ПЕРЕДВИЖНОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
MOVABLE HEAT GENERATOR

Изобретение относится к теплотехнике, а конкретно к передвижным теплогенераторам, используемым для подогрева помещений в холодное время года, для снабжения сушильных установок и других объектов горячим воздухом.
Теплогенераторы являются агрегатами, подогревающими воздух путем подвода к нему тепла от постороннего источника. В качестве источников тепла используются калориферы с электрическим, водяным, паровым или иным подогревом. Используются также горелки, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе; при этом теплогенератор (воздухоподогреватель) снабжается теплообменником, в котором тепло от горячих газов передаются либо через твердую стенку, либо при непосредственном смешении их.
Известны воздухонагреватели, содержащие подключенный к низконапорному вентилятору радиационный теплообменник, камеру сгорания, снабженную вентилятором подачи воздуха на горение (горелку) и подключенную по горячим газам к рабочему пространству конвективной поверхности нагрева теплообменника [1].
Недостатком известного решения является то, что в конструкции имеются один или несколько вентиляторов с электроприводом, для которого требуется подвод электроэнергии от постороннего источника.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является передвижной теплогенератор, содержащий закрепленный на тележке корпус, нагнетатель воздуха, камеру сгорания с горелочным устройством, топливную магистраль, теплообменник с центральным каналом, канал для подвода холодного воздуха и канал для отвода горячего воздуха. Центральный канал образован кольцевыми рядами вертикально закрепленных и равноотстоящих друг от друга труб, сообщающих полость камеры сгорания с выхлопной трубой, а камера сгорания выполнена в виде концентрично установленных внутреннего и внешнего цилиндров, смонтированных над горелочным устройством и образующих кольцевую полость - полость камеры сгорания, которая сообщена с каналом отвода горячего воздуха после теплообменника и отделена от канала подвода холодного воздуха внутренним цилиндром, закрепленным подвижно относительно корпуса нагнетателя воздуха. При этом между камерой сгорания и каналом отвода горячего воздуха смонтирована выравнивающая решетка, а топливная магистраль пропущена через выхлопную трубу [2].
Недостатком является потребность в подводе электроэнергии для питания электродвигателя вентилятора и других потребителей от внешнего источника.
Технической задачей изобретения являются достижение автономности теплогенератора за счет применения собственного источника электроэнергии и снижение затрат энергии за счет применения электрохимического генератора на топливных элементах и использования тепла, выделяемого им. Как известно, топливные элементы имеют самый высокий энергетический КПД [3].
Указанная задача достигается тем, что передвижной теплогенератор, содержащий закрепленный на тележке корпус, нагнетатель воздуха, камеру сгорания с горелочным устройством, топливную магистраль, теплообменник с центральным каналом, канал для подвода холодного воздуха и канал для отвода горячего воздуха, выхлопную трубу с шибером для выброса продуктов сгорания в атмосферу, при этом корпус с выхлопной трубой установлен на тележке вертикально, центральный канал образован кольцевыми рядами вертикально закрепленных и равностоящих друг от друга труб, сообщающих полость камеры сгорания с выхлопной трубой, а камера сгорания в верхней части выполнена в виде концентрично установленных внутреннего и внешнего цилиндров, смонтированных над горелочным устройством и образующих кольцевую полость - полость камеры сгорания, которая сообщена с каналом отвода горячего воздуха после теплообменника и отделена от канала подвода холодного воздуха внутренним цилиндром, закрепленным подвижно относительно корпуса нагнетателя воздуха, отличающийся тем, что для электропитания электродвигателя нагнетателя воздуха используется батарея топливных элементов, установленная на тележке, а теплообменник системы терморегулирования батареи топливных элементов установлен в канале для подвода холодного воздуха.
Топливо для батареи топливных элементов используется то же, что и для теплогенератора.
Предлагаемый передвижной теплогенератор схематично представлен на чертеже. Основными элементами теплогенератора являются
1 - корпус;
2 - выхлопная труба;
3 - шибер;
4 - канал для подвода холодного воздуха;
5 - канал для отвода холодного воздуха потребителю;
6 - нагнетатель воздуха;
7 - тележка;
8 - камера сгорания;
9 - теплообменник;
10 - корпус нагнетателя воздуха;
11 - горелочное устройство тороидальной формы;
12 - кольцевая полость камеры сгорания;
13, 14 - внутренний и внешний концентрично установленные цилиндры;
15 - центральный канал теплообменника;
16 - выравнивающая решетка;
17 - топливная магистраль;
18 - батарея топливных элементов;
19 - теплообменники системы охлаждения батареи топливных элементов;
20 - электродвигатель нагнетателя воздуха.
Корпус 1 выполнен цилиндрическим, переходящим в выхлопную трубу 2. В выхлопной трубе 2 установлен шибер 3 для изменения расхода продуктов сгорания. В корпусе 1 выполнен канал 4 для подвода холодного воздуха в теплогенератор и канал 5 для отвода горячего воздуха к потребителю. Корпус 1 закреплен на тележке 7 для транспортирования теплогенератора. Внутри корпуса смонтирована камера сгорания 8 и теплообменник 9. При этом полость камеры сгорания образована кольцевой полостью 12, между внутренним и внешним концентрично установленными цилиндрами 13, 14, закрепленными на трубной доске теплообменника 9. В полости камеры сгорания смонтировано горелочное устройство 11. Топливо к горелочному устройству подводится с помощью магистрали 17, которая пропущена через выхлопную трубу 2 для подогрева газа.
Между каналом отвода горячего воздуха к потребителю и полостью камеры сгорания смонтирована выравнивающая решетка 16. Кольцевая полость 12 - полость камеры сгорания служит, во-первых, для организации равномерного подвода горячего воздуха в зону горелочного устройства - с целью образования топливовоздушной смеси, а во-вторых, для частичного охлаждения продуктов сгорания и равномерного подвода рабочего тела к теплообменным трубам теплообменника 9 с целью равномерного нагрева конструкции. Теплообменник 9 выполнен с центральным каналом 15, образованным вертикальными трубами, закрепленными своими концами в трубных досках на определенном расстоянии друг от друга. Для компенсации температурного удлинения труб теплообменника внутренний концентрический цилиндр 13 имеет свободное перемещение относительно корпуса 10 нагнетателя воздуха 6.
На тележке 7 расположена батарея топливных элементов 18, включающая сборку топливных элементов, систему охлаждения и, при необходимости, конвертор топлива. Теплообменники системы охлаждения 19 расположены в канале подвода холодного воздуха 4, которому отдают избыточное тепло. Электроэнергия, вырабатываемая батареей топливных элементов, используется в электродвигателе нагревателя воздуха 20 и другими потребителями электроэнергии, например вентилятором горелочного устройства, агрегатами управления и регулирования (не показано).
Принцип работы теплогенератора заключается в следующем.
Газообразное топливо из баллонов или магистрали (не показано) подается в батарею топливных элементов 18. В зависимости от типа топливных элементов газ используется непосредственно или после риформинга с получением водорода. Электроэнергия, вырабатываемая батареей топливных элементов, подается к электродвигателю 20 нагнетателя воздуха 6 и к другим потребителям электроэнергии, например, к вентиляторам горелочного устройства и агрегатам управления и регулирования (не показано).
Включается в работу нагнетатель воздуха 6, затем при помощи запальника (не показан) горелочное устройство 11. Холодный воздух, засасываемый нагнетателем 6, предварительно подогревается в теплообменниках системы охлаждения топливных элементов 19. Основную часть тела холодный воздух получает, проходя через трубный пучок теплообменника 9. К горелочному устройству подводится часть горячего воздуха после теплообменника 9 из канала 5. За счет инжектирования воздуха газам образуется топливовоздушная смесь, участвующая в процессе горения. Для охлаждения продуктов сгорания воздух также подается по бокам горелочного устройства по кольцевой полости 12. Для обеспечения равномерного подвода воздуха к горелочному устройству он проходит через выравнивающую решетку 16. Продукты сгорания, проходя по теплообменным трубам теплообменника, охлаждаются до заданной температуры, отдавая тепло нагреваемому воздуху, и через выхлопную трубу 2, подогревая газ в топливной магистрали 17, выбрасываются в окружающую среду. Для изменения температуры продуктов сгорания на входе в теплообменник необходимо регулировать проходное сечение выходной трубы шибером 3: для увеличения температуры шибер прикрывать, а для уменьшения - открывать.
Выключение теплогенератора осуществляется перекрытием топливной магистрали 17.
В предложенном теплогенераторе достигнута большая автономность за счет собственного источника электроэнергии, повышена экономичность за счет использования в качестве электрогенератора батареи топливных элементов и использования тепла, выделяемого топливными элементами в процессе работы.
Источники
1. Авт. свид. SU 775538 А кл. F24Н 3/02, 15.09.83.
2. Патент РФ 2216696, МПК F24Н 3/00 от 30.10.2002.
3. Большая советская энциклопедия. - М.: «Советская Энциклопедия», 1978. Т.30, стр.123.