Отопительный агрегат - RU2208741C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к отопительным агрегатам и, в частности, к отопительным агрегатам типа, предназначенного для отопления крупных сооружений, например складских помещений, фабрик, ангаров и т.д.

Отопительные агрегаты известны, в частности, из публикации Международной заявки WО 96/10720 А, из заявки Великобритании 2145218 А-2, из заявок на Европейские патенты 0408396 А, 0408397 А и 0410707 А. Наиболее близкими к заявленному изобретению являются отопительные агрегаты, раскрытые в заявке на Европейский патент 0408396 А, которые содержат корпус, удлиненную топочную трубу, горелку на одном конце трубы и вентилятор на другом конце трубы для вытягивания газообразных продуктов сгорания через трубу. Корпус открыт на своем нижнем конце, чтобы обеспечить возможность направления лучистой теплоты от топочной трубы вниз от нагревателя по направлению к земле. В дополнение к обеспечению лучистого отопления раскрытый в заявке на Европейский патент 0408396 А отопительный агрегат, кроме того, приспособлен для обеспечения дутьевого воздушного отопления. Это достигается посредством создания воздуховода, который проходит по внутренней стороне корпуса, так что воздух внутри нагревается по мере того, как он проходит по воздуховоду, при этом отверстия в воздуховоде обеспечивают возможность выхода вниз нагретого воздуха. Помимо этого, на вентиляционном отверстии часть воздуха может быть отклонена отражателями, так что воздух наталкивается непосредственно на топочную трубу, тем самым обеспечивая более быстрый нагрев воздуха до того, как он проходит через нижнюю часть отопительного прибора по направлению к земле. Положения отражателей можно изменять таким образом, чтобы отклонять больше или меньше воздуха непосредственно на топочную трубу и обеспечивать необходимый баланс между лучистой теплотой и конвективной теплотой, излученной отопительным агрегатом.

Одно последствие непосредственного направления воздуха на топочную трубу заключается в том, что он охлаждает трубу, что может привести к потере эффективности излучения и может, кроме того, вызвать образование копоти и конденсата внутри топочной трубы. Дополнительный потенциальный недостаток известного отопительного агрегата заключается в том, что имеется только один радиальный вентилятор на одном конце отопительного агрегата и, следовательно, трудно обеспечить, чтобы выпуск из отопительного агрегата нагретого конвективного воздуха, поддерживаемый вентилятором, оставался на полезном и постоянном уровне по длине отопительного агрегата, особенно в отопительных агрегатах большой длины.

В настоящем изобретении преодолены вышеуказанные трудности посредством одного или нескольких вентиляторов, расположенных на верхней части корпуса отопительного агрегата и приспособленных для всасывания наружного воздуха через корпус отопительного агрегата. Чтобы предотвратить охлаждение воздуха топочных труб и связанные с этим трудности, описанные выше, верхние поверхности труб окружены поглощающими тепловое излучение пластинами, или теплообменниками, которые нагреваются излучением с верхних половин труб. Поэтому воздух, направляемый через отопительный агрегат вентиляторами на верхней части корпуса отопительного агрегата, нагревается по мере того, как он приходит в соприкосновение с теплообменными пластинами до прохождения через нижний конец отопительного агрегата по направлению к земле.

Соответственно в первом аспекте изобретения предусмотрен отопительный агрегат, способный обеспечить как лучистое отопление, так и дутьевое воздушное отопление пространства под отопительным агрегатом; и этот отопительный агрегат содержит корпус, внутренняя сторона которого выполнена с полостью, чтобы задать канал, в котором установлена топочная труба; при этом отопительный агрегат имеет горелку, связанную с первым концом трубы; и первое вентиляторное средство, связанное с трубой, для перемещения газообразных продуктов сгорания по трубе от первого конца ко второму ее концу; корпус имеет отверстие на своей верхней поверхности, отверстие связано со вторым вентиляторным средством для направления воздуха в канал внутри корпуса; и теплообменную пластину, установленную между трубой и отверстием, при этом теплообменной пластине придана такая форма, что она окружает верхнюю поверхность трубы с тем, чтобы поглощать излучение от нее и исключить проникновение воздуха из отверстия непосредственно на трубу; в результате чего воздух нагревается теплообменной пластиной до прохождения вниз через нижний конец канала.

Выполненная с полостью внутренняя сторона корпуса может иметь только одну топочную трубу, установленную на ней, или она может иметь множество топочных труб, установленных на ней, например, две, три или четыре топочных труб. Когда имеется некоторое количество топочных труб, трубы можно установить, например, в ряд.

В одном конкретном варианте осуществления изобретения имеется только одна топочная труба.

Одна или более топочных труб может включать в себя два или более колен, при этом главное первое колено соединено на одном конце с горелкой и соединено на конце, удаленном от горелки, с одним или более возвратными коленами, которое или которые, по существу, параллельно или параллельны главному первому колену. В одном предпочтительном варианте осуществления топочная труба включает в себя главное первое колено и пару возвратных колен, каждое из которых связано с первым главным коленом на конце, удаленном от горелки, при этом два возвратных колена расположены по любой стороне главного первого колена.

При более чем одном возвратном колене главное первое колено обычно имеет большую площадь в поперечном сечении, чем возвратные колена. Например, когда имеются два возвратных колена, объем главного первого колена может быть примерно в два раза больше объема отдельных возвратных колен. Возвратное колено и каждое из возвратных колен может иметь вентилятор, например радиальный вентилятор, прикрепленный к нему, для выдувания газообразных продуктов сгорания по главному первому колену и в одно или в каждое возвратное колено.

Второе вентиляторное средство предпочтительно содержит вентилятор, установленный на верхней части корпуса. Второе вентиляторное средство может содержать множество вентиляторов, установленных в разнесенных на расстояние местах вдоль верхней части корпуса. Преимущественно вентиляторы представляют собой осевые вентиляторы. Воздух, направляемый вторым вентиляторным средством в канал, обычно представляет собой воздух с внешней стороны корпуса. Первое вентиляторное средство может быть выполнено в виде радиального вентилятора (радиальных вентиляторов), а второе вентиляторное средство выполнено в виде осевого вентилятора (осевых вентиляторов). Преимущественно воздух, всасываемый в корпус вторым вентиляторным средством, может предварительно нагреваться, например, посредством пропускания его через теплообменник, чтобы удалить теплоту из отходящих газов, возникающих в процессе горения. Это можно осуществить, например, используя уравновешенную газоотводную систему.

Корпус может включать в себя внутреннее и наружное покрытия, при этом внутреннее покрытие задает стенки канала, а наружное покрытие задает верхнюю поверхность корпуса, при этом промежуток между внутренним и наружным покрытиями, по меньшей мере частично, заполнен теплоизоляционным материалом. Теплоизоляционный материал представляет собой предпочтительно один из тех материалов, который способен противостоять температурам, превышающим 500^oС, и особенно температурам, превышающим 600^oС.

Внутренняя поверхность канала внутри корпуса, например внутреннее покрытие, предпочтительно представляет собой отражающую поверхность с тем, чтобы отражать тепловое излучение топочных труб в направлении вниз или чтобы отражать любое тепловое излучение теплообменных пластин обратно на пластины. Чтобы повысить отражающую способность отражающих поверхностей канала, отражающие поверхности представляют собой предпочтительно поверхности, которые обработаны с целью снижения пористости поверхности и шероховатости, а также улучшения отражения. Например, поверхности могут быть выполнены из анодированного алюминия и, в особенности, из цветного анодированного алюминия, более предпочтительно - из анодированного алюминия золотистого цвета. Анодированный алюминий золотистого цвета рассматривается заявителем как особенно эффективный при отражении излучения применительно к отопительным агрегатам согласно настоящему изобретению.

Напротив, нижняя поверхность теплообменной пластины и предпочтительно также верхняя поверхность являются обычно, по существу, неотражающими, и преимущественно могут быть обработаны, чтобы улучшить их свойства по поглощению излучения. Например, нижнюю поверхность можно зачернить. Альтернативно или дополнительно поверхности теплообменников можно обработать с целью увеличения площади их поверхности, например, шариками или дробью, чтобы создать лунки и ямки на поверхности.

Излучение, испускаемое нагретым телом, связано с температурой этого тела зависимостью, выражаемой показательной функцией, и из этого следует, что повышенную эффективность можно получить от прибора радиационного отопления путем выполнения его таким, чтобы нагревательный элемент, т.е. топочная труба, был настолько горячим, насколько это возможно. Однако одним фактором, ограничивающим эффективность отопительного агрегата, является образование "горячих точек" на поверхности отопительного агрегата, где пламя приходит в непосредственное соприкосновение со стенкой трубы. Если состав горючей смеси регулируется, чтобы обеспечить наивысшую рабочую температуру, число и температура таких горячих точек возрастают, что со временем приводит к повреждению элемента. Чтобы устранить эту проблему, топочную трубу можно снабдить внутренним вкладышем, проходящим от конца горелки трубы вдоль внутренней стороны трубы, в который подают горючую смесь, при этом вкладыш имеет меньшее поперечное сечение, чем топочная труба, и выполнен перфорированным. Поэтому пламя может удерживаться внутри вкладыша, а воздух подается из области между вкладышем и внутренней стенкой топочной трубы, при этом воздух может входить во вкладыш через перфорации. Поскольку проблема образования горячих точек является более серьезной на конце, где подается горючая смесь, но является менее серьезной или незначительной на отдаленном конце удлиненной топочной трубы, отсутствует необходимость, чтобы вкладыш проходил по всей длине топочной трубы. Действительно, для снижения стоимости и упрощения конструкции является предпочтительным, чтобы вкладыш был короче трубы.

Вкладыш можно снабдить расширенной частью, которая выходит из топочной трубы и в которую подается горючая смесь. Тем самым горючая смесь легче направляется во вкладыш, и можно оставить определенный зазор между расширенной частью и впускным отверстием топочной трубы, чтобы позволить воздуху входить в топочную трубу. С помощью вкладыша, поскольку пламя удерживается на расстоянии от стенки нагревательного элемента, температуру пламени можно повысить, что приводит к повышенной эффективности.

Чтобы повысить эффективность отопительного агрегата, если это требуется, воздух, подаваемый к горелке, можно до смешивания предварительно нагреть путем направления воздуха, прошедшего топочную трубу. Тем самым меньше теплоты теряется при нагреве входящего воздуха до температуры пламени, и соответственно пламя может функционировать более эффективно.

В другом аспекте изобретения предусмотрен отопительный агрегат, такой, какой описан выше, но который выполнен в виде модулей и содержит пару концевых модулей и один или более промежуточных модулей, при этом концевые модули и промежуточные модули выполнены с возможностью соединения друг с другом для образования отопительного агрегата; по меньшей мере, один из концевых модулей имеет горелку, установленную в нем, и, по меньшей мере, один из концевых модулей имеет первое вентиляторное средство, установленное в нем; причем один или каждый промежуточный модуль включает в себя промежуточный участок корпуса, имеющий установленную на себе промежуточную часть топочной трубы и теплообменную пластину, промежуточный участок корпуса имеет отверстие или отверстия в своей верхней поверхности, отверстие связано (отверстия связаны) со вторым вентиляторным средством для направления воздуха в канал внутри корпуса.

Отопительный агрегат может иметь только один промежуточный модуль или два или более промежуточных модулей, которые могут быть расположены между ближайшим и периферийным концевыми модулями. Поэтому число промежуточных модулей можно выбирать в соответствии с необходимой длиной отопительного агрегата.

Кроме того, можно предусмотреть разделительные модули без вентиляторов, предназначенные для помещения между промежуточными модулями или между промежуточными модулями и концевыми модулями. Разделительные модули могут включать в себя участок корпуса, имеющий установленные на нем часть топочной трубы и теплообменную пластину.

Концевые модули, промежуточные модули и все разделительные модули предпочтительно снабжены взаимодействующими конструкциями, обеспечивающими возможность соединения модулей друг с другом. Например, модуль может быть снабжен одной или несколькими конструкциями из втулок и/или гнезд для соединения сопряженных конструкций из гнезд или втулок на соседних модулях, чтобы обеспечить возможность соединения модулей друг с другом.

В одном варианте осуществления один концевой модуль может содержать горелку, а другой концевой модуль может содержать первое вентиляторное средство.

В другом варианте осуществления отопительный агрегат может иметь множество отдельных топочных труб, и один концевой модуль может содержать, по меньшей мере, одну горелку и, по меньшей мере, одно первое вентиляторное средство, а другой концевой модуль может содержать дополнительное число горелок и первых вентиляторных средств, при этом суммарное число горелок и первых вентиляторных средств по отдельности численно соответствует числу топочных труб.

В еще одном варианте осуществления один концевой модуль может содержать, по меньшей мере, одну горелку и, по меньшей мере, одно первое вентиляторное средство, а другой концевой модуль может образовывать коллектор, соединяющий друг с другом главные первые топочные трубы и возвратные трубы, как это описано выше.

Следовательно, можно видеть, что модульный характер конструкции отопительных агрегатов настоящего изобретения обеспечивает возможность изготовления большого семейства отопительных агрегатов разнообразных размеров и конфигураций из относительно небольшого числа модулей.

Ниже изобретение будет пояснено посредством ссылки на конкретные варианты осуществления, показанные на сопровождающих чертежах, на которых:
фиг.1 - вид сбоку в разрезе модульного отопительного агрегата в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг.2 - схематичное изображение снизу с пространственным разделением деталей модульного отопительного агрегата по фиг.1;
фиг.3 - схематичное изображение сбоку с пространственным разделением деталей модульного отопительного агрегата по фиг.1 и 2;
фиг. 4а и 4b - увеличенные изображения концевого модуля с горелкой и промежуточного модуля отопительного агрегата по фиг. с 1 по 3; и
фиг.5 - вид в разрезе по линии 1-1 на фиг.1.

Теперь обратимся к чертежам, на которых отопительный агрегат в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения содержит пять модулей, ближайший или концевой модуль 2 с горелкой, три промежуточных модуля 4, 6 и 8 и периферический концевой модуль 10. Пять модулей пригнаны друг к другу посредством замковых стыковых соединений между втулочными конструкциями (показанными на фиг.2, 3, 4а и 4b) и сопряженными гнездовыми конструкциями (непоказанными).

Сочлененный отопительный агрегат содержит корпус 20, включающий в себя внутренние 22 и наружные 24 стенки со слоями изоляционного материала 26, заключенного между ними. Корпус усилен посредством торцевых стенок 2', 2'', 4', 4'', 6', 6'', 8', 8'', 10', 10'' четырех модулей. Выполненная с полостью внутренняя сторона корпуса задает канал 28, в котором подвешены три топочные трубы 30, 32 и 34, связанные коллектором 36, который установлен в периферическом концевом модуле 10. В ближайшем концевом модуле 2 установлена газовая горелка 40, которая показана схематично и может быть известной конструкции. Газовая горелка может быть отдельной горелкой или может быть представлена некоторым количеством горелок. Из выпускных отверстий газовой горелки (газовых горелок) газ выпускается в ближайший конец главной топочной трубы 32. В главной топочной трубе 32 расположены одна или две перфорированные вкладные трубы 42. При такой конструкции воздух может протекать вдоль промежутка 44 между наружными сторонами вкладных труб 42 и внутренней стенкой топочной трубы 32, проходя через отверстия (непоказанные) в стенках вкладных труб, чтобы питать пламя по мере того, как оно продвигается вдоль вкладной трубы 42. Таким путем достигается более полное сгорание.

По обеим сторонам газовой горелки 40 на внутренней стороне ближайшего концевого модуля 2 установлены радиальные вентиляторы 48, которые могут быть обычной конструкции. Радиальные вентиляторы 48 прикреплены к возвратным трубам 30 и 34 соответственно. Возвратные трубы 30 и 34, которые имеют примерно половинный объем главной топочной трубы 32, соединены с главной топочной трубой 32 на коллекторе 36. Трубы 30, 32 и 34 изготовлены из стали и могут быть подвергнуты поверхностной обработке для максимизации эффективности их излучения.

Над каждой из топочных труб подвешены поглощающие тепловое излучение теплообменные пластины 50, 52 и 54, причем так, что они окружают верхние половины труб, которые представляют собой открытый вниз участок канала. Теплообменные пластины находятся рядом с промежутками, чтобы задать щели 56, 58, 60 и 62 ограниченной ширины, значение которых будет пояснено ниже. Наиболее предпочтительно, чтобы теплообменные пластины 50, 52 и 54 были подвергнуты обработке для повышения их способности поглощать излучение. Например, они могут быть подвергнуты чернению, по крайней мере, на их внутренних сторонах, чтобы максимизировать их теплопоглощающие свойства. Альтернативно или дополнительно они могут быть обработаны, например, шариками или дробью, чтобы увеличить площади их поверхностей.

На верхних участках 20'' корпусов каждого из промежуточных модулей установлены осевые вентиляторы 64, которые показаны схематично, но могут быть обычной конструкции. Подаваемый вентиляторами 64 воздух направляется через отверстия 66 в верхней стенке участка 20'' корпуса.

Во время работы газ подается к горелке или к горелкам 40, и горение происходит в главной топочной трубе 32. Продукты сгорания вытягиваются по главной топочной трубе 32, вокруг коллектора 36 и назад по возвратным трубам 30, 34 с выпуском посредством радиальных вентиляторов 48 на концах каждой возвратной трубы. Поэтому топочные трубы 30, 32, 34 нагреваются до температуры между 300 и 600^oС, и при этой температуре теплота излучается с поверхностей труб. Теплота, излучаемая с нижних поверхностей труб, направляется к земле для создания эффекта лучистого отопления.

Неизбежно труба 32 будет более горячей, чем возвратные трубы 30 и 34, а сами трубы имеют градиент температуры по длине. Однако путем расположения возвратных труб 30 и 34, в основном, параллельно главной топочной трубе 32 средняя температура трех труб поддерживается, по существу, постоянной по длине отопительного агрегата. Поэтому суммарная отдача излучения является, по существу, постоянной по его длине.

Теплоизлучение с верхних поверхностей труб 30, 32, 34 улавливается поглощающими поверхностями теплообменных пластин 50, 52, 54. Воздух, прогоняемый через отверстия 66 в верхних стенках 20'' корпуса осевыми вентиляторами 64, проходит поверх теплообменных пластин 50, 52, 54 и нагревается до того, как выходит через щели 56, 58, 60, 62 ограниченной ширины между пластинами вниз по направлению к находящемуся дальше полу. Назначение щелей ограниченной ширины между теплообменными пластинами заключается в том, чтобы в пространстве над пластинами создавалось противодавление для обеспечения максимальной благоприятной возможности воздуху входить в контакт с пластинами и извлекать теплоту из пластин.

Поэтому отопительный агрегат создает как эффект лучистого отопления, так и усиленный вентиляторами эффект воздушного отопления. Путем размещения теплообменных пластин над топочными трубами теплота, которая в противном случае теряется, улавливается и направляется назад по направлению к полу, при этом эффективность отопительного агрегата становится максимальной. Кроме того, путем экранирования топочных труб от потока воздуха исключается нежелательное охлаждение труб, которое может снизить отдачу излучения трубами, а также может привести к неполному сгоранию. Дополнительное преимущество усиленной вентиляторами конвекции заключается в том, что при ее использовании вытягивается тот воздух из слоев атмосферы под крышей здания, который, будучи нагретым до некоторой степени, поднимается к крыше с помощью обычных конвективных потоков. Чтобы дополнительно повысить эффективность отопительного агрегата, исходящий из горелки газ можно пропустить через еще один теплообменник (например, через уравновешенную газоотводную систему, непоказанную), соединенный со впуском воздуха для осевых вентиляторов, при этом дополнительно осуществляется предварительный нагрев воздуха до того, как он направляется в корпус отопительного агрегата.

Дополнительная выгодная особенность отопительных агрегатов настоящего изобретения вытекает из их модульной конструкции, которая дает возможность создавать отопительные агрегаты разнообразной длины просто путем изменения числа промежуточных модулей. В варианте осуществления, показанном на чертежах, отопительный агрегат имеет три промежуточных модуля, но равным образом он также может иметь только один или два модуля или даже четыре или больше модулей. С помощью соединительной системы из втулок и гнезд отдельные модули можно легко собрать на месте, при этом предельно упрощаются проблемы транспортировки, которые в ином случае обусловлены очень большими сборками отопительными агрегатов.

Легко понять, что различные модификации и изменения отопительного агрегата, показанного на чертежах, можно сделать без отступления от принципов, лежащих в основе изобретения, и что все такие модификации и изменения предполагаются охваченными этой заявкой.

Реферат

Изобретение предназначено для применения в отопительных агрегатах. Изобретение содержит корпус, внутренняя сторона которого выполнена с полостью, чтобы задать канал, в котором установлена топочная труба; при этом отопительный агрегат имеет горелку, связанную с первым концом трубы, и первое вентиляторное средство, связанное с трубой, для перемещения газообразных продуктов сгорания по трубе от первого конца ко второму ее концу; корпус имеет отверстие на своей верхней поверхности, отверстие связано со вторым вентиляторным средством для направления воздуха в канал внутри корпуса, и теплообменную пластину, установленную между трубой и отверстием, при этом теплообменной пластине придана такая форма, что она окружает верхнюю поверхность трубы с тем, чтобы поглощать излучение от нее и исключить проникновение воздуха из отверстия непосредственно на трубу, в результате чего воздух нагревается теплообменной пластиной до прохождения вниз через нижний конец канала. Кроме того, агрегат выполнен в виде модулей и содержит пару концевых модулей и один или более промежуточных модулей, при этом концевые модули и промежуточные модули выполнены с возможностью соединения друг с другом для образования отопительного агрегата; по меньшей мере, один из концевых модулей имеет горелку, установленную в нем, и по меньшей мере один из концевых модулей имеет первое вентиляторное средство, установленное в нем, причем один или каждый промежуточный модуль включает в себя промежуточный участок корпуса, имеющий установленную на себе промежуточную часть топочной трубы и теплообменную пластину, промежуточный участок корпуса имеет отверстие или отверстия в своей верхней поверхности, отверстие связано (отверстия связаны) со вторым вентиляторным средством для направления воздуха в канал внутри корпуса. Изобретение позволяет обеспечить выпуск нагретого конвективного воздуха из отопительного агрегата на постоянном уровне по длине отопительного агрегата, а также повысить эффективность излучения. 14 з.п.ф-лы, 5 ил.

Формула