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. 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 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 под острым углом, развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы, образующей к высоте ребра h составляет , острый угол между скошенными кромками каждого ребра составляет 40°-60°, отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы, образующей к высоте ребра h составляет , при этом шаг оребрения t выполнен с t=h-b, причем большему острому углу скошенных кромок соответствует больший шаг оребрения t, что приводит к снижению аэродинамического сопротивления; а также к уменьшению засоряемости во время эксплуатации, заданный шаг пучка труб выполнен продольным и поперечным, с расстоянием между кромками оребрения пучка труб не более шага оребрения t, что позволяет увеличить компактность пучка труб.

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 (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 , развернутым встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра к его высоте h составляет согласно предлагаемой полезной модели, острый угол между скошенными кромками каждого ребра составляет 40°...60°, а шаг оребрения t=h-b, при этом большему углу 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 =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.

Воздухонагреватель Фиг.1, 2 содержит шахматный пучок труб, размещенный в воздуховоде с заданными продольньми и поперечными шагами S₁ и S ₂, обеспечивающими расстояние между кромками оребрения пучка труб не более шага оребрения t (t), снабженных спиральным оребрением с отогнутыми по бокам участками ребер под углом 90° и острым углом 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:

1. Воздухонагреватель с пучком труб без отгиба оребрения: шаг оребрения 2,8 мм; заданные шаги пучка труб: продольный S ₂=36 мм, поперечный S₂=41,5 мм.

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 S₂=38 мм, поперечный S ₁=38 мм.

В соответствии с табл.1 экспериментально установлено:

1 Использование диапазона угла =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 =40°...60° с учетом выполнения шага оребрения t=h-b тем большем, чем больше угол . Без учета этого условия при увеличении угла от 40° до 60° аэродинамическое сопротивление увеличивается. При угле >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).

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 под острым углом, развернут встречно потоку воздуха, при этом отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы к высоте ребра h составляет , отличающийся тем, что острый угол между скошенными кромками каждого ребра составляет 40...60°, отношение расстояния b скошенной кромки ребра от стенки трубы к высоте ребра h составляет , при этом шаг оребрения t выполнен с t=h-b, причем большему острому углу скошенных кромок соответствует больший шаг оребрения t, что приводит к снижению аэродинамического сопротивления, а также к уменьшению засоряемости во время эксплуатации, заданный шаг пучка труб выполнен продольным и поперечным, с расстоянием между кромками оребрения пучка труб не более шага оребрения t, что позволяет увеличить компактность пучка труб.