ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ ГАЗОВЫЙ

Техническое решение относится к теплоэнергетике, в частности, к устройствам для нагрева воздуха, подаваемого для отопления помещений широкого спектра назначений.
Известен воздухонагреватель газовый смесительный, содержащий цилиндрический корпус, горелочное устройство, установленное внутри концентрично с корпусом, вентилятор подачи нагреваемого воздуха и его завихритель (Пат. 2196942 РФ, опубл. 20.01.2003; заявл 09.10.2000, №2000125408, опубл. 10.09.2002). Его недостатком, резко снижающим область возможного применения, является смешение нагреваемого воздуха с газообразными продуктами сгорания топлива. При прочих равных условиях для получения более горячего воздуха необходимо увеличивать долю содержащихся в нем дымовых газов. При декларированном снижении содержания окиси углерода и окислов азота совершенно ясно, что и содержание кислорода в такой газо-воздушной смеси будет значительно ниже нормы. Такую смесь нельзя подавать, например, в шахту, производственные помещения, где работают люди.
Наиболее близким к заявляемому устройству, принятым в качестве прототипа, является воздухонагреватель рекуперативный револьверного типа, содержащий цилиндрический корпус и цилиндрическую камеру сгорания, установленные концентрично, конвективную поверхность нагрева, выполненную из труб, установленных равномерно вокруг камеры сгорания параллельно ее оси, спиральный канал в межтрубном пространстве конвективной поверхности нагрева, огибающий снаружи камеру сгорания от патрубка подвода воздуха до патрубка его отвода, газовую горелку и патрубок отвода дымовых газов (Пат. 2520274 РФ, опубл. 20.06.2014, заявл. 07.12.2012, №2012155298).
Недостатком прототипа является то, что при сжигании топлива газообразные продукты сгорания, дойдя до торцевой стенки камеры сгорания, поворачивают (реверсируют) в обратную сторону и выходят из камеры в пространстве между факелом и внутренней поверхностью цилиндрической камеры. Так как светимость реверсивных газообразных продуктов сгорания значительно ниже светимости факела, то они фактически экранируют факел от внутренней поверхности камеры сгорания, снижая тем самым радиационный теплообмен.
Этот недостаток снижает эффективность работы воздухонагревателя.
Техническим решением заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы воздухонагревателя за счет вовлечения в теплообмен между продуктами сгорания топлива и нагреваемым воздухом радиационной составляющей.
Поставленная задача решается тем, что в воздухонагревателе газовом, содержащем цилиндрический корпус и цилиндрическую камеру сгорания, установленные концентрично, конвективную поверхность нагрева, выполненную из труб, установленных равномерно вокруг камеры сгорания параллельно ее оси, спиральный канал в межтрубном пространстве конвективной поверхности нагрева, огибающий снаружи камеру сгорания от патрубка подвода холодного воздуха до патрубка отвода нагретого воздуха, газовую горелку и патрубок отвода дымовых газов, согласно полезной модели, задняя крышка камеры сгорания выполнена сферической формы и на выходе дымовых газов из камеры сгорания образует камеру их разворота, в центральной части задней крышки со стороны камеры сгорания установлен осевой конический рассекатель дымовых газов, выполненный из ребер, ориентированных радиально, сборный коллектор дымовых газов и патрубок подвода холодного воздуха выполнены со стороны фронтовой части камеры сгорания, а патрубок отвода нагретого воздуха - со стороны камеры разворота дымовых газов.
Конструкция воздухонагревателя поясняется схемами его компоновки. На фиг. 1 показан продольный разрез воздухонагревателя: на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 со снятой задней крышкой; на фиг. 3 - вид в плане; на фиг. 4 - рассекатель (вид по стрелке Б на фиг. 1).
Воздухонагреватель содержит цилиндрическую топочную камеру 1, выполненную из отрезка металлической трубы 2, установленной горизонтально; конвективный газоход 3, ограниченный с одной стороны наружной поверхностью металлической трубы 2, а с другой - внутренней поверхностью металлической трубы 4 большего диаметра и установленной соосно металлической трубе 2; газовую горелку 5, установленную на фронтовой стенке 6 топочной камеры 1; конический ребристый рассекатель 7, установленный на крышке 8, представляющей собой заднюю стенку топочной камеры 1; две опоры 9 и патрубки 10 - подвода холодного воздуха, 11 - отвода горячего воздуха, 12 - отвода газообразных продуктов сгорания топлива. В конвективном газоходе 3 параллельно оси топочной камеры 1 установлены трубы 13, закрепленные в трубных досках 14, расположенных в начале и конце конвективного газохода 3. Снаружи к металлической трубе 4 тангенциально (по касательной) приварены два патрубка: 10 - для подвода холодного воздуха - ближе к фронту воздухонагревателя, 11 - для отвода горячего воздуха - ближе к задней стенке. Крышка 8 выполнена сферической формы, за счет которой при установке крышки на воздухонагревателе образует на выходе из топочной камеры 1 пространство, представляющее собой камеру разворота дымовых газов 15.
Газообразное топливо, сгорая в горизонтально ориентированной топочной камере 1, образует факел, длина которого равна глубине топки. Цилиндрическая поверхность топочной камеры 1 представляет собой радиационную поверхность нагрева воздухонагревателя, омываемую снаружи потоком воздуха, который нагревается пропорционально той части количества теплоты, которая была воспринята топочной камерой 1. На выходе из топочной камеры 1, в камере разворота дымовых газов 15, поток дымовых газов разворачивается и коническим ребристым рассекателем 7 распределяется по трубам 13 конвективной поверхности нагрева. В конвективной части дымовые газы конвекцией передают теплоту нагреваемому воздуху, догревая его до заданной температуры.
Пройдя по трубам 13 конвективной части, дымовые газы собираются в коллекторе и по патрубку отвода горячего воздуха 11 выводятся из воздухонагревателя.
Воздух для нагрева поступает в воздухонагреватель по патрубку подвода холодного воздуха 10, который направляет его тангенциально к цилиндрической стенке. За счет тангенциального ввода воздух закручивается, а за счет витой промежуточной трубной доски 14, образующей спиральный газоход закрученный поток воздуха образует коаксиальный вихрь, перемещающийся к задней стенке воздухонагревателя. Коаксиальный вихрь хорошо перемешивает слои воздушного потока, который получает теплоту излучением со стороны топочной камеры 1 и конвекцией при поперечном омывании труб 13 конвективной поверхности нагрева.
Сделав три витка вокруг топочной камеры 1, воздушный поток по патрубку отвода горячего воздуха 11 выходит из воздухонагревателя нагретым до заданной температуры.
Таким образом, при сгорании газообразного топлива в горизонтально ориентированной топочной камере 1, за счет радиационного теплообмена, т.е. излучения горящих продуктов сгорания, воздух, поперечно омывающий снаружи топочную камеру 1, получает одну часть количества теплоты, необходимого для его нагрева до заданной температуры, а за счет конвективного теплообмена - другую. При этом за счет создания камеры разворота дымовых газов 15, их отвода из топочной камеры 1 и распределения по трубам 13 конвективной части повышается эффективность радиационного теплообмена в воздухонагревателе.