Электрический проточный подогреватель сжатого воздуха

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к теплообменному оборудованию и может быть использована в нефтяной, газовой, энергетической и других отраслях промышленности, преимущественно для подогрева воздуха в установках разделения воздуха и получения из него азота мембранным способом. Полезная модель направлена на создание эффективного в работе нагревателя воздуха с минимальными габаритными размерами и с использованием широко распространенных в промышленности термоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), который удобно монтировать в прямой участок трубопровода установки для получения азота из воздуха. Указанный технический результат достигается тем, что подогреватель содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода воздуха и с установленным внутри термоэлектрическим нагревательным элементом и соосно расположенный в корпусе трубчатый сердечник. Труба сердечника имеет разделительную продольную перегородку и два окна соответственно для входа и выхода воздуха, расположенные с разных сторон от перегородки в трубчатой части сердечника и выполненные с обеспечением спирального направления потока воздуха в корпусе, подогреватель имеет дополнительные нагревательные элементы, все термоэлектрические нагревательные элементы выполнены с оребрением и расположены вокруг трубы сердечника по окружности, патрубки подвода и отвода воздуха расположены на продольной оси подогревателя с противоположных сторон корпуса. 1 с.п. ф-лы, 5 илл.

Полезная модель относится к теплообменному оборудованию и может быть использована в нефтяной, газовой, энергетической и других отраслях промышленности, преимущественно для подогрева воздуха в установках разделения воздуха и получения из него азота мембранным способом.

Известно аналогичное оборудование для подогрева воздуха крупнейшего разработчика и производителя - французской компании CETAL S.A.S: электрические циркуляционные нагреватели, взрывозащитные проточные циркуляционные нагреватели, фланцевые погружные электронагреватели (блок ТЭН), http//www.cetal.ru, а также известны взрывозащитные электроподогреватели сжатого воздуха, фирмы ELHEAT, elheat.ru., проточные электронагреватели, Все они содержат цилиндрический корпус, в котором на продольной оси установлена связка блок ТЭН - термоэлектрических нагревательных элементов, патрубки подвода и отвода воздуха, установлены перпендикулярно корпусу.

При расположении ТЭН по продольной оси корпуса и при отсутствии устройства для направления потока воздуха не создается большого сопротивления потоку, воздух просто обтекает ТЭН, что снижает эффективность нагрева воздуха. Использование связки блока ТЭН усложняет конструкцию, ее сборку и увеличивает габариты устройства.

Расположение патрубков перпендикулярно корпусу неудобно при монтаже подогревателя в прямой участок трубопровода в установках для получения азота из воздуха.

Известен также подогреватель газа электрический по патенту РФ на полезную модель 82813, F17D 1/05, F24H 3/04, принятый за прототип и содержащий цилиндрический корпус с теплозащитным кожухом и с патрубками подвода и отвода газа, соосно установленные внутри корпуса центральную трубу и термоэлектрический нагревательный элемент патронного типа (ТЭНП) с защитным кожухом и датчик температуры. В зазорах между центральной трубой и корпусом и между центральной трубой и защитным кожухом нагревательного элемента навита проволока. Патрубки подвода и отвода воздуха, установлены в нижней части корпуса и перпендикулярно ему на общей горизонтальной оси. На наружной поверхности защитного кожуха образованы теплопроводящие ребра.

Большое количество элементов, теплопроводящие ребра на защитном кожухе, навитая проволока в зазорах между центральной трубой и корпусом и между центральной трубой и защитным кожухом нагревательного элемента усложняет конструкцию, ее изготовление и сборку.

Расположение ТЭНП внутри корпуса соосно его продольной оси не позволяет разместить более одного ТЭНП, что снижает площадь поверхности теплообмена и эффективность устройства.

Расположение патрубков перпендикулярно корпусу неудобно при монтаже подогревателя в прямой участок трубопровода, например установки для получения азота из воздуха.

Задачей полезной модели является создание эффективного в работе нагревателя воздуха с минимальными габаритными размерами и с использованием широко распространенных в промышленности термоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), который удобно монтировать в прямой участок трубопровода установки для получения азота из воздуха.

Заявляемый электрический проточный подогреватель сжатого воздуха содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода воздуха и с установленным внутри термоэлектрическим нагревательным элементом и соосно расположенный в корпусе трубчатый сердечник.

В отличие от прототипа труба сердечника имеет разделительную продольную перегородку и два окна соответственно для входа и выхода воздуха, расположенные с разных сторон от перегородки в трубчатой части сердечника и выполненные с обеспечением спирального направления потока воздуха в корпусе, подогреватель имеет дополнительные нагревательные элементы, все термоэлектрические нагревательные элементы выполнены с оребрением и расположены вокруг трубы сердечника по окружности, патрубки подвода и отвода воздуха расположены на продольной оси подогревателя с противоположных сторон корпуса.

Продольная перегородка делит трубу сердечника на две секции, одна из которой закрыта заглушкой на входе воздуха, другая - закрыта заглушкой на выходе воздуха, размещение одного окна в верхней части трубы на входе потока воздуха, а другого окна - в нижней части трубы на выходе воздуха, обеспечивают направление потока воздуха в корпусе по спирали. Радиальное расположение ТЭНов вокруг сердечника позволяет установить их в корпусе от 4 штук и более, что увеличивает площадь поверхности нагрева. Наличие оребрения на поверхности ТЭН дополнительно увеличивает площадь поверхности нагрева и обеспечивает турбулизацию потока воздуха на теплопередающей поверхности. Все это позволяет увеличить поверхность теплообмена и максимально ее задействовать (омыть) потоком воздуха, что повышает эффективность теплообмена при минимальных габаритах устройства.

Расположение патрубков на продольной оси корпуса удобно для монтажа подогревателя в прямой участок трубопровода, что особенно важно в установках для получения азота из воздуха.

Устройство представлено на чертежах.

Фиг. 1 Электрический проточный подогреватель сжатого воздуха. Разрез.

Фиг. 2 Сечение по А-А на Фиг. 1

Фиг. 3 Электрический проточный подогреватель сжатого воздуха без корпуса. Изометрия.

Фиг. 4 Сердечник. Изометрия.

Фиг. 5 Электрический проточный подогреватель сжатого воздуха двухсекционный. Разрез.

Подогреватель содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 воздуха, расположенными на продольной оси подогревателя и с установленными внутри термоэлектрическими нагревательными элементами (ТЭН) 4. В корпусе 1 соосно расположен трубчатый сердечник 5 с разделительной продольной перегородкой 6. В трубчатой части сердечника 5 с разных сторон от перегородки 6 выполнены по одному окну для входа воздуха 7 и выхода воздуха 8. Перегородка 6 делит трубу сердечника 5 на две секции 9 и 10. Для направления потока воздуха в корпусе 1 по спирали секция 10 закрыта заглушкой 11 на входе воздуха (вверху трубы сердечника 5), секция 9 закрыта заглушкой 12 на выходе воздуха (внизу трубы сердечника 5). Вокруг трубы сердечника 5 по окружности расположены широко использующиеся в промышленности U-образные оребренные ТЭНы 4.

Электрические контакты ТЭНов выведены наружу, через фланец 13 сердечника 5, при этом соединение ТЭНов и фланца 13 герметично, контакты ТЭНов изолированы от корпуса 1 подогревателя. Фланец, так же, герметично соединяет корпус 1 и сердечник 5 проточного подогревателя.

Устройство обладает небольшими габаритами и размещается в разрыве трубопроводной магистрали. Снаружи, представляет собой расширенный в диаметре, относительно прочего трубопровода, отрезок трубы, с входным 2 и выходным 3 патрубками (с фланцами или резьбовыми соединениями), с диаметрами, соответствующими условному проходу данного трубопровода. Для обеспечения малого сопротивления потоку сжатого воздуха площадь окон должна соответствовать (ровняться или превышать) площади проходного сечения трубопровода.

Рекомендуется соблюдать следующее отношение размеров элементов (фиг. 1): M=2*M, L=N+2*M. Размеры H1 и H2 определяются конструкцией ТЭНов, Н1 -расстояние от резьбового (присоединительного) фитинга ТЭНа до его оребренной части, H2 - расстояние от оребренной части ТЭНа до кольцевой перегородки. Зазоры a1 и a2 рекомендуется минимизировать. Диаметр D конструктивно определяется необходимым количеством ТЭНов. В свою очередь длина и количество ТЭНов определяется значением температуры, на которое необходимо подогреть протекающую среду, а, следовательно, - значением требуемой мощности для подогрева проточной среды.

Допускается как вертикальное, так и горизонтальное размещение устройства, но при этом рекомендуется соблюдать следующие правила монтажа:

- Для вертикального размещения и углов к горизонту более 5° - входной патрубок должен располагаться выше выходного, во избежание скапливания конденсата внутри корпуса устройства.

- Для горизонтального размещения и углов к горизонту менее 5° - в нижней точке корпуса устройства рекомендуется делать бобышку со сквозным отверстием для слива конденсата.

Предусмотрена возможность изготовления двухсекционного подогревателя, фиг. 5.

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух подается через патрубок 2 и окно 7 в секцию 9 сердечника 5. Затем поток воздуха (показан волнистой стрелкой на фиг. 1, 2, 3, 5) стремится пройти по пути наименьшего сопротивления, совершая спиральное движение в корпусе 1 и обтекая ТЭНы 4, при этом воздух эффективно нагревается и поступает через окно 8 в патрубок 3. Работа двухсекционного подогревателя аналогична вышеописанному, только воздух из окна 8 поступает в окно 14 второй секции подогревателя и выходит через окно 15 в патрубок 3.

Электрический проточный подогреватель сжатого воздуха, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода воздуха и с установленным внутри термоэлектрическим нагревательным элементом и соосно расположенный в корпусе трубчатый сердечник, отличающийся тем, что труба сердечника имеет разделительную продольную перегородку и два окна соответственно для входа и выхода воздуха, расположенные с разных сторон от перегородки в трубчатой части сердечника и выполненные с обеспечением спирального направления потока воздуха в корпусе, подогреватель имеет дополнительные нагревательные элементы, все термоэлектрические нагревательные элементы выполнены с оребрением и расположены вокруг трубы сердечника по окружности, патрубки подвода и отвода воздуха расположены на продольной оси подогревателя с противоположных сторон корпуса.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх