ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ
POLYFUNCTIONAL AIR HEATER

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно для использования тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагревании воздуха, подаваемого на горение.
Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий плоские параллельные листы (пластины), образующие между собой каналы для потоков теплообменных сред [А.с. СССР №1120155, кл. F28D 9/00, 1984].
Основными недостатками известного устройства являются низкая скорость теплообмена между средами (горячими дымовыми газами и воздухом), обусловленная недостаточной турбулизацией потоков, невозможность осуществления в нем попутной очистки запыленных газов от частиц механических примесей и использования тепла дымовых газов для получения электроэнергии, что снижает эффективность устройства.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пластинчатый воздухоподогреватель, содержащий пакет из плоских пластин, покрытых антикоррозионным покрытием, с турбулизующими выступами, образующими между собой каналы для теплообменивающихся потоков газа и воздуха [А.с. СССР №1575062, М.кл. F28D 9/02, 1990].
Основными недостатками известного пластинчатого воздухоподогревателя являются невозможность осуществления в нем утилизации тепла дымовых газов для попутной очистки их от твердых примесей (частиц пыли, золы, сажи и т.д.) и получения электроэнергии, что снижает его эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности полифункционального воздухоподогревателя.
Технический результат достигается тем, что полифункциональный воздухоподогреватель включает корпус, снабженный газовыми и воздушными патрубками, внутри которого помещен пакет из плоских сплошных и перфорированных пластин, размещенных поочередно, образующих между собой газовые и воздушные каналы, отверстия в перфорированных пластинах размещены попарно рядами друг против друга и снабжены шайбами, выполненными из диэлектрического материала, через которые пропущены также попарно, перпендикулярно и под углом относительно плоских пластин проволочные отрезки, выполненные из разных металлов и спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные сетки, устроенные таким образом, что продольные половины каждой зигзагообразной сетки находятся в газовом и воздушном каналах, соответственно, при этом все зигзагообразные сетки одного поперечного сечения соединены между собой последовательно через боковые отверстия в сплошных пластинах проволочными отрезками, припаянными к их концам, образуя многорядные зигзагообразные сетки, размещенные друг над другом по ярусам во всех газовых и воздушных каналах, причем каждая многорядная зигзагообразная сетка соединена своими концами проволочными отрезками, пропущенными через отверстия в боковых стенках корпуса, с коллекторами электрических зарядов, соединенными, в свою очередь, с клеммами.
На фиг.1-3 представлены общий вид и разрезы полифункционального воздухоподогревателя (ПФВП), на фиг.4-5 - узел стыковки электрогенерирующих проводов с плоскими пластинами (стенками газовых и воздушных каналов) ПФВП.
Предлагаемый ПФВП содержит корпус 1, снабженный газовыми и воздушными патрубками (на фиг.1-5 не показаны), внутри которого помещен пакет, в котором поочередно размещены плоские перфорированные и сплошные пластины 2 и 3, образующие между собой газовые и воздушные каналы 4 и 5, соответственно, отверстия 6 и 7 в перфорированных пластинах 2 размещены попарно рядами друг против друга и снабжены шайбами 8 и 9, выполненными из диэлектрического материала, через которые пропущены также попарно, перпендикулярно и под углом относительно пластин 2 оголенные проволочные отрезки 10 и 11, выполненные из разных металлов и спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные сетки 12, ячейки которых размещены друг над другом в коридорном или шахматном порядке (на фиг.1-3 приведено коридорное расположение ячеек сеток 12) таким образом, что продольные половины каждой сетки 12 находятся в газовом и воздушном каналах 4 и 5, соответственно, сетки 12 одного поперечного сечения ПФВП соединены между собой последовательно через отверстия в сплошных пластинах 3 проволочными отрезками 11, образуя многорядные зигзагообразные сетки 13, размещенные друг над другом по ярусам во всех газовых и воздушных каналах 4 и 5, причем каждая многорядная зигзагообразная сетка 13 соединена своими концами проволочными отрезками 11, пропущенными через отверстия в боковых стенках корпуса 1 с коллекторами электрических зарядов 14 и 15, соединенными, в свою очередь, с клеммами 16 и 17 соответственно.
В основу работы предлагаемого полифункционального воздухоподогревателя положено увеличение скорости теплообмена при применения поверхностей теплообмена с искусственно созданными источниками турбулентности, что обеспечивает интенсификацию процессов теплопередачи путем турбулизации потока среды, разрушения ламинарного подслоя, увеличения поверхности нагрева и, в свою очередь, приводит к снижению размера теплообменной установки. Выполнение источников турбулентности в виде рядов зигзагообразных сеток 12, изготовленных из оголенных проволочных отрезков 10 и 11, выполненных из разных металлов, спаянных на концах между собой, обеспечивает при нагреве одних спаянных концов проволочных отрезков горячими дымовыми газами и охлаждении других холодным воздухом появление в зигзагообразных сетках 12 термоэлектричества [С.Г.Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с.502-506]. При этом протекание электрического тока вызывает появление на поверхности оголенных проводов многорядных зигзагообразных сеток 13 электрических зарядов, притягивающих к себе мелкие частицы механических примесей, что позволяет проводить в ПФВП наряду с нагревом воздуха очистку запыленных дымовых газов.
Плоскоканальный полифункциональный воздухоподогреватель, представленный на фиг.1-5, работает следующим образом.
Запыленные дымовые газы при параметрах, соответствующих режиму работы котельного агрегата из входного газового патрубка, поступают в газовые каналы 4, а из входного воздушного патрубка противотоком в воздушные каналы 5 ПФСП подается холодный воздух, который, при прохождении через каналы 5 в результате процесса теплообмена, заключающегося в передаче тепла теплопроводностью через смежные стенки 2 и 3 газовых и воздушных каналов 4 и 5, соответственно, конвекции в газовой и воздушной средах, нагревается до требуемой температуры и удаляется через выходной воздушный патрубок, а горячие дымовые газы охлаждаются и также удаляются через выходной газовый патрубок (на фиг.1-5 газовые и воздушные патрубки не показаны). При этом большое количество ярусов многорядных зигзагообразных сеток в газовых и воздушных каналах 4 и 5 обеспечивает турбулизацию газовых и воздушных потоков в них и, таким образом, повышает скорость теплопередачи между дымовыми газами и воздухом. Одновременно с процессом теплопередачи ПФВП выполняет функцию электогенератора в результате нагрева спаянных концов проволочных отрезков в зигзагообразных сетках 12, расположенных в газовых каналах 4, горячими дымовыми газами и охлаждения других спаянных концов, расположенных в воздушных каналах 5, холодным воздухом, что обеспечивает появление в многорядных зигзагообразных сетках 13 термоэлектричества, которое поступает в коллекторы 14 и 15, а оттуда через клеммы 16 и 17 подается потребителю. Кроме того, ПФВП одновременно выполняет функцию фильтра, так как наличие сеток 13 предотвращает унос дымовыми газами крупных частиц механических примесей, а протекание электрического тока обеспечивает появление на поверхности оголенных проволочных отрезков 10 и 11 электрических зарядов на всех ярусах многорядных зигзагообразных сеток 13, что притягивает к себе мелкие частицы механических примесей, которые оседают на их поверхности, после чего очищенные и охлажденные дымовые газы удаляются из ПФВП.
Очистку поверхности проводов многорядных зигзагообразных сеток 13 от налипших частиц механических примесей проводят периодически путем их обдувания сжатым воздухом. Интервал между обдувками устанавливают на основании опытных данных.
Эффективность очистки дымовых газов от пылевидных механических примесей зависит от величины ячеек в сетках 13, которая зависит от величины угла между проволочными отрезками 10 и 11, взаимного расположения сеток 13 (коридорного или шахматного), шага между ярусами и их числа.
Величина разности электрического потенциала на клеммах 16 и 17 зависит от характеристик пар металлов, из которых изготовлены проволочные отрезки 10 и 11, числа их пар в многорядных зигзагообразных сетках 13 и числа ярусов (сеток 13). Полученный электрический ток можно использовать для внутрицеховых нужд, например для освещения.
Таким образом, предлагаемый полифункциональный воздухоподогреватель позволяет проводить одновременно нагрев дутьевого воздуха дымовыми газами, очистку их от механических примесей и получение электричества путем его генерирования в самом аппарате при утилизации тепла дымовых газов, что повышает его эффективность.