Нагревательное устройство

Нагревательное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для повышения тепловой эффективности и расширения области применения нагревателей, применяемых для обогрева помещений, материалов, оборудования , нагрева воды, сушки, особенно в условиях Крайнего Севера. Сущность изобретения: нагревательное устройство выполнено в виде трубчатой конструкции и состоит из установленных соосно горизонтальных внутренней и наружной обечаек. Последние формируют открытый центральный канал и закрытый с торцов заглушками кольцевой канал. Патрубки подачи и отвода продуктов сгорания подключены к кольцевому каналу и установлены в наружной обечайке оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения. Площадь продольного сечения кольцевого канала по меньшей мере в 2 раза меньше площади поперечного сечения патрубка подачи продуктов сгорания. Внутренняя обечайка снабжена V-образным рассекателем , а через канал пропущены открытые с торцов трубки. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 24 D 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

9 — 92 (21) 4863088/06 (22) 12.07.90 .(46) 30.03.93. Бюл. М 12 (76) А.Д. Козлов и Е.А. Лунтовский (56) Рагозин А.С, Бытовая аппаратура на газовом, твердом и жидком топливе. Л.; Недра, 1982.

Авторское свидетельство СССР . % 1112188, кл. F 24 03/00, 1983.

Патент ФРГ М 860252, кл. 36 а 14/04, опубли к. 1953.

Авторское свидетельство СССР

N 435430, кл. F 24 Н 3/06, 1972.. (54) НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: для повышения тепловой эффективности ии расширенйя области применения нагревателей, применяемых для обогрева помещений, материалов, оборудования, нагрева воды, сушки, особенно

Изобретение относится к бытовой и промышленной технике, где может найти широкое применение для обогрева различных объектов, например помещений, мате- риалов, оборудования и т.д.; нагрева воды, сушки, термообработки и т.п. Предпочтительно применение изобретения для вышеуказанных целей в условиях Крайнего

Севера.

Целью изобретения является расширение области применения и повышение тепловой эффективности нагревательного устройства.

На фиг. 1 изображено нагревательное устройство, предназначенное для обогрева помещений небольшой площади. аксонометрия; на фиг, 2 — разрез Б — Б на фиг. 3; на,, Ы1,, 1806312А3 в условиях Крайнего Севера, Сущность изобретения: нагревательное устройство выполнено в виде трубчатой конструкции и состоит из установленных соосно горизонтальных внутренней и наружной обечаек.

Последние формируют открытый центральный канал и закрытый с торцов заглушками кольцевой канал. Патрубки подачи и отвода продуктов сгорания подключены к кольцевому каналу и установлены в наружной обечайке оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения.

Площадь продольного сечения кольцевого канала по меньшей мере в 2 раза меньше площади поперечного сечения патрубка подачи:продуктов сгорания. Внутренняя обечайка снабжена V-образным рассекателем, а через канал пропущены открытые с торцов трубки. 4 з,п, ф-лы, 10 ил. фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4разрез Б — Б на фиг, 5 (вариант исполнения устройства, снабженного кожухом); на фиг.5 — разрез А-Ана фиг.4; на фиг. 6 — разрез QQ

Б — Б на фиг. 7 (вариант исполнения устрой- С ства, снабженного кожухом, с помещенным С в полости между кожухом и наружной обечайкой теплопроводным материалом); на фиг. 7 — разрез А — А на фиг, 6; на фиг. 8— разрез Б — Б на фиг. 9 (вариант исполнения устройства из составной обечайки); на фиг.

9 — разрез А-А на фиг. 8; на фиг, 10 — схема ) а тепловых потоков. (ь)

Нагревательное устройство (фиг. 1 — 3) представляет собой трубчатую конструкцию, состоящую иэ горизонтальных выполненных в виде осесимметричного в

1806312 гласно фиг. 1 — 3. Данный вариант исполнения позволяет увеличить поверхность нагрева на величину, определяемую площадью листов 21, 22 и 23, 24, Его применение целесообразно для создания нагревательных устройств повышенной теплоотдачи. При использовании полуобечаек полненный в виде пары пластин, установленных V-образно и тангенциально к обечайке 1, с вершиной а, обращенной к патрубку и расположенной в условной продольной горизонтальной диаметральной небольшого диаметра могут быть изготовлены небольшие по глубине (уплощенные) нагревательные устройства, хорошо вписываемые в интерьер помещения, занимающие мало места и поддающиеся декоративному оформлению, плоскости, На наружной и внутренней обечайках выполнены также отверстия меньшего диаметра (не показаны), расположенные по окружности таким образом, что они находятся на одном радиусе. Через каждую из этих пар отверстий в кольцевой канал 4 поперечно пропущены трубки 9 с открытыми наружными 10 и внутренними 11 торцами для сквозного прохода через них среды центрального

Каждое нагревательное устройство по вышеописанным вариантам может использоваться отдельно, обеспечивая, например, обогрев помещения сравнительно небольшой площади. В тех случаях, когда требуется более высокая теплоотдача, например для обогрева помещений большой площади, формируют блочное нагревательное устройройство содержит герметичный кожух, при давшие часть своего тепла теплопередаюэтом промежуточная полость между кожухом и цилиндрическими поверхностями щим поверхностям, через выходной патрубок 7 и дымоотводящую трубу отводятся наружу. обечаек заполнена теплопроводным материалом, например шамотом, а внутренняя При этом в связи с тем, что площадь обечайка 1, патрубки 6 и 7 и трубки 9 выве- поперечного сечения S2 входного патрубка продольном и поперечном сечениях цилиндра и установленных эаподлицо внутренней обечайки 1 и наружной обечайки 2, Указанные обечайки формируют открытый с торцов центральный канал 3 и кольцевой канал

4, закрытый с торцов заглушками 5, с образованием герметичной кольцевой камеры. В наружной обечайке 2 оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения выполнены отверстия (не показаны), в которые введены входной 6 и выходной 7 патрубки одинакового диаметра. При этом (no размерам на фиг, 1) площадь продольного сечения кольцевого канала S1 примерно в 2,3 раза меньше площади поперечного сечения 82 каждого из патрубков 6 и 7. Вкольцевом кан,але 4 против входного патрубка 6 на нижней образующей внутренней обечайки 1 по всей ее длине установлен рассекатель потока 8, выканала, Входной патрубок 6 присоединен к источнику продуктов сгорания (не показан), например к теплогенератору.

При установке нагревательного устройства в помещении для его обогрева выходной патрубок 6 присоединяется к дымовой трубе (не показана), выведенной через стенку (не показана) наружу, Согласно варианту исполнения, показанному на фиг. 4 и 5, нагревательное устройство помещено в герметичный кожух 12 с входным 13 и выходным 14 патрубками с образованием проме>куточной полости. При этом оно сформировано из цилиндрических обечаек, что предпочтительно, хотя может быть выполнено из составных обечаек.

В соответствии с вариантом исполнения согласно фиг, 6 и 7 нагревательное уст5

50 дены эа пределы кожуха 12, ТВК00 положение внутренней обечайки 1 относительно кожуха 12 исключает сообщение центрального канала с материалом 15, его засорение, забивание, Однако обечайка 1 может устанавливаться заподлицо с торцом кожуха 12, К дну кожуха 12 прикреплены ноги 16.

Согласно варианту исполнения в соответствии с фиг, 8 и 9 наружная обечайка 2 и внутренняя обечайка 1 выполнены составными и включают идентичные верхние цилиндрические полуобечайки 17 и 18, нижние цилиндрические полуобечайки 19 и 20, соединенные между собой с сопряжением плоскими листами 21, 22 и 23, 24. В остальном данное положение подобно исполнению соство из нес кол ь к их на гревател ь и ых устройств по вышеописанным вариантам, соединяемых между собой.

Нагревательное устройство работает следующим образом.

Из источника продуктов сгорания (не показан) разбавленные до требуемой степени воздухом продукты сгорания поступают во входной патрубок 6, из которого направляются к рассекателю 8 и разделяются им на два одинаковых полукольцевых потока, проходя по соответствующим кольцевым каналам (фиг, 1-7). Согласно фиг. 8 и 9 продукты сгорания после рассекателя проходят по одинаковым комбинированным каналам: по двум четвертьцилиндрическим и по двум прямым каналам. Продукты сгорания, от18063 ia

6 больше площади продольного сечения S1 кольцевого канала 4 или комбинированного канала, происходит уплотнение потока продуктов сгорания (поток сужается). Это явление способствует увеличению теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам наружной и внутренней обечаек, По выходу продуктов сгорания из канала, наоборот, происходит расширение потока. В результате обеспечивается лучшее перемешивание частиц продуктов сгорания, которые, как известно, имеют различную температуру по сечению, и, как следствие, достигается равномерная температура потока по всей высоте кольцевого канала, что способствует повышению теплоотдачи от продуктов сгорания к стенкам обечаек.

Подключение патрубков продуктов сгорания 6 и 7 к кольцевому каналу 4 и их оппозитная установка в наружной обечайке соосно горизонтальной оси ее поперечного сечения (по центру обечайки и один против другого) обеспечивают поперечное обтекание продуктов сгорания, которое, как показали испытания, для экспериментально установленных параметров устройства (таких, как диаметр обечаек, их длина и величина кольцевого зазора) обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи устройства, В связи с установкой рассекателя 8 и тангенциальным расположением его пластин на входе в полукольцевые каналы поток продуктов сгорания закручивается, что вызывает его турбулизацию и повышает теплоотдачу к стенкам наружной 2 и внутренней 1 обечаек. При этом нагреваются трубки 9, введение которых увеличивает суммарную поверхность, передающую тепло нагреваемому воздуху,и теплоотдачу от продуктов сгорания к стенкам обечаек, Кроме того, рассекатель в известной степени является теплоаккумулирующим элементом и поскольку он предпочтительно расположен внизу, то это благоприятно сказывается на тепловой обработке предметов и материалов, размещаемых в центральном канале, Назначение трубок 9 состоит также в создании струйного истечения нагретого воздуха (фиг, 10), так как нагретый воздух, находящийся в центральном канале 3, вытесняется вверх постоянно поступающим в этот канал потоком холодного воздуха В1, который движется вниз. При этом наиболее интенсивное истечение наблюдается через трубки, расположенные в верхней половине кольцевого канала 4. Истечение наблюдается и через трубки, расположенные в нижней половине кольцевого канала вследствие того, что холодный воздух В1, находящийся в

10 воздуха усиливается эффект конвективной теплопередачи, Основной конвективный теплообмен с нагреваемым окружающим воздухом осуществляется через нагретые поверхности

20

25 или материалов. Это расширяет область применения предложенного устройства по

35

45 центральном канале 3, заполняет эти трубки, нагревается в них, становится легче и вытесняется поступающей порцией потока воздуха В . По выходу из наружных торцов

10 струи нагретого воздуха дополнительно вытесняются наружным воздухом Bz и направляются вверх. Упрощенная схема потоков горячего и холодного воздуха показана на фиг, 10, В результате истечений горячего обечаек 1 и 2. Продукты сгорания, отдавшие часть своего тепла вышеописанным поверхностям теплообмена, через выходной патрубок и дымовую трубу отводятся наружу, Благодаря тому, что центральный канал

3 сформирован горизонтальными обечайками 1 и 2, выполнен сквозным и с наличием доступа к его торцам, он может быть использован как ниша для размещения в ней подлежащих тепловой обработке предметов сравнению с прототипом и устройствами подобного назначения, Нагревательное устройство в соответствии с фиг. 4 и 5 предназначено либо только для нагрева воды, либо одновременно для нагрева воды и обогрева помещения, что задается соответствующей температурой продуктов сгорания, получаемой в зависимости от степени их разбавления воздухом

Холодная вода поступает во входной патрубок 13, омывает наружные поверхности нагревательного устройства, которые через свои стенки передают ей тепло продуктов сгорания. Нагретая вода отводится через патрубок 14 и используется по назначению.

Вариант исполнения нагревательного устройства в соответствии с фиг. 6 и 7 используется для изготовления нагревательных устройств повышенной теплоотдачи по сравнению с устройствами, выполняемыми без кожуха и занимающими практически одну и ту же площадь помещения; Если для упрощения представить кожух нагревательного устройства как описанный вокруг окружности (наружной обечайки) квадрат, то даже в этом случае увеличение теплопередающей поверхности нагревательного устройства с кожухом по сравнению с теплопередающей поверхностью устройства без кожуха составит - 1,2 раза.

Передача тепла от поверхност и нагревательного устройства к материалу 15 осуществляется теплопередачей, от материала к стенкам кожуха 12 также теплопередачей, 1806312 а от них к окружающему воздуху помещения кон векцией. П р оду кты сгорания поступают в патрубок 6, а отводятся через патрубок 7 в дымовую трубу, Назначение варианта исполнения на- 5 гревательного устройства в соответствии с фиг. 8 и 9 описано выше, а работа аналогична работе нагревательного устройства согласно фиг, 1 — 3, . Применение нагревательного устройст- 10 ва в соответствии с изобретением позволяет расширить область применения всех известных устройств подобного назначения за счет использования его не только для обогрева помещения, но и для тепловой об- 15 работки предметов и материалов; использовать преимущества т,н, нагревательных устройств малой теплоем кости, состоящие в простоте конструкции, меньших затратах в связи с отсутствием промежуточного тепло- 20 носителя-воды; повысить эффективность использования продуктов сгорания как теп- лоносителя (по сравнению с базовым образцом, в качестве которого принят отопительный аппарат "Бухара", расчетное 25 значение удельного теплового потока предложенного нагревательного устройства Bblше примерно на 10 ); уменьшить площадь и габариты известных нагревательных устройств при одинаковой тепловой мощности. 30

Формула изобретения

1. Нагревательное устройство, содержащее горизонтальные наружную и внутреннюю соосные обечайки, выполненные каждая в виде осесимметричного в продоль- 35 ном и поперечном сечениях цилиндра и образующие центральный и кольцевой каналы, один из которых подключен к входному и выходному патрубкам продуктов сгорания, а другой сообщен с источником 40 нагреваемой среды, причем кольцевой канал снабжен поперечно пропущенными через его сечение открытыми с торцов. трубками для сквозного прохода через них среды центрального канала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения тепловой эффективности, патрубки продуктов сгорания подключены к кольцевому каналу и установлены в его наружной обечайке оппозитно и соосно горизонтальной оси симметрии ее поперечного сечения, а против входного патрубка s кольцевом канале, выполненном заглушенным с торцов, дополнительно установлен на его внутренней обечайке по касательной к ее поверхности

V-образный рассекатель с вершиной, обращенной к патрубку и расположенной в условной продольной горизонтальной диаметральной плоскости, а площадь продольного сечения канала по меньшей мере в два раза меньше площади поперечного сечения входного патрубка, 2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю ще ес я тем, что обечайки с патрубками допол.нительно охвачены с образованием проме>куточной полости герметичным кожухом, снаб>кенным входным и выходным патруб.ками..

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что длина внутренней обечайки больше длины наружной обечайки.

4. Устройство по пп. 1 — 3, о т л и ч à ющ е е с я тем, что промежуточная полость заполнена теплопроводным материалом, например шамотом, а наружные концы трубок кольцевого канала выведены через последний за пределы кожуха.

5,Устройство поп,1, отличаю щеес я тем, что каждая обечайка выполнена в поперечном сечении в виде двух полуокружностей; соединенных между собой с сопряжением прямолинейными участками, а трубки. кольцевых каналов размещены в зоне последних перпендикулярно к ним и радиально в зоне полуокру>кностей.

1806312

1806312

1806312

1806312

1806312

Составитель E,Ëóíòoâñêèé

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор И,Шмакова

Редактор С.Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 971 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5