RU2722196C2

RU2722196C2 - Heat exchange module

Info

Publication number: RU2722196C2
Application number: RU2016113449A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Клеутин; Александр Геннадьевич Старых; Евгений Анатольевич Сидельников; Ирина Юрьевна Осокина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Томир"
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2020-05-28
Also published as: RU2016113449A3; RU2016113449A

Abstract

FIELD: heat power engineering.SUBSTANCE: invention relates to air-heating heating systems using gas recuperative air heaters and can be used for autonomous air heating, as well as for technological processes. Heat exchanger module comprising housing with inlet and outlet holes accommodates heat exchanger with combustion chamber and convective part with partition and rotary chamber, wherein the heat exchanger partition divides the inner space of the housing into two compartments communicating with each other through the rotary chamber, according to the invention, the rotary chamber is aligned with the combustion chamber combustion channel, and the heat exchanger partition is installed longitudinally to the combustion chamber.EFFECT: reduced condensate formation and aerodynamic resistance of the module, higher efficiency of the installation, simplified manufacturing.1 cl, 2 dwg

Description

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

Известны воздухонагреватели "Ямал", предназначенные для непрямого нагрева приточного воздуха в системах воздушного отопления и приточной вентиляции промышленных и гражданских объектов различных категорий (см. http://pandia.ru/text/78/359/l131.php).Known Yamal air heaters are designed for indirect heating of supply air in air heating systems and supply ventilation of industrial and civil facilities of various categories (see http://pandia.ru/text/78/359/l131.php).

Воздухонагреватель «Ямал» включает блок теплообменника, содержащий камеру сгорания с горелками и конвективную часть из пучка труб с установленными внутри ленточными турбулизаторами.The Yamal air heater includes a heat exchanger unit containing a combustion chamber with burners and a convective part from a tube bundle with tape turbulators installed inside.

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

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

Известна установка для обработки воздуха WIMBLEDON (см. сайт www.tecnoclimaspa.com, раздел «Каталог»). Известное устройство включает корпус, камеру сгорания, теплообменник, продольную перегородку, установленную между камерой сгорания и теплообменником, и поворотную камеру. Воздух, подающийся вентиляторами, омывает камеру сгорания, разворачивается в поворотной камере и омывает теплообменник, затем поступает в обогреваемое помещение.Known installation for air treatment WIMBLEDON (see website www.tecnoclimaspa.com, section "Catalog"). The known device includes a housing, a combustion chamber, a heat exchanger, a longitudinal partition installed between the combustion chamber and the heat exchanger, and a rotary chamber. The air supplied by the fans washes the combustion chamber, unfolds in the rotary chamber and washes the heat exchanger, then enters the heated room.

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

В качестве прототипа выбран теплообменный модуль по патенту РФ №2451245 на изобретение, принадлежащему ООО Научно-производственная фирма "Теплоэнергопром".As a prototype, a heat exchange module was selected according to the patent of the Russian Federation No. 2451245 for an invention belonging to the Scientific-Production Firm Teploenergoprom LLC.

Указанный теплообменный модуль включает корпус с входным и выходным отверстиями. В корпусе размещены камера сгорания, теплообменник, поворотная камера, перегородка. Поворотная камера выполнена за теплообменником. Перегородка установлена в корпусе поперечно камере сгорания и теплообменнику и делит внутреннее пространство корпуса до поворотной камеры на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру.Said heat exchange module includes a housing with inlet and outlet openings. The housing contains a combustion chamber, a heat exchanger, a rotary chamber, a partition. The rotary chamber is made behind the heat exchanger. The partition is installed in the housing transverse to the combustion chamber and the heat exchanger and divides the interior of the housing to the rotary chamber into two compartments communicating with each other through the rotary chamber.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:

- в сложности установки перегородки в теплообменнике, а именно в необходимости совмещения его газоходов с отверстиями в перегородке, особенно при использовании трубного пучка с трубами не круглого сечения;- the complexity of installing the baffle in the heat exchanger, namely, the need to combine its flues with the holes in the baffle, especially when using a tube bundle with non-circular tubes;

- в повышенном аэродинамическом сопротивлении, возникающем при повороте воздуха в поворотной камере (коэффициент сопротивления рассчитывается как сопротивление П-образного колена и всегда больше 1), а также при двойном омывании камеры сгорания и многорядного пучка труб конвективной части.- in the increased aerodynamic drag that occurs when the air rotates in the rotary chamber (the drag coefficient is calculated as the resistance of the U-shaped knee and is always greater than 1), as well as when washing the combustion chamber and the multi-row bundle of pipes of the convection part twice.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции теплообменного модуля, работающего в режимах с высокой степенью нагрева воздуха (характеризующихся уменьшенным количеством воздуха, проходящего через теплообменную камеру),с низким конденсатообразованием, с высоким значением КПД установки (не менее указанного в ГОСТ Р 31848-2012), а так же, обладающего низким аэродинамическим сопротивлением и простотой изготовления.The technical task of the invention is the creation of a design of a heat exchange module operating in modes with a high degree of heating of air (characterized by a reduced amount of air passing through the heat exchange chamber), with low condensation, with a high value of the installation efficiency (not less than specified in GOST R 31848-2012) , as well as having low aerodynamic drag and ease of manufacture.

Технический результат достигается тем, что в теплообменном модуле, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, размещенные в нем теплообменник с камерой сгорания и конвективной частью с перегородкой и поворотную камеру, при этом перегородка теплообменника делит внутреннее пространство корпуса на два отсека, сообщающихся между собой через поворотную камеру, согласно изобретению, поворотная камера совмещена с каналом обдува камеры сгорания, а перегородка теплообменника установлена продольно камере сгорания.The technical result is achieved in that in a heat exchange module containing a housing with inlet and outlet openings, a heat exchanger with a combustion chamber and a convective part with a baffle and a rotary chamber placed therein, while the baffle of the heat exchanger divides the interior of the casing into two compartments communicating with each other through the rotary chamber, according to the invention, the rotary chamber is combined with the channel for blowing the combustion chamber, and the baffle of the heat exchanger is installed longitudinally to the combustion chamber.

Перегородка может быть образована из двух расположенных последовательно, состыкованных торцами элементов, один из которых разделяет конвективную часть и примыкает к камере сгорания, а второй образует входной и выходной отсеки.The partition can be formed from two elements arranged in series, joined by the ends, one of which separates the convective part and adjoins the combustion chamber, and the second forms the input and output compartments.

Поворотная камера обеспечивает разворот потока воздуха на 180°, при этом формируется воздушный канал с увеличенной в 2 раза длиной хода нагреваемого воздуха, что позволяет повысить степень его нагрева.The rotary chamber provides a 180 ° turn of the air flow, and an air channel is formed with a 2-fold increased stroke length of the heated air, which makes it possible to increase its degree of heating.

За счет разделения внутреннего пространства корпуса на два отсека уменьшаются сечения воздушных каналов, что позволяет при уменьшенном расходе воздуха (в зависимости от необходимой степени нагрева) сохранить или увеличить скорость его движения, что, в свою очередь, позволяет сохранить эффективный теплосъем с поверхности теплообменника без риска ее прогара ранее срока эксплуатации и без снижения КПД (по сравнению с теплообменными модулями с низкой степенью нагрева).By dividing the internal space of the housing into two compartments, the cross sections of the air channels are reduced, which allows for a reduced air consumption (depending on the required degree of heating) to maintain or increase its speed, which, in turn, allows you to save effective heat removal from the surface of the heat exchanger without risk its burnout before the service life and without reducing the efficiency (compared with heat exchange modules with a low degree of heating).

Одно- или двухрядная конвективная часть теплообменника и поворотная камера, совмещенная с каналом обдува камеры сгорания, с низкими коэффициентами местных сопротивлений, позволяют снизить общее аэродинамическое сопротивление теплообменника.A single or double row convective part of the heat exchanger and a rotary chamber combined with a channel for blowing the combustion chamber with low local resistance coefficients can reduce the overall aerodynamic resistance of the heat exchanger.

В предлагаемом устройстве холодный воздух проходит сначала через половину конвективной поверхности (первая часть хода), затем подогретым омывает камеру сгорания (вторая часть хода), при этом дополнительно подогревается и затем проходит через вторую половину конвективной поверхности (третья часть хода), где догревается до необходимой температуры.In the proposed device, cold air first passes through half of the convective surface (first part of the stroke), then it is washed by the combustion chamber (second part of the stroke), it is additionally heated and then passes through the second half of the convective surface (third part of the stroke), where it is heated to the required temperature.

За счет смешения в выходном коллекторе остывших дымовых газов первой части и более горячих третьей, исключается образование в них конденсата при сохранении КПД установки.By mixing in the exhaust manifold of cooled flue gases of the first part and hotter third, the formation of condensate in them is eliminated while maintaining the efficiency of the installation.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменного модуля с теплообменником, имеющим двойной, а на фиг. 2 - одинарный ход дымовых газов в камере сгорания.In FIG. 1 shows a general view of a heat exchanger module with a heat exchanger having a double, and in FIG. 2 - a single course of flue gases in the combustion chamber.

Теплообменный модуль содержит корпус 1 с окнами 2 и 3 для входа и выхода нагреваемого воздуха, соответственно. Внутри корпуса 1 размещен теплообменник, состоящий из последовательно установленных камеры сгорания 4 и конвективной части 5, соединенных входным коллектором 6. На выходе конвективная часть оснащена выходным коллектором 7 с дымовым патрубком 8.The heat exchange module comprises a housing 1 with windows 2 and 3 for the inlet and outlet of the heated air, respectively. Inside the housing 1 there is a heat exchanger consisting of a sequentially installed combustion chamber 4 and a convective part 5 connected by an input manifold 6. At the output, the convective part is equipped with an output manifold 7 with a smoke pipe 8.

По ходу воздуха конвективная часть разделена перегородкой 9, расположенной продольно оси камеры сгорания между газоходамиIn the air, the convective part is divided by a partition 9 located longitudinally to the axis of the combustion chamber between the flues

Дополнительная перегородка 10 корпуса 1 установлена последовательно с перегородкой 9 и отделяет входные и выходные окна друг от друга. Таким образом, объем корпуса 1 разделяется на два отсека 11 и 12, сообщающихся через канал обдува камеры сгорания 13, повторяющий ее форму и служащий одновременно поворотной камерой. Сформированный таким образом канал обеспечивает поворот нагреваемого воздуха на 180°An additional partition 10 of the housing 1 is installed in series with the partition 9 and separates the input and output windows from each other. Thus, the volume of the housing 1 is divided into two compartments 11 and 12, communicating through the channel of blowing the combustion chamber 13, repeating its shape and serving simultaneously as a rotary chamber. The channel formed in this way provides a rotation of the heated air by 180 °

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

При сжигании топлива, образующиеся дымовые газы продвигаются по камере сгорания 4 и с разворотом в ней (фиг. 1) или без разворота (фиг. 2), поступают во входной коллектор 6, затем в обратном направлении проходят через конвективную часть 5, поступают в выходной коллектор 7 и отводятся в дымовую трубу (не показана) через патрубок 8.When burning fuel, the resulting flue gases move along the combustion chamber 4 and with a turn in it (Fig. 1) or without a turn (Fig. 2), enter the inlet manifold 6, then in the opposite direction pass through the convective part 5, enter the outlet collector 7 and are discharged into a chimney (not shown) through pipe 8.

Нагреваемый воздух через входное окно 2 поступает в корпус 1 теплообменного модуля. Продвигается по отсеку 11 перекрестно ходу дымовых газов, пересекает газоходы конвективной части, первично подогревается проходя через них, разворачивается на 180° в канале обдува камеры сгорания 13, где подогревается вторично и поступает в отсек 12, в котором второй раз пересекает газоходы конвективной части и нагревается окончательно до требуемой температуры.Heated air through the inlet 2 enters the housing 1 of the heat exchange module. It moves along compartment 11 crosswise the flue gas path, crosses the ducts of the convective part, is heated first by passing through them, turns around 180 ° in the blowing channel of the combustion chamber 13, where it is heated again and enters the compartment 12, in which it crosses the ducts of the convective part for the second time and heats up finally to the required temperature.

Далее нагретый воздух через выходное окно 3 поступает в воздуховод отапливаемого объекта (не показан).Next, the heated air through the outlet window 3 enters the duct of the heated object (not shown).

Таким образом, за счет увеличения протяженности теплообмена (при неизменных площади теплообмена и скорости движения воздуха) достигается увеличение степени его нагрева.Thus, due to the increase in the extent of heat transfer (with constant heat transfer area and air velocity), an increase in the degree of its heating is achieved.

Холодный воздух, проходя по отсеку 11, контактирует с половиной конвективной части теплообменника 5, а со второй половиной конвективной части в отсеке 12 контактирует уже подогретый воздух, за счет чего достигается оптимальное суммарное значение температуры дымовых газов, исключающее образование в них конденсата при сохранении КПД установки.The cold air passing through compartment 11 is in contact with half of the convective part of the heat exchanger 5, and already heated air is in contact with the second half of the convective part in compartment 12, thereby achieving the optimal total temperature of the flue gases, eliminating the formation of condensate in them while maintaining the efficiency of the installation .

Уменьшение сечения канала прохождения нагреваемого воздуха за счет разделения объема корпуса перегородкой приводит к сохранению скорости прохождения нагреваемого воздуха через поверхности теплообмена, в результате чего сохраняется интенсивность теплообмена и степень нагрева воздуха достигает 100-120°С, с сохранением КПД установки.The reduction of the cross section of the channel of passage of the heated air due to the separation of the body volume by the partition leads to the preservation of the rate of passage of the heated air through the heat transfer surface, as a result of which the heat transfer rate is maintained and the degree of heating of the air reaches 100-120 ° C, while maintaining the efficiency of the installation.

Claims

A heat exchanger module comprising a housing with inlet and outlet openings, a heat exchanger placed therein with a combustion chamber and a convective part with a baffle, and a rotary chamber, while the baffle of the heat exchanger divides the interior of the casing into two compartments communicating with each other through a rotary chamber, characterized in that the rotary chamber is combined with the channel for blowing the combustion chamber, the partition of the heat exchanger is installed longitudinally to the combustion chamber.