменника по длине. Сложность изготовления. Необходимость применения во фланцевых соединениях дымового канала жаропрочных метизов и уплотнительных материалов.Disadvantages of this heat generator: insufficient reliability of the apparatus due to the threat of burnt pipe of the first passage of the smoke channel and the first U-shaped turn. The first stroke pipe has a high risk of burnout due to its high heat stress and local overheating of the metal as a result of the torch touching its walls. The reason is that the standard block pressurized burners used have a rather short and wide torch, while for the efficient operation in a narrow long three-way combustion chamber with turns, a special long-flame multi-stage burner is more suitable, exclusively produced in Russia by only one manufacturer for its heat generators similar design. The first U-shaped spread also has a high risk of burnout - with a sharp 180 ° turn, the hot core of the torch is pressed against the outer wall, which is blown completely insufficient. Not high environmental friendliness - increased formation of NO X as a result of prolonged exposure to high temperature during the movement of flue gases along a long three-way radiation pipe. The use of a metal mesh for radiation screens increases the aerodynamic resistance to flow and leads to increased energy consumption by the fan of the heated air. The dimensions of the cold air inlet pipe are unreasonably large in height; a distributor is necessary for uniform distribution of the flow over the entire height of the heat exchanger. Large dimensions of the heat exchanger in length. The complexity of manufacturing. The need to use heat-resistant hardware and sealing materials in flange joints of the smoke channel.

Наиболее близким аналогом является техническое решение раскрытое в патент РФ на изобретение № 2145037, опубликованного 27.01.2000 г., воздухонагреватель, содержащий радиационную и конвективную часть теплообменника, конвективная часть выполнена в виде трубчатки с дымовыми коллекторами, а радиационная часть – в виде трёхходовой трубы с двумя U-образными разворотами, охваченной турбулизатором из гофрированной металлической сетки, причем радиационная часть теплообменника размещена между блоками трубчатой конвективной части. Основным преимуществом теплогенератора данного типа является наличие радиационных экранов – турбулизаторов из гофрированной сетки вокруг радиационной части теплообменника (являющейся камерой сгорания), благодаря которым повышается теплоотдача от нагретых поверхностей.The closest analogue is the technical solution disclosed in the patent of the Russian Federation for invention No. 2145037, published on 01/27/2000, an air heater containing the radiation and convection part of the heat exchanger, the convection part is made in the form of a tube with smoke collectors, and the radiation part is in the form of a three-way pipe with two U-shaped turns, covered by a turbulator of corrugated metal mesh, and the radiation part of the heat exchanger is placed between the blocks of the tubular convective part. The main advantage of this type of heat generator is the presence of radiation screens - turbulators made of corrugated mesh around the radiation part of the heat exchanger (which is a combustion chamber), which increases the heat transfer from heated surfaces.

Основные недостатки данной конструкции: размещение сетки перпендикулярно направлению нагреваемого воздушного потока и большая протяженность конвективного теплообменника с шахматным расположением труб приводят к неоправданному повышению аэродинамического сопротивления и к повышенному расходу электроэнергии вентилятором подачи нагреваемого воздуха. Недостаточно оптимизирована конвективная часть: одноходовое исполнение влечёт за собой снижение эффективности теплообмена последних рядов труб по ходу воздуха; неравномерность нагрева воздуха со стороны «горячего» и «холодного» концов трубного пучка. Это усугубляется неравномерностью распределения нагрева частей потока, прошедших соответственно через радиационную и конвективную части теплообменника, размещенные параллельно в общем объеме, имеющих разное аэродинамического сопротивления. Близко расположенные нагретые до высоких температур поверхности первого и второго ходов радиационной трубы могут перекрёстно перегревать друг друга посредством потока лучистого тепла, лишь частично ослабляемого сеткой, что, способствует преждевременному выгоранию металла. Повышенное образование NOX, в результате длительного воздействия высокой температуры при движении дымовых газов по длинной трёхходовой радиационной трубе.The main disadvantages of this design: the placement of the grid perpendicular to the direction of the heated air stream and the large length of the convective heat exchanger with a checkerboard arrangement of pipes lead to an unjustified increase in aerodynamic drag and to an increased energy consumption by the heated air supply fan. The convective part is not optimized enough: a one-way design entails a decrease in the efficiency of heat transfer of the last rows of pipes along the air; uneven heating of the air from the "hot" and "cold" ends of the tube bundle. This is exacerbated by the uneven distribution of heating of the parts of the stream that respectively passed through the radiation and convective parts of the heat exchanger, placed in parallel in the total volume, having different aerodynamic drags. The closely spaced surfaces of the first and second passages of the radiation pipe heated to high temperatures can cross-overheat each other through a stream of radiant heat, only partially weakened by the grid, which contributes to premature burnout of the metal. Increased NO X formation as a result of prolonged exposure to high temperature during the movement of flue gases along a long three-way radiation pipe.

Технический результат заявленного изобретения состоит в снижении аэродинамического сопротивления теплообменника, уменьшении расхода электроэнергии на перемещение воздуха, повышении теплоэнергетической эффективности, повышении КПД устройства с выведением его в конденсационный режим, повышении экологичности устройства – снижении количества вредных выбросов в дымовых газах, снижении температуры поверхностей и тепловой нагрузки на металл теплообменных элементов, повышении эксплуатационной надёжности и увеличении срока службы устройства, повышении технологичности и экономичности изготовления, уменьшении габаритов и металлоёмкости устройства.The technical result of the claimed invention consists in reducing the aerodynamic resistance of the heat exchanger, reducing the energy consumption for moving air, increasing heat energy efficiency, increasing the efficiency of the device with putting it into condensation mode, increasing the environmental friendliness of the device - reducing the amount of harmful emissions in flue gases, lowering surface temperatures and thermal load on metal of heat-exchange elements, increasing operational reliability and increasing the life of the mouth equipment, improving manufacturability and economy of manufacturing, reducing the size and metal consumption of the device.

Потребность в экономичных аппаратах с высоким КПД достаточно велика и постоянно возрастает при современных требованиях минимизации расхода топлива и электроэнергии.The need for economical devices with high efficiency is quite large and is constantly growing with modern requirements to minimize fuel and electricity consumption.

Краткое описание сущности изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Технический результат достигается за счет принципиально нового конструктивного исполнения устройства для нагрева воздуха, которое содержит корпус с расположенным в нем теплообменником радиационно-конвективного типа и автоматизированную горелку, оснащённую пламенной насадкой. Теплообменник соединен с горелкой и предназначен для осуществления процесса теплообмена и передачи тепла сгорания топлива нагреваемому воздуху, для подачи нагреваемого воздуха через устройство может использоваться вентилятор или иное устройство для перемещения воздуха. Теплообменник включает в себя камеру сгорания обтекаемой формы, конвективную часть, направляющие для потока воздуха. Камера сгорания охвачена с наружной стороны профилированными пластинами с образованием зазора, являющимися направляющими для потока воздуха.The technical result is achieved due to a fundamentally new design of the device for heating air, which comprises a housing with a radiation-convective heat exchanger located in it and an automated burner equipped with a flame nozzle. The heat exchanger is connected to the burner and is designed to carry out the process of heat transfer and heat transfer of fuel combustion to the heated air. A fan or other device for moving air can be used to supply the heated air through the device. The heat exchanger includes a streamlined combustion chamber, a convective part, guides for air flow. The combustion chamber is covered externally by profiled plates with the formation of a gap, which are guides for air flow.

Конвективная часть теплообменника представляет собой многоходовой по дымовым газам теплообменник, каждый ход которого состоит из трубчатых теплообменных элементов одного типа и размера – широких выпукло-вогнутых, широких плоских гофрированных, цилиндрических гофрированных или цилиндрических гладких, вторичных теплообменных элементов, расположенных между широкими трубчатыми теплообменными элементами и с периферийной наружной стороны от них, а также одной или нескольких поворотных камер, совмещенных с распределительными и собирательными коллекторами, коллектора дымовых газов, направляющих обтекателей, вторичных теплообменных пластин, и различных вспомогательных элементов, при этом поворотные камеры и дымовой коллектор снабжены патрубками отвода конденсата.The convective part of the heat exchanger is a multi-pass flue gas heat exchanger, each stroke of which consists of tubular heat exchangers of the same type and size - wide convex-concave, wide flat corrugated, cylindrical corrugated or cylindrical smooth, secondary heat exchange elements located between wide tubular heat exchange elements and from the peripheral outer side of them, as well as one or more of the rotary chambers, combined with distribution and assembly lnymi collector, the flue gas manifold directing fairings, secondary heat transfer plates, and various support elements, wherein the rotary chamber and the flue collector provided with condensate pipes.

Продукты сгорания топлива из автоматизированной горелки поступают последовательно в камеру сгорания, многоходовую конвективную часть теплообменника с поворотными камерами, дымовой коллектор и выбрасываются в дымовой тракт, на всём пути следования нагревая поверхности теплообменника путём конвективной теплопередачи. Часть тепла горения передаётся поверхностям камеры сгорания лучистым путём – преимущественно, от пламенной насадки газовой горелки предварительного смешивания либо от факела наддувной горелки, либо от пламенной насадки инжекционной горелки.The products of fuel combustion from an automated burner enter sequentially into the combustion chamber, the multi-pass convective part of the heat exchanger with rotary chambers, the smoke collector and are emitted into the smoke path, heating the surface of the heat exchanger by convective heat transfer throughout the route. Part of the heat of combustion is transferred to the surfaces of the combustion chamber in a radiant way - mainly from the flame nozzle of the gas pre-mix burner or from the torch of the charge burner, or from the flame nozzle of the injection burner.

Тепло, полученное теплообменником, частично передаётся нагреваемому воздуху конвективным путём непосредственно от его нагретых поверхностей, а частично - переизлучается на расположенным рядом с ними вторичные теплообменные элементы - профилированные направляющие пластины вокруг камеры сгорания и вторичные теплообменные пластины между теплообменными элементами теплообменника, и уже от них, также конвективным путём, передаётся нагреваемому воздуху.The heat received by the heat exchanger is partially transferred to the heated air convectively directly from its heated surfaces, and partially is re-emitted to the secondary heat exchange elements located next to them - profiled guide plates around the combustion chamber and secondary heat exchange plates between the heat exchanger elements of the heat exchanger, and already from them, also convectively transmitted to heated air.

Проходя через устройство, воздух нагревается в результате конвективной теплопередачи от нагретых поверхностей теплообменника и вторичных теплообменных поверхностей.Passing through the device, the air is heated as a result of convective heat transfer from the heated surfaces of the heat exchanger and secondary heat transfer surfaces.

Для прокачивания нагреваемого воздуха или сушащего агента через устройство может использоваться вентилятор или иное устройство для перемещения воздуха. Устройство также может использоваться в качестве подогревателя как часть приточной или приточно-вытяжной системы.A fan or other device for moving air may be used to pump heated air or a drying agent through the device. The device can also be used as a heater as part of the supply or exhaust system.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1. Общий вид устройства для нагрева воздуха;FIG. 1. General view of the device for heating air;

Фиг. 2. Общий вид первого варианта исполнения камеры сгорания устройства (линза в сечении) для нагрева воздуха в сборе с пламенной насадкой (вид в изометрии);FIG. 2. General view of the first embodiment of the combustion chamber of the device (lens in cross section) for heating the air assembly with a flame nozzle (isometric view);

Фиг. 3. Общий вид второго варианта исполнения камеры сгорания устройства (заострённая капля в сечении) для нагрева воздуха в сборе с пламенной насадкой (вид в изометрии);FIG. 3. General view of the second embodiment of the combustion chamber of the device (pointed drop in cross section) for heating the air assembly with a flame nozzle (isometric view);

Фиг. 4. Общий вид третьего варианта камеры сгорания устройства (заострённая капля в сечении, многогранный вариант) для нагрева воздуха в сборе с пламенной насадкой (вид в изометрии);FIG. 4. General view of the third variant of the combustion chamber of the device (a pointed drop in cross section, a multifaceted version) for heating the air assembly with a flame nozzle (isometric view);

Фиг. 5. Вид сверху первого варианта исполнения камеры сгорания устройства (плоские торцевые стенки) для нагрева воздуха;FIG. 5. Top view of the first embodiment of the combustion chamber of the device (flat end walls) for heating air;

Фиг. 6. Вид сверху второго варианта исполнения камеры сгорания устройства (выпуклые торцевые стенки по радиусу) для нагрева воздуха;FIG. 6. Top view of the second embodiment of the combustion chamber of the device (convex end walls along the radius) for heating the air;

Фиг. 7. Вид сверху третьего варианта исполнения камеры сгорания устройства (выпуклая и выпукло-вогнутая торцевые стенки) для нагрева воздуха; FIG. 7. Top view of the third embodiment of the combustion chamber of the device (convex and convex-concave end walls) for heating air;

Фиг. 8. Общий вид первого варианта исполнения камеры сгорания (линза в сечении) с направляющими пластинами обтекания устройства для нагрева воздуха (вид в изометрии);FIG. 8. General view of the first embodiment of the combustion chamber (lens in cross section) with the guide plates of the flow around the device for heating air (isometric view);

Фиг. 9. Общий вид второго варианта исполнения камеры сгорания (заострённая капля в сечении) с направляющими пластинами обтекания устройства для нагрева воздуха (вид в изометрии);FIG. 9. General view of the second embodiment of the combustion chamber (pointed drop in cross section) with the guide plates of the flow around the device for heating air (isometric view);

Фиг. 10. Общий вид третьего варианта исполнения камеры сгорания (заострённая капля в сечении, многогранный вариант) с направляющими пластинами обтекания устройства для нагрева воздуха (вид в изометрии);FIG. 10. General view of the third embodiment of the combustion chamber (pointed drop in cross-section, multifaceted version) with guide plates for the flow around the device for heating air (isometric view);

Фиг. 11. Общий вид пакета широких трубчатых выпукло-вогнутых теплообменных элементов конвективной части теплообменника (вид в изометрии);FIG. 11. General view of the package of wide tubular convex-concave heat-exchange elements of the convective part of the heat exchanger (isometric view);

Фиг. 12. Общий вид выпукло-вогнутых теплообменных элементов с цилиндрической образующей с параметрическими размерами (поперечный разрез);FIG. 12. General view of convex-concave heat-exchange elements with a cylindrical generatrix with parametric dimensions (cross section);

Фиг. 13. Общий вид выпукло-вогнутых теплообменных элементов с образующей в форме трёхгранного эквивалента цилиндрической образующей с параметрическими размерами (поперечный разрез);FIG. 13. General view of convex-concave heat-exchange elements with a generatrix in the form of a trihedral equivalent of a cylindrical generatrix with parametric dimensions (cross section);

Фиг. 14. Общий вид выпукло-вогнутых теплообменных элементов, с показанными продольными разделительными рёбрами и турбулизаторами (Вид сверху, верхняя образующая снята);FIG. 14. General view of convex-concave heat-exchange elements, with longitudinal dividing ribs and turbulators shown (Top view, upper generatrix removed);

Фиг. 15. Выпукло-вогнутый теплообменный элемент с цилиндрической образующей (поперечный разрез, с показанными продольными разделительными рёбрами и турбулизаторами);FIG. 15. Convex-concave heat-exchange element with a cylindrical generatrix (cross section, with longitudinal dividing ribs and turbulators shown);

Фиг. 16. Выпукло-вогнутый теплообменный элемент с образующей в форме трёхгранного эквивалента цилиндрической образующей (поперечный разрез, с показанными продольными разделительными рёбрами и турбулизаторами);FIG. 16. A convex-concave heat-exchange element with a generatrix in the form of a trihedral equivalent of a cylindrical generatrix (cross section, with longitudinal dividing ribs and turbulators shown);

Фиг. 17. Продольный разрез выпукло-вогнутых теплообменных элементов, с показанными продольными разделительными рёбрами и турбулизаторами;FIG. 17. A longitudinal section of convex-concave heat-exchange elements, with the longitudinal dividing ribs and turbulators shown;

Фиг. 18. Продольный разрез первого (пластинчатого) варианта исполнения теплообменника устройства для нагрева воздуха с выпукло-вогнутыми теплообменными элементами;FIG. 18. A longitudinal section of the first (plate) embodiment of a heat exchanger of a device for heating air with convex-concave heat exchange elements;

Фиг. 19. Продольный разрез второго (пластинчатого) варианта исполнения теплообменника устройства для нагрева воздуха с выпукло-вогнутыми теплообменными элементами;FIG. 19. A longitudinal section of a second (plate) embodiment of a heat exchanger of a device for heating air with convex-concave heat exchange elements;

Фиг. 20. Общий вид пакета широких плоских гофрированных теплообменных элементов конвективной части теплообменника (вид в изометрии).FIG. 20. General view of the package of wide flat corrugated heat-exchange elements of the convective part of the heat exchanger (isometric view).

Фиг. 21. Общий вид плоских гофрированных теплообменных элементов (вид в изометрии);FIG. 21. General view of the flat corrugated heat-exchange elements (isometric view);

Фиг. 22. Плоский гофрированный теплообменный элемент (вид сверху);FIG. 22. Flat corrugated heat exchange element (top view);

Фиг. 23. Поперечный разрез первого варианта исполнения плоских гофрированных теплообменных элементов, с размерами;FIG. 23. Cross section of the first embodiment of a flat corrugated heat exchange elements, with dimensions;

Фиг. 24. Общий вид (вид в изометрии) и поперечный разрез второго варианта исполнения плоских гофрированных теплообменных элементов;FIG. 24. General view (isometric view) and cross section of the second embodiment of flat corrugated heat-exchange elements;

Фиг. 25. Общий вид и местное сечение варианта исполнения пакета теплообменных элементов конвективной части теплообменника устройства на основе цилиндрических гофрированных тонкостенных труб (вид в изометрии);FIG. 25. General view and local section of an embodiment of a package of heat exchange elements of the convective part of a heat exchanger device based on cylindrical corrugated thin-walled pipes (isometric view);

Фиг. 26. Общий вид варианта исполнения пакета теплообменных элементов конвективной части теплообменника устройства на основе цилиндрических гладких труб (вид в изометрии);FIG. 26. General view of an embodiment of a package of heat exchange elements of the convective part of the heat exchanger of a device based on cylindrical smooth pipes (isometric view);

Фиг. 27. Поперечный разрез третьего (комбинированного) варианта исполнения теплообменника устройства для нагрева воздуха;FIG. 27. Cross section of the third (combined) embodiment of a heat exchanger of a device for heating air;

Фиг. 28. Поперечный разрез четвертого (трубчатого) варианта исполнения теплообменника устройства для нагрева воздуха;FIG. 28. Cross section of the fourth (tubular) embodiment of a heat exchanger of a device for heating air;

Детальное описание сущности изобретения:Detailed description of the invention:

Заявленное устройство для нагрева воздуха (фиг. 1) содержит корпус (1) с расположенным в нем теплообменником радиационно-конвективного типа и автоматизированную горелку, оснащённую пламенной насадкой (3), теплообменник соединен с горелкой и предназначен для осуществления процесса теплообмена и передачи тепла сгорания топлива нагреваемому воздуху и включает в себя камеру сгорания (2), направляющие пластины обтекания вокруг камеры сгорания (4), полые трубчатые широкие выпукло-вогнутые теплообменные элементы (5) или трубчатые широкие плоские гофрированные теплообменные элементы (6), вторичные теплообменных пластины (7), расположенных между теплообменными элементами (5 или 6), элементы обтекания (16).The claimed device for heating air (Fig. 1) contains a housing (1) with a radiation-convection type heat exchanger located in it and an automated burner equipped with a flame nozzle (3), the heat exchanger is connected to the burner and is designed to carry out the process of heat exchange and heat transfer of fuel combustion heated air and includes a combustion chamber (2), flow guide plates around the combustion chamber (4), hollow tubular wide convex-concave heat exchange elements (5) or tubular wide flat corrugated heat exchange elements (6), secondary heat exchange plates (7) located between the heat exchange elements (5 or 6), flow elements (16).

Для прокачивания нагреваемого воздуха или сушащего агента через устройство может использоваться вентилятор, вентагрегат, тягодутьевая машина, компрессор или иное устройство для перемещения воздуха путём его нагнетания либо путём создания депрессии. Также для перемещения воздуха могут быть использованы эффекты, основанные на физических принципах – сила тяги, ветер и т.п. Устройство также может использоваться совместно с иными внешними устройствами для перемещения воздуха, в качестве подогревателя как часть приточной или приточно-вытяжной системы, в качестве печи или совместно с другими системами или устройствами.To pump heated air or a drying agent through the device, a fan, a fan unit, a blower, a compressor or other device for moving air by pumping it or by creating depression can be used. Also, effects based on physical principles — traction, wind, etc., can be used to move air. The device can also be used in conjunction with other external devices for moving air, as a heater as part of a supply or supply and exhaust system, as a furnace, or in conjunction with other systems or devices.

Камера сгорания (2) имеет обтекаемую форму и образована двумя цилиндрическими поверхностями из тонкого листового металла, её форма в продольном сечении имеет вид двояковыпуклой линзы – фигуры, образованной пересечением двух кругов с одинаковым радиусом, как показано на рисунке (фиг. 2), при этом оси обеих цилиндрических поверхностей камеры сгорания располагаются параллельно друг другу и геометрической оси камеры сгорания, и при этом перпендикулярно набегающему потоку нагреваемого воздуха (28).The combustion chamber (2) has a streamlined shape and is formed by two cylindrical surfaces of thin sheet metal, its shape in longitudinal section has the form of a biconvex lens - a figure formed by the intersection of two circles with the same radius, as shown in the figure (Fig. 2), while the axes of both cylindrical surfaces of the combustion chamber are parallel to each other and to the geometric axis of the combustion chamber, and at the same time perpendicular to the incoming flow of heated air (28).

В другом варианте исполнения устройства продольное сечение камеры сгорания (2) может быть выполнено в форме капли, либо заострённой капли, при этом, каждая выпуклая образующая поверхность камеры может быть сформирована, используя несколько образующих радиусов (фиг. 3), либо как их многогранный эквивалент (фиг. 4).In another embodiment of the device, the longitudinal section of the combustion chamber (2) can be in the form of a drop or a pointed drop, while each convex forming surface of the chamber can be formed using several generating radii (Fig. 3), or as their multifaceted equivalent (Fig. 4).

При этом во всех вариантах исполнения, отношение высоты камеры сгорания - H (10) к её длине – L (11) может составлять от 0,3 до 0,8.Moreover, in all versions, the ratio of the height of the combustion chamber - H (10) to its length - L (11) can be from 0.3 to 0.8.

Такая форма камеры сгорания, в отличие от формы в виде цилиндрического стакана, применяемой в подавляющем большинстве известных в настоящее время теплогенераторов, позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление теплообменника и, таким образом, существенно снизить расход электроэнергии вентилятором воздухонагревателя.This shape of the combustion chamber, in contrast to the shape in the form of a cylindrical glass used in the vast majority of currently known heat generators, can significantly reduce the aerodynamic resistance of the heat exchanger and, thus, significantly reduce the energy consumption of the heater fan.

Торцевые поверхности камеры сгорания 2 изготавливаются из тонкого листового металла. При этом, они могут быть выполнены плоскими – параллельно друг другу и направлению потока (фиг. 5), либо выпуклыми – по радиусу, как фрагмент сегмента цилиндра (см. фиг. 6), либо иметь сложную выпукло-вогнутую форму (фиг. 7), либо их многогранный эквивалент (на чертеже не показано).The end surfaces of the combustion chamber 2 are made of thin sheet metal. Moreover, they can be made flat - parallel to each other and the flow direction (Fig. 5), or convex - along the radius, as a fragment of a cylinder segment (see Fig. 6), or have a complex convex-concave shape (Fig. 7 ), or their multifaceted equivalent (not shown in the drawing).

В устройстве преимущественно применяются газовые горелки предварительного смешивания, с пламенной насадкой цилиндрической формы, расположенной внутри камеры сгорания.The device mainly uses gas pre-mixing burners, with a flame nozzle of cylindrical shape located inside the combustion chamber.

Также пламенная насадка горелки предварительного смешивания может иметь в сечении форму линзы, прямоугольник, прямоугольник с одной выпуклой стороной в виде сегмента круга или с его многогранным эквивалентом, а также эллипс, овал, или их многогранный эквивалент.Also, the flame nozzle of the premix burner can be in the form of a lens, rectangle, rectangle with one convex side in the form of a segment of a circle or with its multifaceted equivalent, as well as an ellipse, oval, or their multifaceted equivalent.

При использовании горелки предварительного смешивания, на поверхности пламенной насадки происходит процесс поверхностного горения, с высокой долей излучения тепла в инфракрасном диапазоне, при этом до 65% тепла сгорания может передаваться поверхностям камеры сгорания лучистым способом.When using a pre-mixing burner, a surface combustion process occurs on the surface of the flame head, with a high proportion of heat radiation in the infrared range, with up to 65% of the heat of combustion can be transferred to the surfaces of the combustion chamber in a radiant manner.

Кроме того, применение газовой горелки предварительного смешивания с пламенной насадкой позволяет значительно повысить показатели экологичности работы устройства – значительное снижение количества вредных выбросов СО и NOx в дымовых газах, а также добиться более равномерного распределения термической нагрузки на металл камеры сгорания, что позволяет повысить надёжность работы теплообменника, уменьшить габариты камеры сгорания и оптимизировать конструкцию теплообменника.In addition, the use of a gas pre-mixing burner with a flame nozzle can significantly increase the environmental performance of the device - a significant reduction in the amount of harmful emissions of CO and NOx in flue gases, as well as achieve a more uniform distribution of the thermal load on the metal of the combustion chamber, which improves the reliability of the heat exchanger , reduce the size of the combustion chamber and optimize the design of the heat exchanger.

Также в других вариантах исполнения могут быть использованы другие варианты горелок: газовая горелка инжекционного типа либо наддувная факельная горелка, работающая на газе, в том числе на пиролизном газе и биогазе, а также на жидком топливе.Also, in other embodiments, other burner options can be used: an injection-type gas burner or a gas-fired torch burner, including pyrolysis gas and biogas, as well as liquid fuel.

При этом ось пламенной насадки горелки предварительного смешивания (или ось факела наддувной горелки факельного типа) расположенной внутри камеры сгорания, причём ось пламенной насадки горелки совпадает с геометрической осью камеры сгорания, либо расположена параллельно ей и может иметь смещение S1 (12) и S2 (13) Смещение S1 может составлять от 0 до 20% от размера H, смещение S2 может составлять от 0 до 25% от размера L (фиг.2, фиг. 3 и фиг.4).In this case, the axis of the flame nozzle of the preliminary mixing burner (or the torch axis of the supercharger torch of the torch type) located inside the combustion chamber, the axis of the flame nozzle of the burner coinciding with the geometric axis of the combustion chamber or parallel to it and may have an offset S1 (12) and S2 (13 ) Offset S1 can be from 0 to 20% of size H, offset S2 can be from 0 to 25% of size L (FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4).

Камера сгорания (2) с наружной стороны охвачена профилированными направляющими пластинами (4) из тонкого листового металла, своей формой повторяющими профиль формы камеры сгорания, с образованием зазора от 30 до 70 мм между ними и камерой сгорания, при этом, величина зазора между поверхностью камеры сгорания и охватывающими её профилированными направляющими пластинами по продольному профилю может быть не постоянной, образуя плавно сужающийся или плавно расширяющийся клиновидный зазор (фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10). Данные пластины выполняют функцию направления и прижатия потока нагреваемого воздуха (28) к нагретым поверхностям камеры сгорания для улучшения обтекания, а также функцию вторичных теплообменных элементов, получающих тепло от нагретых поверхностей лучистым способом и передающих его нагреваемому воздуху конвективным способом, и функцию экранов, защищающих близко расположенные нагретые поверхности от перегрева за счёт перекрёстного облучения лучистым теплом.The combustion chamber (2) is externally covered by profiled guide plates (4) made of thin sheet metal, repeating in their shape the profile of the shape of the combustion chamber, with a gap of 30 to 70 mm between them and the combustion chamber, while the gap between the surface of the chamber the combustion and the profiled guide plates surrounding it along the longitudinal profile may not be constant, forming a smoothly tapering or smoothly expanding wedge-shaped gap (Fig. 8, Fig. 9 and Fig. 10). These plates perform the function of directing and pressing the flow of heated air (28) to the heated surfaces of the combustion chamber to improve flow, as well as the function of secondary heat exchange elements that receive heat from heated surfaces in a radiant manner and transmit it to the heated air in a convective way, and the function of screens protecting close located heated surfaces from overheating due to cross-irradiation with radiant heat.

Со стороны входа потока нагреваемого воздуха (28), края направляющих пластин (4) отогнуты, образуя воздухозаборное устройство с углом раскрытия α (альфа) (14), которое позволяет увеличивать объём потока воздуха, омывающего поверхности камеры сгорания. Таким же образом может быть отогнуты края листа металла на выходе воздуха. При этом, угол раскрытия α (альфа) (14) на входе и угол β (бета) (15) на выходе могут составлять от 0° до 90°.From the inlet side of the heated air stream (28), the edges of the guide plates (4) are bent, forming an air intake device with an opening angle α (alpha) (14), which allows you to increase the volume of air flow washing the surface of the combustion chamber. In the same way, the edges of the sheet of metal at the air outlet can be bent. Moreover, the opening angle α (alpha) (14) at the entrance and the angle β (beta) (15) at the exit can be from 0 ° to 90 °.

Применение таких направляющих пластин, в совокупности с обтекаемой формой камеры сгорания, позволило значительно улучшить её обтекание воздушным потоком, в частности, нормализовать поток нагреваемого воздуха, обеспечить более равномерный теплосъём, устранить вихри и места отрыва потока от её поверхностей, устранить зоны с недостаточным обдувом, устранить локальные зоны перегрева. Кроме того, усиление потока нагреваемого воздуха вдоль поверхностей камеры сгорания позволило повысить интенсивность конвективной теплопередачи и значительно понизить температуру металла камеры. И таким образом, удалось снизить тепловую нагрузку на металл и понизить требования к его качеству и толщине, повысить эксплуатационную надёжность и обеспечить увеличение ресурса устройства.The use of such guide plates, in combination with the streamlined shape of the combustion chamber, made it possible to significantly improve its flow around the air stream, in particular, normalize the flow of heated air, provide more uniform heat removal, eliminate vortices and places where the stream is separated from its surfaces, and eliminate areas with insufficient airflow, eliminate local overheating zones. In addition, an increase in the flow of heated air along the surfaces of the combustion chamber made it possible to increase the intensity of convective heat transfer and significantly lower the temperature of the chamber metal. And thus, it was possible to reduce the thermal load on the metal and lower the requirements for its quality and thickness, increase operational reliability and provide an increase in the resource of the device.

Увеличение доли теплопередачи стенкам камеры сгорания лучистым способом, в совокупности с повышением интенсивности теплосъёма с её поверхностей и участие в теплообмене вторичных теплообменных поверхностей привело к значительному увеличению доли тепла, снимаемого с камеры сгорания, в объёме всего тепла, снимаемого с теплообменника. Это делает камеру сгорания полноценной первой ступенью теплообменника устройства и позволяет уменьшить количество и площадь теплообменных элементов конвективной части теплообменника, уменьшить габариты и металлоёмкость устройства.An increase in the share of heat transfer to the walls of the combustion chamber by the radiant method, together with an increase in the intensity of heat removal from its surfaces and participation in the heat exchange of secondary heat exchange surfaces, led to a significant increase in the share of heat removed from the combustion chamber in the volume of all heat removed from the heat exchanger. This makes the combustion chamber a complete first stage of the heat exchanger of the device and allows you to reduce the number and area of heat exchange elements of the convective part of the heat exchanger, to reduce the size and metal consumption of the device.

Конструкцией предлагаемого устройства решена проблема плохого обтекания воздушным потоком камеры сгорания, выполненной в виде цилиндрического стакана, используемой в большинстве производящихся в настоящее время воздухонагревателей. Вследствие возникновения по её поверхности термических напряжений из-за чередования «холодных боковых» зон с интенсивным обдувом с «перегретыми» зонами по передней и задней поверхностям, где наблюдается недостаточный обдув, возникает повышенный риск прогорания и выхода из строя камеры сгорания.The design of the proposed device solved the problem of poor air flow around the combustion chamber, made in the form of a cylindrical glass, used in most currently produced air heaters. Due to the occurrence of thermal stresses on its surface due to the alternation of “cold side” zones with intensive airflow and “overheated” zones on the front and rear surfaces where insufficient airflow is observed, there is an increased risk of burnout and failure of the combustion chamber.

Конвективная часть теплообменника заявляемого устройства представляет собой многоходовой по дымовым газам теплообменник, каждый из ходов которого, полностью или частично, состоит из располагаемых преимущественно с двух сторон от камеры сгорания широких трубчатых выпукло-вогнутых теплообменных элементов (5) и расположенных между ними и с периферийной наружной стороны от них вторичных теплообменных пластин (7) (фиг. 11), а также одной или нескольких поворотных камер, совмещенных с распределительными и собирательными коллекторами, коллектора дымовых газов, направляющих обтекателей, и различных вспомогательных элементов (фиг. 18, фиг.19).The convective part of the heat exchanger of the claimed device is a multi-pass flue gas heat exchanger, each of which moves, in whole or in part, consists of wide tubular convex-concave heat-exchange elements (5) located mainly on both sides of the combustion chamber and located between them and with the peripheral outer the sides of them of the secondary heat exchange plates (7) (Fig. 11), as well as one or more of the rotary chambers combined with distribution and collective collectors, collectors ora of flue gases, guides fairings, and various auxiliary elements (Fig. 18, Fig.19).

Теплообменные элементы и вторичные теплообменные пластины располагаются пакетами, перпендикулярно набегающему потоку нагреваемого воздуха (28) и параллельно друг другу.The heat exchange elements and the secondary heat exchange plates are arranged in packets perpendicular to the incoming flow of heated air (28) and parallel to each other.

Конвективная часть теплообменника может быть исполнена в один ход либо в несколько ходов по дымовым газам – от 2 до 6, для чего теплообменник оснащается поворотными камерами, которые конструктивно совмещаются с коллекторами.The convective part of the heat exchanger can be executed in one stroke or in several strokes for flue gases - from 2 to 6, for which the heat exchanger is equipped with rotary chambers, which are structurally combined with the collectors.

Каждый ход конвективной части теплообменника по дымовым газам составляется из теплообменных элементов одного размера, при этом теплообменные элементы разных ходов могут отличаться по размеру и количеству.Each stroke of the convective part of the flue gas heat exchanger is composed of heat exchange elements of the same size, while the heat exchange elements of different moves can vary in size and quantity.

На входе каждого такого радиационно-конвективного пакета из теплообменных элементов выполнен раздающий коллектор, на выходе – собирающий коллектор.A distributing collector is made at the input of each such radiation-convection package of heat-exchange elements, and a collecting collector is made at the output.

Для отвода конденсата, образующегося в теплообменных элементах конвективной части теплообменника, дымовой коллектор и поворотные камеры теплообменника устройства оборудуются соответствующими патрубками.To drain the condensate formed in the heat exchange elements of the convective part of the heat exchanger, the smoke collector and the rotary chambers of the heat exchanger of the device are equipped with appropriate pipes.

Трубчатые выпукло-вогнутые теплообменные элементы изготавливаются из тонкого листового металла, из двух частей, с продольными плавниковыми рёбрами с обеих сторон, с возможностью соединения половин посредством сварки по рёбрам и имеют в поперечном сечении выпукло-вогнутую форму, подобно форме банана или бумеранга (фиг. 12). При этом, выпуклая и вогнутая образующие части теплообменных пластинчатых элементов могут быть сформированы по радиусу, как элементы цилиндра (фиг. 12), либо сформированы по нескольким радиусам, либо как их многогранный эквивалент. На фиг. 13 показан выпукло-вогнутый теплообменный элемент с поверхностями, выполненными в виде трёхгранного эквивалента цилиндрической образующей.The tubular convex-concave heat-exchange elements are made of thin sheet metal, in two parts, with longitudinal fin ribs on both sides, with the possibility of joining the halves by welding on ribs and have a convex-concave cross-sectional shape, similar to the shape of a banana or boomerang (Fig. 12). In this case, the convex and concave forming parts of the heat exchange plate elements can be formed along the radius, like cylinder elements (Fig. 12), or formed along several radii, or as their multifaceted equivalent. In FIG. 13 shows a convex-concave heat-exchange element with surfaces made in the form of a trihedral equivalent to a cylindrical generatrix.

При этом размер h (17) между наружными поверхностями выпуклой и вогнутой образующих теплообменных элементов может составлять от 5 до 50 мм, а длина образующей поверхности L (18) больше размера h в 5..50 раз.In this case, the size h (17) between the outer surfaces of the convex and concave generating heat exchange elements can be from 5 to 50 mm, and the length of the generating surface L (18) is 5..50 times longer than the size h.

Такая форма позволяет значительно улучшить обтекание теплообменных элементов, избежать отрыва потока нагреваемого воздуха, что, в свою очередь, позволяет снизить и нормализовать тепловую нагрузку на металл и, таким образом, увеличить срок службы и снизить металлоёмкость теплообменника.This form allows you to significantly improve the flow around the heat exchange elements, to avoid separation of the flow of heated air, which, in turn, allows you to reduce and normalize the heat load on the metal and, thus, increase the service life and reduce the heat exchanger metal consumption.

Внутри выпукло-вогнутых теплообменных элементов установлены продольные разделительные рёбра (19) с закреплёнными на них турбулизаторами (20) (фиг. 14, фиг. 15, фиг. 16, фиг. 17). Рёбра и турбулизаторы изготавливаются из тонкого листового металла. Применение разделительных рёбер противодействует схлопыванию образующих пластин (21) теплообменных элементов под воздействием высокого избыточного давления снаружи теплообменника, а совместно с турбулизаторами, также помогает равномерному распределению потока дымовых газов по ширине теплообменных элементов. Турбулизаторы предназначены для разрушения ламинарного пограничного слоя внутри теплообменных элементов с целью повышения интенсивности теплообмена между дымовыми газами и поверхностями теплообмена, повышая теплоэнергетическую эффективность работы устройства.Inside the convex-concave heat-exchange elements, longitudinal dividing ribs (19) are installed with turbulators (20) fixed on them (Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16, Fig. 17). Ribs and turbulators are made of thin sheet metal. The use of dividing ribs prevents the collapse of the forming plates (21) of the heat exchange elements under the influence of high excess pressure outside the heat exchanger, and together with turbulators, also helps to evenly distribute the flue gas flow along the width of the heat exchange elements. The turbulators are designed to destroy the laminar boundary layer inside the heat exchange elements in order to increase the intensity of heat exchange between flue gases and heat exchange surfaces, increasing the energy efficiency of the device.

Цилиндрическая форма или её многогранный эквивалент обеих образующих поверхностей задаёт направление деформации, не происходит какое-либо коробление поверхностей теплообменных элементов даже при серьёзных знакопеременных термических деформациях при изменении режимов работы устройства. В частности, при изменении температуры проходящих горячих продуктов сгорания, в результате термического расширения происходит синхронное изменение радиусов обеих образующих поверхностей и размера L (18), не приводя при этом к заметному изменению расстояния h (17) между ними и искажению формы элемента (фиг. 12 и фиг. 13).The cylindrical shape or its multifaceted equivalent of both forming surfaces sets the direction of deformation, there is no warping of the surfaces of heat-exchange elements even with serious alternating thermal deformations when the device operating modes change. In particular, when the temperature of the passing hot combustion products changes, as a result of thermal expansion, a simultaneous change in the radii of both forming surfaces and size L (18) occurs, without leading to a noticeable change in the distance h (17) between them and distortion of the shape of the element (Fig. 12 and Fig. 13).

Использование широких теплообменных элементов выпукло-вогнутой формы с параллельным их расположением в пакетах позволяет существенно снизить аэродинамическое сопротивление теплообменника и расход электроэнергии вентилятором воздухонагревателя, по сравнению с большинством производящихся в настоящее время теплогенераторов, конвективная часть которых формируется на основе теплообменных элементов в виде трубных пучков с шахматным расположением. При этом, важной отличительной особенностью устройства с выпукло-вогнутыми теплообменными элементами является возможность наращивания площади теплообмена за счёт увеличения ширины его теплообменных поверхностей без увеличения лобового сопротивления, что даёт возможность уменьшить габаритные размеры и материалоёмкость теплообменника устройства.The use of wide convex-concave shaped heat exchange elements with their parallel arrangement in packages allows to significantly reduce the aerodynamic resistance of the heat exchanger and the energy consumption by the air heater fan, in comparison with most heat generators currently being produced, the convective part of which is formed on the basis of heat exchange elements in the form of staggered tube bundles location. At the same time, an important distinguishing feature of a device with convex-concave heat exchange elements is the possibility of increasing the heat transfer area by increasing the width of its heat exchange surfaces without increasing drag, which makes it possible to reduce the overall dimensions and material consumption of the device heat exchanger.

Изготовление теплообменных элементов конвективной части теплообменника из тонкого листового металла экономически значительно более выгодно, чем использование проката в виде цилиндрических тонкостенных труб, применяемых в подавляющем большинстве производящихся в настоящее время теплогенераторов, хотя и имеет несколько большую трудоёмкость изготовления.The manufacture of heat transfer elements of the convective part of a thin sheet metal heat exchanger is economically much more profitable than the use of rolled steel in the form of cylindrical thin-walled pipes used in the vast majority of heat generators currently produced, although it has a slightly greater laboriousness of manufacturing.

Вторичные теплообменные пластины (7) изготавливаются из тонкого листового металла и спрофилированы, повторяя форму профиля образующей поверхности теплообменных элементов (5). Данные пластины выполняют функцию направления и прижатия потока нагреваемого воздуха к вогнутым поверхностям теплообменных элементов (21) для улучшения обтекания и устранения отрыва потока, а также функцию вторичных теплообменных поверхностей, получающих тепло от нагретых теплообменных поверхностей (21) лучистым способом и передающих его нагреваемому воздуху конвективным способом, и функцию экранирования поверхностей теплообменных элементов (21) от взаимного перекрёстного облучения теплом от нагретых поверхностей друг друга и камеры сгорания (2), что позволяет избежать локального перегрева металла, что особенно это важно для теплообменных элементов первого хода по дымовым газам (фиг. 19).Secondary heat transfer plates (7) are made of thin sheet metal and profiled, repeating the profile shape of the generatrix surface of the heat transfer elements (5). These plates perform the function of directing and pressing the heated air flow to the concave surfaces of the heat exchange elements (21) to improve the flow around and eliminate flow separation, as well as the function of the secondary heat exchange surfaces that receive heat from the heated heat exchange surfaces (21) in a radiant manner and transmit it to the heated air by convective method, and the function of shielding the surfaces of the heat exchange elements (21) from mutual cross-irradiation of heat from the heated surfaces of each other and the chamber Goran (2), thereby avoiding local overheating of the metal, which is especially important for the heat transfer elements of the first stroke of the flue gases (FIG. 19).

Применение вторичных теплообменных пластин позволило устранить застойные зоны и зоны с недостаточным обдувом, обеспечить равномерный теплосъём с нагретых поверхностей, понизить температуру металла теплообменных поверхностей и избежать локального перегрева металла, что позволило снизить тепловую нагрузку на металл, понизить требования к толщине и жаростойкости металла теплообменника и повысить ресурс устройства. Кроме того, применение данного решения обеспечивает повышение эффективности работы теплообменника устройства в целом, даёт возможность снижения металлоёмкости теплообменника.The use of secondary heat transfer plates made it possible to eliminate stagnant zones and zones with insufficient airflow, ensure uniform heat removal from heated surfaces, lower the temperature of metal on heat exchange surfaces and avoid local overheating of the metal, which made it possible to reduce the heat load on the metal, lower the requirements for thickness and heat resistance of the metal of the heat exchanger, and increase device resource. In addition, the application of this solution provides an increase in the efficiency of the heat exchanger of the device as a whole, makes it possible to reduce the metal consumption of the heat exchanger.

Выпукло-вогнутые теплообменные элементы (5) и вторичные теплообменные пластины (7) располагаются в теплообменнике устройства рядами друг над другом вокруг камеры сгорания (2) вдоль линий, эквидистантных поверхностям камеры сгорания и параллельно друг другу, при этом все элементы располагаются своей вогнутой стороной к выпуклой части камеры сгорания (фиг. 18).Convex-concave heat-exchange elements (5) and secondary heat-exchange plates (7) are arranged in rows in the heat exchanger of the device around each other around the combustion chamber (2) along lines that are equidistant to the surfaces of the combustion chamber and parallel to each other, while all elements are located with their concave side to convex part of the combustion chamber (Fig. 18).

При этом в корпусе (1) устанавливаются элементы обтекания (16), спрофилированные таким образом, чтобы обеспечить одинаковое живое сечение теплообменника устройства и равенство скоростей при его обтекании.At the same time, flow elements (16) are installed in the housing (1), profiled in such a way as to ensure the same living cross section of the device heat exchanger and the equality of velocities during its flow.

Такое компоновочное решение обеспечивает наиболее компактное размещение всех элементов теплообменника в минимальном объёме, обеспечить минимальные габариты, снизить металлоёмкость и стоимость устройства, при минимальном аэродинамическом сопротивлении теплообменника.This layout solution provides the most compact placement of all elements of the heat exchanger in a minimum volume, to ensure minimum dimensions, reduce metal consumption and device cost, with minimal aerodynamic resistance of the heat exchanger.

Для снижения термической нагрузки на корпус устройства между нагретыми поверхностями теплообменника и поверхностями корпуса устанавливаются дополнительные отражающие экраны из тонкого листового металла (на чертежах не показаны), при этом тепло, получаемое от нагретых поверхностей теплообменника лучистым способом, передаётся нагреваемому воздуху конвективным способом.To reduce the thermal load on the device’s casing, between the heated surfaces of the heat exchanger and the surfaces of the casing, additional reflective screens made of thin sheet metal (not shown in the drawings) are installed, while the heat received from the heated surfaces of the heat exchanger by the radiant method is transferred to the heated air in a convective way.

Важной особенностью устройства является конструктивное решение с таким расположением ступеней нагрева (ходов) многоходовой конвективной части теплообменника, чтобы организовать противоточное движение дымовых газов и потока нагреваемого воздуха (28), обеспечивая максимальный градиент температур между теплообменными поверхностями на каждой из ступеней нагрева и нагреваемым воздухом. В частности, трубный пучок последнего хода по дымовым газам, с самой низкой их температурой, располагается первым по ходу потока нагреваемого воздуха, соприкасаясь с самым холодным воздухом, а трубный пучок первого хода по дымовым газам, самый горячий – располагается последним по ходу потока нагреваемого воздуха, догревая уже подогретый воздух.An important feature of the device is a constructive solution with such an arrangement of the heating steps (strokes) of the multi-pass convective part of the heat exchanger in order to organize countercurrent movement of flue gases and the flow of heated air (28), providing the maximum temperature gradient between the heat exchange surfaces on each of the heating steps and the heated air. In particular, the tube bundle of the last flue gas passage, with the lowest temperature, is located first along the flow of heated air, in contact with the coldest air, and the tube bundle of the first flue gas passage, the hottest, is located last along the flow of heated air warming up already warmed air.

Это позволяет добиться максимальной эффективности теплообмена и вывода устройства в конденсационный режим работы практически во всём диапазоне мощностей и повысить теплоэнергетическую эффективность заявленного устройства.This allows you to achieve maximum efficiency of heat transfer and output of the device to the condensing mode of operation in almost the entire range of capacities and increase the heat and power efficiency of the claimed device.

Другим вариантом исполнения является компоновочное решение, при котором теплообменные элементы (5) и вторичные пластины (7) первого пакета конвективной части теплообменника по ходу потока нагреваемого воздуха (28) располагается выпуклой стороной к выпуклым поверхностям камеры сгорания (2) таким образом, что за счёт небольшого угла раскрытия от 0 до 30° между касательной к поверхности камеры сгорания и срединной касательной к образующей первого ближайшего теплообменного элемента, создаются условия для увеличения объёма воздуха, протекающего непосредственно вдоль нагретых поверхностей камеры сгорания с целью интенсификации теплосъёма с них (фиг. 19). При этом, функцию взаимного экранирования лучистого тепла нагретых поверхностей камеры сгорания и ближайшего к ним ряда теплообменных пластин, а также формирование правильной картины обтекания камеры сгорания, может выполнять ближайший к камере сгорания ряд вторичных теплообменных пластин (7), и которые располагаются вдоль одной линии, эквидистантной поверхности камеры сгорания и расположенной на расстоянии от 30 до 70 мм от нее, а их ширина увеличена до размеров, при которых они являются почти непрерывным экраном вдоль камеры сгорания.Another embodiment is the layout solution, in which the heat exchange elements (5) and secondary plates (7) of the first package of the convective part of the heat exchanger along the flow of heated air (28) are located on the convex side to the convex surfaces of the combustion chamber (2) in such a way that due to a small opening angle from 0 to 30 ° between the tangent to the surface of the combustion chamber and the median tangent to the generatrix of the first nearest heat exchange element, conditions are created for increasing the volume of air flowing about directly along the heated surfaces of the combustion chamber in order to intensify heat removal from them (Fig. 19). At the same time, the function of mutual screening of radiant heat of the heated surfaces of the combustion chamber and the series of heat exchange plates closest to them, as well as the formation of a correct picture of the flow around the combustion chamber, can be performed by the series of secondary heat exchange plates closest to the combustion chamber (7), and which are located along one line, the equidistant surface of the combustion chamber and located at a distance of 30 to 70 mm from it, and their width is increased to the dimensions at which they are an almost continuous screen along the combustion chamber.

Ещё одним вариантом исполнения предлагаемого устройства является конструктивное решение с формированием конвективной части теплообменника, частично или полностью, из трубчатых широких плоских гофрированных теплообменных элементов (6) (фиг. 20) и расположенных между ними и с периферийной наружной стороны от них вторичных теплообменных пластин (7) из тонкого листового металла, плоских либо гофрированных.Another embodiment of the proposed device is a constructive solution with the formation of the convective part of the heat exchanger, partially or completely, from tubular wide flat corrugated heat-exchange elements (6) (Fig. 20) and secondary heat-exchange plates located between them and on the peripheral outer side of them (7) ) of thin sheet metal, flat or corrugated.

Теплообменные элементы изготавливаются из тонкого листового металла, из двух частей, с продольными плавниковыми рёбрами с обеих сторон, с возможностью соединения половин посредством сварки по рёбрам. Для разрушения ламинарного пограничного слоя внутри и снаружи, на плоских образующих теплообменных поверхностях сформированы турбулизующие волнообразные участки (фиг. 21), при этом фронты волн на поверхности одной половины теплообменного элемента располагаются зеркально-симметрично, под одинаковыми встречными углами к фронтам волн, сформированными на образующей поверхности второй половины, относительно продольной оси теплообменного элемента, причём угол α (альфа) (22) между фронтами волн на разных половинах может составлять от 0 до 90° (фиг. 22).The heat exchange elements are made of thin sheet metal, in two parts, with longitudinal fin ribs on both sides, with the possibility of connecting the halves by welding along the ribs. In order to destroy the laminar boundary layer inside and outside, turbulizing wave-like sections are formed on the flat forming heat-exchange surfaces (Fig. 21), while the wave fronts on the surface of one half of the heat-exchange element are mirror-symmetric, at equal opposite angles to the wave fronts formed on the generatrix the surface of the second half, relative to the longitudinal axis of the heat exchange element, and the angle α (alpha) (22) between the wave fronts at different halves can be from 0 to 90 ° (f Ig. 22).

Размер h (23) между наружными поверхностями гофрированных теплообменных элементов может составлять от 15 до 50 мм, а соотношение толщины h теплообменного элемента по отношению к длине образующей L (24) может составлять от 1:5 до 1:50 (фиг. 23).The size h (23) between the outer surfaces of the corrugated heat exchange elements may be from 15 to 50 mm, and the ratio of the thickness h of the heat exchange element with respect to the length of the generatrix L (24) can be from 1: 5 to 1:50 (Fig. 23).

При этом образующие поверхности теплообменных элементов могут быть расположены параллельно друг другу, как показано на фиг. 23, либо под углом от 0 до 15° друг к другу, как показано на фиг. 24.In this case, the forming surfaces of the heat exchange elements can be arranged parallel to each other, as shown in FIG. 23, or at an angle from 0 to 15 ° to each other, as shown in FIG. 24.

Ещё одним вариантом исполнения является техническое решение с применением в качестве теплообменных элементов конденсационной части теплообменника, частично или полностью, тонкостенных гофрированных труб (26) диаметром от 15 до 70 мм, закрепляемых между распределительными и приёмными коллекторами (25) перпендикулярно набегающему потоку (28) (фиг. 25).Another embodiment is a technical solution using, as heat exchanging elements, the condensation part of the heat exchanger, partially or completely, thin-walled corrugated pipes (26) with a diameter of 15 to 70 mm, fixed between distribution and receiving manifolds (25) perpendicular to the incoming flow (28) ( Fig. 25).

Решение с применением гофрированных труб позволяет значительно повысить эффективность теплообмена и КПД теплообменника устройства в целом, за счёт увеличения площади поверхности теплообменных элементов внутри и снаружи и повышения интенсивности теплообмена со стороны дымовых газов, без применения турбулизаторов, при этом уменьшается необходимое количество труб конвективной части, что позволяет снизить её аэродинамическое сопротивления, по сравнению с применяемым в производстве современных теплогенераторов пучком из гладких труб с шахматным расположением, а также снизить металлоёмкость теплообменника.The solution using corrugated pipes can significantly increase the efficiency of heat transfer and the efficiency of the heat exchanger of the device as a whole, by increasing the surface area of the heat exchange elements inside and outside and increasing the heat transfer intensity from the side of flue gases, without the use of turbulators, while reducing the required number of pipes of the convection part, which allows to reduce its aerodynamic drag, in comparison with a beam of smooth pipes used in the production of modern heat generators with a staggered arrangement, as well as reduce the heat intensity of the heat exchanger.

Ещё одним вариантом изготовления заявленного устройства является конструктивное решение с применением в качестве теплообменных элементов конвективной части теплообменника устройства, полностью или частично, гладких труб круглого сечения (27) с диаметром от 15 до 70 мм, с расположенными внутри труб турбулизаторами из гнутой ленты, при этом трубы закрепляются на распределительных и собирательных коллекторах (25) (фиг. 26).Another embodiment of the claimed device is a constructive solution using as a heat exchange element the convective part of the heat exchanger of the device, in whole or in part, smooth pipes of circular cross-section (27) with a diameter of 15 to 70 mm, with curved tape turbulators located inside the pipes, while pipes are fixed on distribution and collective collectors (25) (Fig. 26).

Ещё одним вариантом исполнения является комбинированное компоновочное решение (фиг. 27), при котором различные ступени нагрева (ходы) конвективной части теплообменника по дымовым газам могут составляться на основе теплообменных элементов различных типов: широких выпукло-вогнутых (5), широких плоских гофрированных (6), цилиндрических гофрированных (26) либо цилиндрических гладких (27). Причём, каждый ход конвективной части теплообменника составляется из теплообменных элементов одного типа и размера, а теплообменные элементы разных ходов могут отличаться по типу, размеру и количеству элементов.Another embodiment is a combined layout solution (Fig. 27), in which various stages of heating (strokes) of the convective part of the flue gas heat exchanger can be based on various types of heat exchange elements: wide convex-concave (5), wide flat corrugated (6 ), cylindrical corrugated (26) or cylindrical smooth (27). Moreover, each stroke of the convective part of the heat exchanger is composed of heat exchange elements of the same type and size, and heat exchange elements of different moves can differ in type, size and number of elements.

При этом, как правило, пакеты последних (конденсационных) ходов по дымовым газам, составляются на основе гофрированных, а пакеты первого хода – на основе гладких элементов.In this case, as a rule, the packages of the last (condensation) flue gas moves are made on the basis of corrugated, and the first move packages are based on smooth elements.

Кроме того, в корпусе (1) устанавливаются элементы обтекания (16), спрофилированные таким образом, чтобы обеспечить одинаковое живое сечение теплообменника устройства и равенство скоростей при его обтекании.In addition, flow elements (16) are installed in the housing (1), profiled in such a way as to ensure the same living cross-section of the device heat exchanger and the equality of speeds during its flow.

Ещё одним вариантом исполнения является компоновочное решение с получением трубчатого комбинированного теплообменника, при котором различные ступени нагрева (ходы) конвективной части теплообменника по дымовым газам могут составляться из теплообменных элементов на основе гофрированных либо гладких цилиндрических труб с расположенными внутри турбулизаторами. Причём, каждый ход конвективной части теплообменника составляется из теплообменных элементов одного типа и размера, а теплообменные элементы разных ходов могут отличаться по типу, размеру и количеству элементов. При этом, как правило, пакеты последних (конденсационных) ходов по дымовым газам составляются на основе гофрированных, а пакеты первого хода – на основе гладких труб.Another embodiment is the layout solution with the production of a tubular combined heat exchanger, in which various stages of heating (moves) of the convective part of the flue gas heat exchanger can be composed of heat exchange elements based on corrugated or smooth cylindrical pipes with turbulators located inside. Moreover, each stroke of the convective part of the heat exchanger is composed of heat exchange elements of the same type and size, and heat exchange elements of different moves can differ in type, size and number of elements. In this case, as a rule, the packages of the last (condensation) flue gas moves are based on corrugated, and the first stroke packages are based on smooth pipes.

При этом теплообменные трубы располагаются преимущественно с двух сторон от камеры сгорания таким образом, чтобы равномерно заполнить свободное пространство между вокруг корпусом и линией, расположенной эквидистантно профилю охватывающих камеру сгорания (2) направляющих пластин (4) на расстоянии от 20 до 70 мм от них (фиг. 28).In this case, the heat transfer pipes are located mainly on both sides of the combustion chamber in such a way as to uniformly fill the free space between around the housing and the line located equidistant to the profile of the guide plates (4) covering the combustion chamber (2) at a distance of 20 to 70 mm from them ( Fig. 28).

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

При включении газовой горелки предварительного смешивания с пламенной насадкой, расположенной в камере сгорания, использованием газа в качестве топлива, на поверхности пламенной насадки происходит процесс поверхностного горения, с высокой долей тепла в инфракрасном диапазоне, обеспечивая при этом минимальное количество вредных выбросов.When the gas burner is pre-mixed with a flame nozzle located in the combustion chamber using gas as fuel, a surface combustion process occurs on the surface of the flame nozzle, with a high proportion of heat in the infrared range, while ensuring a minimum amount of harmful emissions.

Продукты сгорания топлива поступают последовательно в камеру сгорания, многоходовую конвективную часть теплообменника с поворотными камерами, дымовой коллектор и выбрасываются в дымовую трубу, по пути следования нагревая поверхности теплообменника путём конвективной теплопередачи.The fuel combustion products enter sequentially into the combustion chamber, the multi-pass convective part of the heat exchanger with rotary chambers, the smoke collector and are emitted into the chimney, heating the surface of the heat exchanger by convective heat transfer along the route.

Для прокачивания нагреваемого воздуха (28) или сушащего агента через устройство может использоваться вентилятор или иное устройство для перемещения воздуха путём его нагнетания либо путём создания депрессии.To pump heated air (28) or a drying agent through the device, a fan or other device can be used to move air by forcing it or by creating depression.

Проходя через устройство, воздух нагревается в результате конвективной теплопередачи от нагретых поверхностей теплообменника и вторичных теплообменных поверхностей.Passing through the device, the air is heated as a result of convective heat transfer from the heated surfaces of the heat exchanger and secondary heat transfer surfaces.

Часть тепла горения передаётся поверхностям камеры сгорания лучистым путём – преимущественно, от пламенной насадки газовой горелки предварительного смешивания, либо от факела наддувной горелки, либо от пламенной насадки инжекционной горелки.Part of the heat of combustion is transferred to the surfaces of the combustion chamber in a radiant way - mainly from the flame nozzle of the gas pre-mix burner, or from the torch of the pressurized burner, or from the flame nozzle of the injection burner.

Тепло, полученное теплообменником, частично передаётся нагреваемому воздуху конвективным путём непосредственно от его нагретых поверхностей, а частично – переизлучается на расположенным рядом с ними вторичные теплообменные элементы – профилированные направляющие пластины вокруг камеры сгорания и вторичные теплообменные пластины между теплообменными элементами теплообменника, и уже от них, также конвективным путём, передаётся нагреваемому воздуху.The heat received by the heat exchanger is partially transferred to the heated air convectively directly from its heated surfaces, and partially is re-emitted to the secondary heat exchange elements located next to them - profiled guide plates around the combustion chamber and secondary heat exchange plates between the heat exchanger elements of the heat exchanger, and already from them, also convectively transmitted to heated air.

Кроме того, пластины обтекания камеры сгорания, нагреваемые при помощи лучистой теплопередачи от близко расположенных нагретых поверхностей камеры сгорания, также являются одновременно вторичными поверхностями нагрева, передавая полученное тепло нагреваемому воздуху путём конвективной теплопередачи.In addition, the plates around the combustion chamber heated by means of radiant heat transfer from the closely located heated surfaces of the combustion chamber are also secondary heating surfaces, transferring the resulting heat to the heated air by convective heat transfer.

Применение приведенных в изобретении решений дало возможность повысить эффективность отъёма тепла от дымовых газов до такой степени, что весь его объём либо его часть приобретают температуру ниже точки росы. При конденсации водяного пара, образовавшегося при сгорании топлива, на внутренних поверхностях теплообменных элементов последних ступеней конвективной части теплообменника высвобождается дополнительное тепло – скрытая теплота парообразования, и передаётся нагреваемому воздуху. Это позволяет использовать устройство в конденсационном режиме практически во всём диапазоне мощностей, от минимума и до максимума, что позволяет значительно повысить теплоэнергетическую эффективность заявленного устройства без значительного увеличения площади и количества теплообменных элементов теплообменника.The application of the solutions presented in the invention made it possible to increase the efficiency of heat removal from flue gases to such an extent that all or part of it takes on a temperature below the dew point. Upon condensation of water vapor generated during the combustion of fuel, additional heat is released on the inner surfaces of the heat exchange elements of the last stages of the convective part of the heat exchanger — the latent heat of vaporization, and is transferred to the heated air. This allows you to use the device in condensation mode in almost the entire range of capacities, from minimum to maximum, which can significantly increase the heat and power efficiency of the claimed device without significantly increasing the area and number of heat exchanging elements of the heat exchanger.

Claims (7)

1. Устройство для нагрева воздуха, содержащее корпус с расположенным в нем теплообменником радиационно-конвективного типа и автоматизированную горелку, причем теплообменник соединен с горелкой и предназначен для осуществления процесса теплообмена и передачи тепла сгорания топлива нагреваемому воздуху, для подачи нагреваемого воздуха через устройство используется вентилятор или иное устройство для перемещения воздуха, при этом теплообменник включает в себя камеру сгорания и конвективную часть, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена обтекаемой формы, причем торцевые поверхности камеры выполнены плоскими - параллельно друг другу, либо выполнены выпуклыми по радиусу, как фрагмент сегмента цилиндра, либо могут иметь сложную выпукло-вогнутую форму, либо как их многогранный эквивалент, при этом отношение высоты камеры сгорания в продольном сечении к ее длине в том же сечении может составлять от 0,3 до 0,8, при этом камера сгорания охвачена с наружной стороны профилированными направляющими пластинами, повторяющими по форме профиль формы камеры на расстоянии от 30 до 70 мм от нее, причем их края на входе потока являются отогнутыми таким образом, чтобы угол раскрытия между ними составлял от 1 до 90°, при этом устройство оснащается газовой горелкой предварительного смешивания, оснащенной пламенной насадкой цилиндрической формы, расположенной внутри камеры сгорания, причем ось пламенной насадки горелки совпадает с геометрической осью камеры сгорания, либо расположена параллельно ей и может иметь смещение до 20% от геометрической оси по высоте и до 25% по длине камеры, при этом конвективная часть теплообменника представляет собой по дымовым газам теплообменник - с количеством ходов от 1 до 6, причем каждый ход состоит из широких трубчатых выпукло-вогнутых теплообменных элементов, располагаемых с двух сторон вокруг камеры сгорания, параллельно друг другу вдоль потока, и расположенных между ними и с периферийной наружной стороны от них вторичных теплообменных пластин, причем ступени нагрева конвективной части теплообменника конструктивно расположены таким образом, что движение по ним дымовых газов направлено противоточно относительно потока нагреваемого воздуха, при этом каждый ход конвективной части теплообменника составляется из теплообменных элементов одного размера, а теплообменные элементы разных ходов могут отличаться по размеру и количеству элементов, при этом выпукло-вогнутые теплообменные элементы изготавливаются из тонкого листового металла, из двух частей, с продольными плавниковыми ребрами с обеих сторон, с возможностью соединения половин посредством сварки по ребрам и имеют в поперечном сечении выпукло-вогнутую форму, причем выпуклая и вогнутая образующие части теплообменных пластинчатых элементов сформированы по радиусу как элементы цилиндра, при этом размер h между наружными поверхностями выпуклой и вогнутой образующих теплообменных элементов может составлять от 5 до 50 мм, а длина образующей поверхности L больше этого размера в пределах от 5 до 50 раз, при этом внутри теплообменных элементов установлены продольные разделительные ребра с закрепленными на них турбулизаторами, а между ними и с внешней периферической стороны от них вдоль потока воздуха располагаются вторичные теплообменные пластины, по форме повторяющие профиль теплообменных элементов, при этом выпукло-вогнутые теплообменные элементы и вторичные теплообменные пластины располагаются в теплообменнике рядами друг над другом вокруг камеры сгорания, вдоль линий, эквидистантных поверхностям камеры сгорания и параллельно друг другу, причем все эти элементы располагаются своей вогнутой стороной к выпуклой части камеры сгорания, кроме этого, в корпусе устанавливаются элементы обтекания, спрофилированные таким образом, чтобы обеспечить одинаковое живое сечение теплообменника устройства.1. A device for heating air, comprising a housing with a radiation-convective type heat exchanger located therein and an automated burner, the heat exchanger being connected to the burner and designed to carry out the process of heat exchange and heat transfer of fuel combustion to the heated air; a fan is used to supply heated air through the device or another device for moving air, while the heat exchanger includes a combustion chamber and a convective part, characterized in that the combustion chamber in A streamlined shape is made, with the end surfaces of the chamber made flat - parallel to each other, either made convex in radius, like a fragment of a cylinder segment, or can have a complex convex-concave shape, or as their multifaceted equivalent, while the ratio of the height of the combustion chamber in longitudinal section to its length in the same section can be from 0.3 to 0.8, while the combustion chamber is covered on the outside by profiled guide plates that repeat the shape of the shape of the chamber at a distance of 30 to 7 0 mm from it, and their edges at the inlet of the flow are bent so that the opening angle between them is from 1 to 90 °, while the device is equipped with a gas pre-mixing burner equipped with a cylindrical flame nozzle located inside the combustion chamber, the axis the flame nozzle of the burner coincides with the geometric axis of the combustion chamber, or is parallel to it and can have an offset of up to 20% from the geometric axis in height and up to 25% along the length of the chamber, while the convective part of the heat exchanger a flue gas is a heat exchanger with the number of strokes from 1 to 6, and each stroke consists of wide tubular convex-concave heat-exchange elements located on both sides around the combustion chamber, parallel to each other along the flow, and located between them and with the peripheral the outer side of them of the secondary heat exchanger plates, and the steps of heating the convective part of the heat exchanger are structurally arranged so that the movement of flue gases along them is directed countercurrently relative to the flow of heated air, in this case, each stroke of the convective part of the heat exchanger is composed of heat exchange elements of the same size, and heat exchange elements of different moves can vary in size and number of elements, while convex-concave heat-exchange elements are made of thin sheet metal, of two parts, with longitudinal fin ribs on both sides, with the possibility of connecting the halves by welding along the ribs and have a convex-concave shape in cross section, with convex and concave parts of the heat-exchange plate elements are formed along the radius as cylinder elements, the size h between the outer surfaces of the convex and concave forming heat-exchange elements can be from 5 to 50 mm, and the length of the forming surface L is greater than this size in the range from 5 to 50 times, while longitudinal dividing ribs with turbulators mounted on them are installed inside the heat-exchange elements, and secondary heat-exchange are located between them and on the outer peripheral side of them along the air stream plates in shape that repeat the profile of the heat exchange elements, while the convex-concave heat exchange elements and the secondary heat exchange plates are arranged in rows in the heat exchanger, one above the other, around the combustion chamber, along lines parallel to and parallel to the surfaces of the combustion chamber, all of which are concave side to the convex part of the combustion chamber, in addition, flow elements profiled in such a way as to ensure the same live section are installed in the housing e heat exchanger device. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена как многогранный эквивалент формы двояковыпуклой линзы, либо в форме капли, либо в форме заостренной капли, либо как их многогранный эквивалент.2. The device according to claim 1, characterized in that the combustion chamber is made as a multifaceted equivalent of the shape of a biconvex lens, either in the form of a drop, or in the form of a pointed drop, or as their multifaceted equivalent. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выпуклая и вогнутая образующие части теплообменных пластинчатых элементов сформированы по нескольким радиусам, либо как их многогранный эквивалент.3. The device according to claim 1, characterized in that the convex and concave forming parts of the heat exchange plate elements are formed along several radii, or as their multifaceted equivalent. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина зазора между поверхностью камеры сгорания и охватывающими ее профилированными направляющими пластинами по продольному профилю не постоянна, образуя плавно сужающийся или плавно расширяющийся клиновидный зазор.4. The device according to claim 1, characterized in that the gap between the surface of the combustion chamber and the profiled guide plates enclosing it along the longitudinal profile is not constant, forming a smoothly narrowing or smoothly expanding wedge-shaped gap. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменные элементы, расположенные у входной части теплообменника по ходу потока нагреваемого воздуха, располагаются выпуклой стороной к выпуклым поверхностям камеры сгорания с углом раскрытия от 1 до 30° между касательной к поверхности камеры сгорания и срединной касательной к образующей первого ближайшего теплообменного элемента, при этом вторичные теплообменные пластины располагаются вдоль одной плавной линии, эквидистантной поверхности камеры сгорания и расположенной на расстоянии от 30 до 70 мм от нее, а их ширина увеличена до размеров, при которых они являются почти непрерывным экраном вдоль камеры сгорания.5. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchange elements located at the inlet of the heat exchanger along the heated air flow are located on the convex side to the convex surfaces of the combustion chamber with an opening angle of 1 to 30 ° between the tangent to the surface of the combustion chamber and the middle tangent to the generatrix of the first nearest heat exchange element, while the secondary heat transfer plates are located along one smooth line, the equidistant surface of the combustion chamber and located at a distance from 30 to 70 mm from it, and their width is increased to the size at which they are an almost continuous screen along the combustion chamber. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пламенная насадка горелки предварительного смешивания имеет в сечении форму линзы, прямоугольника, прямоугольника с одной выпуклой стороной в виде сегмента круга или с его многогранным эквивалентом, эллипса, овала или их многогранного эквивалента.6. The device according to p. 1, characterized in that the flame nozzle of the preliminary mixing burner has a section in the form of a lens, rectangle, rectangle with one convex side in the form of a segment of a circle or with its multifaceted equivalent, ellipse, oval, or their multifaceted equivalent. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит газовую горелку инжекционного типа, или наддувную факельную горелку, работающую на газе, в том числе на пиролизном газе и биогазе, либо на жидком топливе.7. The device according to p. 1, characterized in that it contains an injection type gas burner, or a gas-fired torch burner, including pyrolysis gas and biogas, or liquid fuel.
RU2017141636A 2017-11-29 2017-11-29 Air heating device RU2680283C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141636A RU2680283C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Air heating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141636A RU2680283C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Air heating device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2680283C1 true RU2680283C1 (en) 2019-02-19

Family

ID=65442648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141636A RU2680283C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Air heating device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2680283C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208728U1 (en) * 2021-10-19 2022-01-11 Владимир Петрович Крылосов Electrosteam heat accumulator
RU2777155C1 (en) * 2021-12-21 2022-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЕТЕЙЯ" Air heating device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4275705A (en) * 1979-03-15 1981-06-30 Canadian Gas Research Institute Two-stage heat exchanger
RU2145037C1 (en) * 1998-04-10 2000-01-27 ООО "Теплосервис" Air heater
US20030084896A1 (en) * 2001-01-17 2003-05-08 Laurent Gierula Flexible gas-fired heat exchanger system
RU38906U1 (en) * 2004-03-18 2004-07-10 Шатохин Игорь Михайлович AIR HEATER
RU2361154C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-10 Анатолий Васильевич Щукин Method of heat transfer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4275705A (en) * 1979-03-15 1981-06-30 Canadian Gas Research Institute Two-stage heat exchanger
RU2145037C1 (en) * 1998-04-10 2000-01-27 ООО "Теплосервис" Air heater
US20030084896A1 (en) * 2001-01-17 2003-05-08 Laurent Gierula Flexible gas-fired heat exchanger system
RU38906U1 (en) * 2004-03-18 2004-07-10 Шатохин Игорь Михайлович AIR HEATER
RU2361154C1 (en) * 2008-01-09 2009-07-10 Анатолий Васильевич Щукин Method of heat transfer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208728U1 (en) * 2021-10-19 2022-01-11 Владимир Петрович Крылосов Electrosteam heat accumulator
RU2777155C1 (en) * 2021-12-21 2022-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "АЛЕТЕЙЯ" Air heating device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7617802B2 (en) Condensation heat exchanger
RU2717732C2 (en) Condensing heat exchanger equipped with heat exchanging device
US20120312513A1 (en) Hot fluid production device including a condensing heat exchanger
CN112460567B (en) Gas boiler with concentric single pipe ring water-cooling combustion and heat exchange
US3916990A (en) Gas turbine regenerator
CN110631260A (en) Cylindrical slit type full-premixing water-cooled combustion head
CN110296536A (en) A kind of combustion heat-exchange device with Multi-stage cooling structure
RU2208741C2 (en) Unit heater
RU2680283C1 (en) Air heating device
US3908628A (en) Jet impingement recuperator
RU2386905C1 (en) Heat generator
RU2213307C2 (en) Water boiler
CN115406100B (en) Indirect heat exchange type hot blast stove
CN105757689A (en) Self-preheating incinerator
RU2625367C1 (en) Hot-water boiler
RU2520274C1 (en) Recuperative air heater of revolving type
US4497281A (en) Heater
RU2296270C1 (en) Air heater
RU53410U1 (en) DEVICE FOR GAS AND OIL HEATING
RU2110730C1 (en) Barrel boiler
RU2467260C2 (en) Field service heater
RU2767682C1 (en) Gas heat-and-power complex, heat exchanger of gas heat-and-power complex and method of hot air supply for plenum ventilation of rooms, implemented with their help
US4560349A (en) Heat recuperator and method for use with gas-fired furnace using nozzle or pre-mix burners
RU2296921C2 (en) Liquid or gas heater
RU2168121C1 (en) Process heater

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191130

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201001

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210309