Агрегат воздухонагревательный
AIR-HEATING UNIT

Изобретение относится к автономному воздушному отоплению, в частности к воздухонагревательным устройствам смесительного типа, может использоваться для подачи нагретого воздуха в производственные и жилые помещения, например в агрегатные и обслуживающие помещения газоперекачивающей станции.
Известна система воздушного отопления по патенту РФ на изобретение №2230259, F24D 5/00, 2004, содержащая воздухозаборную шахту, вентиляторы, воздухонагреватель смесительного типа, установленный в приточном воздуховоде между воздухозаборной шахтой и вентилятором.
Недостатками системы воздушного отопления являются низкая эффективность нагрева и низкое качество поступающего в отапливаемые помещения воздуха, содержащего продукты сгорания топливного газа.
Известен газовый воздухонагреватель по патенту РФ на изобретение №2145050, F26B 23/02, F24H3/00, 2000, содержащий автоматизированный горелочный блок с многостадийным сжиганием газа, камеры сгорания газа и смешения продуктов горения, к камере сгорания  газа прикреплен теплообменный аппарат в форме изогнутой трубы, на внешней поверхности которого смонтированы сетчатые интенсификаторы.
Недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность нагрева и недостаточно высокое качество воздуха, поступающего на обогрев помещений, в связи с небольшим внутренним объемом теплообменника в виде изогнутой трубы, что ухудшает процесс сгорания топлива. Небольшая площадь поверхности теплообменника, которую обтекает поступающий извне воздух, имеет соответственно небольшую теплоотдачу и степень нагрева.
В качестве ближайшего аналога принят агрегат воздухонагревательный газовый модульный по патенту РФ на изобретение №2345291, F24H 3/00, 2009, содержащий воздухозаборный блок, вентиляторы, блок нагрева с воздухонагревателем смесительного типа, камеру наддува.
Недостатками ближайшего аналога является недостаточная эффективность нагрева воздуха в связи с отсутствием возможности дополнительного нагрева приточного воздуха. Кроме того, устройство по ближайшему аналогу не обеспечивает достаточной степени очистки нагретого воздуха от пыли и продуктов сгорания топливного газа.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности нагрева и качества поступающего в нагреваемые помещения воздуха.
Технический результат достигается тем, что в агрегате воздухонагревательном, содержащем воздухозаборное устройство, блок нагрева с хотя бы одним воздухонагревателем смесительного типа, вентиляционный блок с хотя бы одним вентилятором, нагнетательный блок, согласно изобретению теплообменник воздухонагревателя выполнен в виде горизонтально ориентированного корпуса каплеобразной формы в сечении, над теплообменником с зазором установлена направляющая пластина, огибающая наружную поверхность теплообменника, теплообменник установлен с образованием зазора между его боковыми сторонами и боковыми стенками блока нагрева, в воздухонагревателе установлена горелка предварительного смешения, после воздухозаборного устройства расположен блок фильтров.
x
Технический результат обеспечивается за счет того, что теплообменник выполнен с обтекаемым внешним профилем. Корпус теплообменника имеет в сечении вдоль продольной оси нагревательного блока каплеобразную форму, т.е. форму, несколько сходную с формой горизонтально расположенного овала, скругленного с одного конца - со стороны набегающего потока и суженного с другого конца - со стороны выходной щели продуктов сгорания топливного газа. В поперечном направлении теплообменник занимает практически всю ширину блока за исключением небольших зазоров возле его боковых сторон. Данная форма позволяет увеличить контактную площадь между потоком воздуха, проходящим через блок нагрева и обтекаемой им поверхности теплообменника. Расположение с зазором над корпусом теплообменника направляющей пластины, огибающей его наружную поверхность, и повторяющую его профиль, повышает интенсивность нагрева приточного воздуха за счет увеличения площади нагретой поверхности, с которой контактирует проходящий воздух. Пластина нагревается от корпуса теплообменника, воздух, омывая пластину, предварительно нагревается. Воздух, направляемый пластиной в зазор между ней и корпусом теплообменника, нагревается более интенсивно. Кроме того, воздух протягиваемый вентилятором, попадая в зазор между пластиной и корпусом, дополнительно нагревается под действием силы трения. Установка теплообменника с образованием зазора между его боковыми сторонами и боковыми стенками блока нагрева обеспечивает движение воздуха вдоль боковых поверхностей корпуса теплообменника, что также способствует его нагреву от поверхности корпуса и от сил трения. Предварительный дополнительный нагрев поступающего в блок горения воздуха способствует повышению эффективности нагрева воздуха в воздухонагревательном агрегате. Использование в воздухонагревателе горелки предварительного смешения с собственным вентилятором позволяет предотвратить выжигание кислорода в нагреваемом воздухе и ограничить содержание в нем вредных продуктов сгорания, таких как CO и NO, что повышает качество подаваемого потребителям воздуха. Расположениепосле воздухозаборного устройства и перед блоком нагрева блока воздушных фильтров позволяет очистить уличный воздух от пыли и улучшить процесс сгорания топлива.
На фигуре 1 представлена схема воздухонагревательного агрегата.
На фигуре 2 представлен общий вид воздухонагревательного агрегата со стороны блока нагрева.
На фигуре 3 представлен общий вид воздухонагревательного агрегата со стороны секции обслуживания.
Модуль воздухонагревательного агрегата содержит корпус контейнера 1, на котором распложено воздухозаборное устройство в виде козырька 2 с сеткой, в корпусе расположена секция обслуживания 3 и расположены следующие блоки: блок фильтров 4 с воздушными фильтрами 5, блок нагрева 6 с установленными внутри теплообменниками 7 и направляющими пластинами 8, блок вентиляторов 9 с установленными в нем вентиляторами 10, блок нагнетания 17 с воздушными клапанами 11 и отводом 12 в секцию обслуживания.  На отводе 12 установлен дроссельный клапан 13. Нагретый воздух передается в обогреваемые помещения 14 по воздуховодам 15. Теплообменники 7 связаны с горелками 16 предварительного смешения. В секции обслуживания 3 установлен шкаф 18 системы КИП, САУ и электропитания.
Агрегат воздухонагревательный работает следующим образом.
x
Наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство 2 в виде козырька с металлической сеткой вовнутрь корпуса контейнера 1 воздухонагревательного агрегата. Корпус контейнера 1 представляет собой жесткий металлический каркас, смонтированный на раме,  с закрепленными на нем стеновыми и кровельными многослойными панелями. Наружный воздух проходит через блок фильтров 4, где очищается от содержащихся в нем посторонних частиц, в частности пыли. В фильтрах 5 используются, например, металлические фильтроэлементы, так как они являются наиболее эффективными и удобными в обслуживании. Очищенный в блоке фильтров 4 наружный воздух нагнетается в блок нагрева 6 посредством вентиляторов, например центробежных, установленных за блоком нагрева 6 в блоке вентиляторов 9. Для снижения вибраций, передаваемых от вентиляторов на корпус 1, применяют резиновые виброизоляторы. В блоке нагрева 6 очищенный воздух обтекает установленные там теплообменники 7, имеющие корпуса каплевидной формы, и смонтированные над ними с зазором направляющие пластины 8, повторяющие форму корпусов теплообменников 7. При соприкосновении с корпусами теплообменников 7 и направляющими пластинами 8 воздух предварительно нагревается и смешивается с продуктами сгорания топлива, выходящими из выходных щелей теплообменников 7, которые передают нагреваемому воздуху свое тепло, что позволяет повысить интенсивность нагрева поступающего в воздухонагревательный агрегат воздуха. Сгорание топлива осуществляется с помощью горелок  предварительного смешения 16 с собственным вентилятором, трубой смешения и сетчатого интенсификатора горения, например горелок типа Premix. Воздух для горения попадает в зону горения через перфорацию, выполненную в пламенной трубе горелки 16. Использование горелок предварительного смешения 16 позволяет предотвратить выжигание кислорода в нагреваемом воздухе, а также обеспечивают минимальное содержание в нем вредных продуктов сгорания таких, например, как СО и NO. Газ подается в коллектор горелочных устройств, перемешивается с воздухом и выходит через перфорацию пламенной трубы горелки 16. Газовая система включает запорную и регулирующую аппаратуру, контролирующие приборы и датчики. Газовая система подключается к газовой магистрали через фланец подачи газа и отсечной клапан. Давление газа на фланце агрегата должно быть в пределах от 0,02 до 0,52 МПа. Нагретый воздух с помощью вентиляторов блока вентиляторов 9 подается далее через блок нагнетания 17 по воздуховодам 15 в отапливаемые помещения или в секцию обслуживания 3 через отвод 12. Для распределения и подачи нагретого воздуха в отапливаемые помещения в случае наличия в агрегате воздухонагревательном нескольких линий нагрева, блок нагнетания 17 снабжен воздушными автоматическими управляемыми клапанами 11. Для подачи нагретого воздуха в секцию обслуживания 3 отвод 12 снабжен дроссельным клапаном 13. На фигурах изображена, в качестве примера, наиболее эффективная конструкция агрегата воздухонагревательного, включающая три линии нагрева: две основные и одну резервную. В данной конструкции блок нагрева 6 включает три теплообменника 7, блок вентиляторов 9 содержит три центробежных вентилятора, а блок нагнетания 17 включает три отсека, в каждом из которых установлен воздушный автоматический управляемый клапан 11, что позволяет обеспечить подачу нагретого воздуха разным потребителям, перераспределять или резервировать потоки. Режимы нагрева и подачи воздуха контролируются КИП и управляются системой автоматического управления САУ. Шкаф 18 системы КИП, САУ и электропитания расположен в секции обслуживания 3. Применение автоматизированной системы управления позволяет регулировать требуемый расход воздуха и топлива для эффективного нагрева воздуха и защиты от недопустимого повышения  ПДК вредных веществ в нагреваемом воздухе.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность нагрева и качества поступающего в нагреваемые помещения воздуха.