РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ
REGENERATIVE AIR HEATER

Изобретение относится к вращающимся регенеративным воздухонагревателям (теплообменникам) и предназначено для передачи тепла от одного теплоносителя к другому с использованием промежуточной теплоаккумулирующей насадки, может применяться в энергетике, химической промышленности для утилизации тепла отводимых газовых сушильных установок.
Известны аппараты, используемые для передачи тепла от одного теплоносителя к другому с помощью вращающего ротора с теплоаккумулирующей насадкой, причем теплоаккумулирующая насадка может быть выполнена в виде пакета кольцевых пластин, дисков, установленных перпендикулярно оси вращения ротора, а также радиальных и кольцевых секторов, заполненных насыпными теплоаккумулирующими элементами (RU 2346208 С2, RU 2269062 C1, RU 224197 C1, RU 2202073 С2, RU 2022210 C1, RU 2007113246 А).
Известные объекты требуют наличие вспомогательных устройств для обеспечения движения газов по каналам, таких как вытяжные системы, вентиляторы и отдельный привод на вращение ротора с насадкой. Такие конструкции увеличивают количество подвижных элементов и снижают надежность системы в целом. Использование насыпных теплоаккумулирующих элементов ограничивает режим движения теплоносителей в каналах, следовательно, интенсивность передачи тепла.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является выбранная в качестве прототипа полезная модель (RU 61392 U1, МПК F23L 15/02 (2006.01)). Конструкция прототипа состоит из корпуса с патрубками для подвода и отвода греющегося и нагреваемого теплоносителя, уплотняющего узла, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор, оборудованный теплоаккумулирующей насадкой.  Недостатком данной конструкции является то, что используемый ротор имеет ограничение по площади поверхности теплообмена, в результате чего снижается тепловая эффективность системы.
Задачей изобретения является повышение технологичности, тепловой эффективности и надежности системы в целом.
Это достигается тем, что предлагаемый регенеративный воздухонагреватель содержит: корпус с патрубками для подвода и отвода греющего и нагреваемого теплоносителя, уплотняющий узел, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор, оборудованный теплоаккумулирующей насадкой, в отличие от прототипа теплоаккумулирующая насадка выполнена в виде сотовой конструкции с соотношением эквивалентного диаметра к длине отдельного канала менее 20 и каналов насадки, расположенных под углом к направлению движения теплоносителя таким образом, чтобы при вращения насадки обеспечивалась передача кинетической энергии к теплоносителю, угол наклона осей каналов определяется в зависимости от требуемого расхода теплоносителя, частоты вращения ротора и характерного размера каналов сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, толщина стенки сотовой конструкции определяется как с точки зрения прочности, так и с точки зрения теплоаккумулирующей способности, в корпусе в качестве уплотняющего узла, между зонами движения теплоносителей, стационарно установлено динамическое уплотнение, препятствующее перетоку греющего и нагреваемого теплоносителя соответственно.
Вращающийся ротор может быть разделен на ряд секторов с уложенной теплоаккумулирующей насадкой сотовой конструкции, имеющей разный эквивалентный диаметр каналов, меняющийся в зависимости от радиуса расположения на роторе для обеспечения одинаковых чисел Рейнольса.
Преимуществом является возможность отказа от дополнительных устройств транспортировки теплоносителя за счет использования сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, выполняющей функцию вентилятора, возможность использования бесконтактных динамических уплотнений, имеющих значительно больший ресурс, высокие значения коэффициента теплопередачи за счет работы каналов насадки в режиме «начального участка», а следовательно, в зоне развитой турбулентности, а также равномерность коэффициента теплоотдачи за счет изменения характерных размеров каналов насадки по радиусу.
Конструкция регенеративного воздухонагревателя представлена на фигурах: на фигуре 1 представлена схема регенеративного воздухонагревателя с сотовой конструкцией, на фигуре - 2 схема угла установки каналов. Регенеративный воздухонагреватель содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с патрубками 3, 4 для подвода и отвода греющего и нагреваемого теплоносителя с торцевых полостей, причем зона подвода и зона отвода выполнены в виде элементов переменного сечения. Вращающейся ротор 2 на оси 7, который может быть разделен на ряд секторов 5 с уложенной теплоаккумулирующей насадкой 6, выполненной в виде сотовой конструкции с соотношением эквивалентного диаметра к длине отдельного канала менее 20. При соотношении эквивалентного диаметра к длине канала более 20 не будет гарантирована турбулизация потока. Каналы насадки расположены под углом к направлению движения теплоносителя таким образом, чтобы при вращении насадки обеспечивалась передача кинетической энергии к теплоносителю, угол наклона (фиг. 2) осей каналов определяется в зависимости от требуемого расхода теплоносителя, частоты вращения ротора и характерного размера каналов сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки. В регенеративном воздухонагреватели может быть размещено несколько соосно вращающихся роторов. Зоны греющего и нагреваемого теплоносителя изолируются с помощью стационарно установленных между зонами движения теплоносителя динамических уплотнений 8 Устройство работает следующим образом: греющий теплоноситель, попадая в патрубок подвода 3, равномерно распределяясь в подводящих патрубках переменного сечения, захватывается каналами теплоаккумулирующей насадки 6 вращающегося на оси 7 ротора 2, проходя по которым, нагревает стенки каналов насадки, при этом его кинетическая энергия возрастает, ротор поворачивается и оказывается в зоне нагреваемого теплоносителя, захватывая каналами нагреваемый теплоноситель, последний, проходя по каналам нагретой насадки, увеличивает свою температуру и кинетическую энергию, отводятся теплоносители через патрубки отвода 4. При прохождении теплоносителя зоны динамического уплотнения 8 наклонные каналы насадки и зоны уплотнения корпуса инициируется вихревое движения газа, что препятствует перетоку теплоносителей.
Технико-экономическим результатом изобретения является повышение технологичности за счет использования сотовой конструкции теплоаккумулирующей насадки, тепловой эффективности за счет организации движения в режиме развитой турбулентности, характерной для начальных участков, и обеспечения одинакового коэффициента теплопередачи за счет изменения эквивалентного диаметра каналов теплоаккумулирующей насадки сотовой конструкции в зависимости от радиуса расположения на роторе, надежности системы в целом за счет объединения функции теплопереноса и устройства транспортировки в одном элементе и использования динамических уплотнений.