ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области теплообменной техники и может быть использована в системах вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха, а также для нагрева или охлаждения воздуха, и охлаждение воздухом в технологических линиях.
Известны воздухоохлаждаемые теплообменники с системой оребренных труб для воздушных охладителей. Контактное сопротивление у ребра является ограничивающим фактором при использовании оребрения труб. Оребренные трубы собираются в пучки, и размещение труб существенно влияет на характеристики теплообменника [1] с.89-93. Справочник по теплообменникам: В2-х т. Т.2 /Под ред. Мартыненко О.Г. и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 с.: ил.
Недостатками известных устройств является низкая эффективность работы.
Известен теплообменник, содержащий расположенные в шахматном порядке прямые чередующиеся трубы с поперечным, имеющим подогнутые боковые кромки и продольным плавниковым или мембранным оребрением, причем трубы с продольным оребрением содержат дроссельные шайбы, перепускные лабиринтные камеры с горизонтальными и вертикальными перегородками, изогнутыми на всю ширину или только со стороны одной из продольных кромок, предназначенными для обеспечения требуемого направления движения теплоносителя по трубам [2] Пат. 2146795 F 28 D 1/04.Медведев В.А. и др. Теплообменник.
Недостаток состоит в сложности конструкции и трудоемкости при технологической сборке теплообменника.
Наиболее близким по технической задаче и по технической сущности к заявляемому, является воздухонагреватель, содержащий пучок труб, размещенных в воздуховоде с заданным шагом и снабженных кольцевым или спиральным оребрением с отогнутыми по бокам на 90° участками ребер, образующих на последних скошенные кромки, расположенные друг к другу в каждом ребре или витке под острым углом 20°-40°, развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы, образующей к высоте ребра h составляет
[3]. RU 2000518 F 23 L 15/04. ВТНИИ им. Ф.Э.Дзержинского. Воздухонагреватель.
Недостатками известного является недостаточно высокая эффективность теплообмена.
Предлагаемая полезная модель направлена на улучшение показателей назначения: повышение эффективности теплообмена, увеличение производительности по теплу (холодопроизводительности), снижение гидравлического и аэродинамического сопротивлений, уменьшение удельной массы оребрения, снижение засоряемости теплоотдающей поверхности.
Поставленная задача решается тем, что в воздухонагревателе, содержащем пучок труб, размещенных в воздуховоде с заданными продольными и поперечными шагами, обеспечивающими расстояние А между кромками оребрения трубного пучка не более шага оребрения t (Δ≤t), увеличивающими компактность пучка, и снабженных кольцевым или спиральным оребрением, с отогнутыми по бокам участками ребер под углом 90°, образующих на последних скошенные кромки, расположенные друг к другу в каждом ребре под острым углом γ, развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра к его высоте h составляет  согласно предлагаемой полезной модели, острый угол γ между скошенными кромками каждого ребра составляет 40°...60°, а шаг оребрения t=h-b, при этом большему углу γ должен соответствовать больший шаг оребрения t, что приводит к снижению аэродинамического сопротивления и уменьшению засоряемости.
Техническая сущность предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности теплообмена путем выполнения пучка труб, снабженных кольцевым и спиральным оребрением с шагом оребрения, позволяющим снизить аэродинамическое сопротивление и уменьшить загрязняемость во время эксплуатации.
Выполнение заданного пучка труб с продольными и поперечньми шагами, обеспечивающими расстояние между кромками оребрения не более шага оребрения, позволяет увеличить компактность пучка труб и дает возможность установки большего количества оребренных труб, что ведет к снижению гидравлического сопротивления.
Пучки труб воздухонагревателя могут быть выполнены как биметаллическими, так и монометаллическими, изготавливаться методом накатки или навивки и располагаться
как горизонтально, так и вертикально, в зависимости от применяемого вида внутреннего теплоносителя.
В заявленном техническом решении при отгибе скошенных кромок ребер под острым углом γ=40°...60°, в соответствии с вышеуказанным соотношением  снижение аэродинамического сопротивления составляет 25%.
На Фиг.1 - показана одна из труб пучка воздухонагревателя, снабженная спиральным оребрением.
На Фиг.2 - показан пучок труб воздухонагревателя.
1
2
Воздухонагреватель Фиг.1, 2 содержит шахматный пучок труб, размещенный в воздуховоде с заданными продольньми и поперечными шагами S и S, обеспечивающими расстояние Δ между кромками оребрения пучка труб не более шага оребрения t (Δ≤t), снабженных спиральным оребрением с отогнутыми по бокам участками ребер под углом 90° и острым углом γ между скошенньми кромками каждого ребра 40°...60°, с отношением расстояния b скошенной кромки ребра к высоте ребра h в пределах , с шагом оребрения t=h-b.
Воздухонагреватель работает следующим образом:
В пучок труб подается внутренний теплоноситель, образуя одно - или многоходовое движение. В трубном пучке происходит теплообмен между средой, протекающей внутри пучка труб и средой, омывающей ее в поперечном направлении воздушным потоком. Воздушный поток омывает пучок труб, снабженных спиральным оребрением снаружи и отводит тепло или холод, передаваемый внутренним теплоносителем.
Экспериментальные данные:
В таблице 1 приведены сравнительные данные показателей назначения четырехрядных воздухонагревателей изготовленных с одинаковыми габаритными размерами, полученные в результате поверочных расчетов, проведенных по эмпирическим зависимостям, выведенным по результатам стендовых тепло-аэродинамических и гидравлических испытаний опытных образцов при одинаковых режимах работы (равных расходах внутреннего и внешнего теплоносителя и одинаковых начальных температурах) с пучками труб, изготовленных с отгибом и без отгиба оребрения.
Сравниваемые воздухонагреватели:
2
2
1. Воздухонагреватель с пучком труб без отгиба оребрения: шаг оребрения 2,8 мм; заданные шаги пучка труб: продольный S=36 мм, поперечный S=41,5 мм.
2
1
2. Воздухонагреватель с пучком труб с отгибом оребрения: шаг оребрения 5,0 мм с отогнутыми участками оребрения и острым углом 42° между скошенными кромками ребер; заданные шаги пучка труб: продольный S=38 мм, поперечный S=38 мм.
Таблица 1
Воз-духон агре-ва-тель
Площадь поверхности нагрева м<sup>2</sup>
Количество теплоотдающих элементов, шт.
Удельная масса оребрения кг/п.м.
Производительность по теплу, кВт
Аэродинамическое сопротивление, Па
Гидравлическое сопротивление, Па
1
26,0
46
0,515
88,3
67,5
877,3
2
17,3
50
0,404
89,8
50,7
672,7
-33,5%
+8,7%
-21,6%
+1,7%
-25%
-23%
В соответствии с табл.1 экспериментально установлено:
1 Использование диапазона угла γ=40°...60° приводит к увеличению производительности по теплу и снижению аэродинамического сопротивления и как следствие уменьшению засоряемости теплоотдающего пучка. Достигается такой результат в диапазоне угла γ=40°...60° с учетом выполнения шага оребрения t=h-b тем большем, чем больше угол γ. Без учета этого условия при увеличении угла γ от 40° до 60° аэродинамическое сопротивление увеличивается. При угле γ>60° происходит значительное увеличение аэродинамического сопротивления за счет сужения канала в выходном сечении.
Отгиб кромки ребра на величину b, удовлетворяющую условию , позволяет иметь наибольшую площадь сечения канала, образуемого соседними ребрами, отогнутой кромкой ребра и стенкой трубы (фиг.1). При  происходит существенное уменьшение площади сечения канала, а также уменьшение размера отогнутой кромки ребра, которая служит для направления движения воздушного потока, что ведет к снижению эффекта увеличения производительности по теплу.
При отгибе кромки на величину b, удовлетворяющую условию , площадь сечения канала для движения воздушного потока уменьшается, доля снижения аэродинамического сопротивления ниже (составляет 10-15%), чем в заявленной полезной модели (25% по табл.1).