Способ нагрева жидкого теплоносителя и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики. В способе нагрева жидкого теплоносителя последний подают сверху в зону нагрева на вращающуюся обечайку с формированием тонкопленочного жидкостного слоя теплоносителя. Нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки. В корпусе установки организуют принудительное обтекание обечайки горячими продуктами сгорания от источника тепла со стороны внутренней и наружной поверхностей обечайки с отсосом продуктов сгорания из корпуса нагревательной установки. В нагревательной установке теплообменное устройство выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки с днищем. Со стороны днища обечайка снабжена кольцевым полым выступом. Источник тепла размещен внутри обечайки. Выход трубопровода подвода холодного теплоносителя размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя размещен в кольцевой полости выступа обечайки, последняя установлена с формированием со стенками корпуса газоотводного канала с выходом продуктов сгорания со стороны наружной поверхности выступа. На выступе обечайки установлены лопатки, образующие со стенками корпуса в зоне выхода продуктов сгорания центробежный компрессор. В результате достигается повышение экономичности установки. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к системам нагрева различных жидкостей, в частности, к системам нагрева воды.

Известен способ нагрева воды, заключающийся в сжигании топлива в печи и нагреве воды дымовыми газами (см. патент RU 2117878 С1, кл. F 24 Н 1/10, 20.08.98).

Из указанного выше патента известно устройство для нагрева воды, содержащее печь с горелкой для сжигания топлива и размещенный на выходе печи спиральный трубопровод для нагрева воды дымовыми газами.

Данные способ и устройство позволяют нагревать воду, однако сравнительно невысокий КПД сужает область использования указанных выше способа нагрева и устройства для его реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева жидкого теплоносителя, заключающийся в подаче жидкого теплоносителя в зону нагрева в корпусе нагревательной установки от источника тепла, нагрев теплоносителя и отвод нагретого теплоносителя из зоны нагрева (см. патент RU 2131562, кл. F 24 Н 1/16, 10.06.99).

Из этого же патента известна нагревательная установка, содержащая установленные в корпусе источник тепла, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство с трубопроводами подвода холодного теплоносителя и отвода горячего теплоносителя.

Данные способ нагрева и устройство для его осуществления позволяют создать достаточно компактное устройство, в частности водонагреватель, который может быть использован как для промышленного, так и для бытового использования. Однако достаточно большие гидравлические потери в змеевике-нагревателе и недостаточно экономичное использование тепла, полученного в результате сжигания газообразного топлива, приводят к сравнительно большому расходу топлива для нагрева воды.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение экономичности способа нагрева жидкого теплоносителя и устройства для его осуществления за счет непосредственной передачи тепла от сжигания топлива теплоносителю.

Указанная задача в части способа как объекта изобретения решается за счет того, что способ нагрева жидкого теплоносителя заключается в подаче жидкого теплоносителя в зону нагрева в корпусе нагревательной установки от источника тепла, нагреве теплоносителя и отводе нагретого теплоносителя из зоны нагрева, при этом жидкий теплоноситель подают сверху в зону нагрева на вращающуюся обечайку с формированием тонкопленочного жидкостного слоя теплоносителя, нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки, а в корпусе нагревательной установки организуют принудительное обтекание обечайки горячими продуктами сгорания от источника тепла со стороны внутренней и наружной поверхности обечайки с отсосом продуктов сгорания из корпуса нагревательной установки.

В части устройства как объекта изобретения поставленная задача решается за счет того, что нагревательная установка содержит установленные в корпусе источник тепла, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство с трубопроводами подвода холодного теплоносителя и отвода горячего теплоносителя, теплообменное устройство выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки с днищем, при этом со стороны днища обечайка снабжена кольцевым полым выступом, источник тепла размещен внутри обечайки, выход трубопровода подвода холодного теплоносителя размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя размещен в кольцевой полости выступа обечайки, последняя установлена с формированием со стенками корпуса газоотводного канала с выходом продуктов сгорания снизу со стороны наружной поверхности выступа, причем на выступе обечайки установлены лопатки, образующие со стенками корпуса в зоне выхода продуктов сгорания центробежный компрессор.

В ходе анализа работы различных нагревательных устройств было установлено, что при передаче тепла от источника тепла через стенку имеют место большие потери тепловой энергии. Кроме того, подача теплоносителя по длинному змеевику приводит к большим гидравлическим потерям, причем не исключен случай перегрева теплоносителя, что может привести к его вскипанию и дополнительным потерям энергии за счет этого. В описываемых способе и устройстве для его реализации при вращении обечайки на стенках последней создается уплотненный поток жидкого теплоносителя и осуществляется прямой нагрев тепловым излучением и горячими продуктами сгорания топлива от источника тепла, причем величину внутреннего давления в теплоносителе под действием центробежной силы в зависимости от скорости вращения обечайки выбирают таким образом, чтобы обеспечить нагрев и отвод теплоносителя с температурой, превышающей температуру его кипения при атмосферном давлении. Дополнительные возможности по повышению экономичности обеспечиваются нагревом стенок обечайки как со стороны ее внутренней поверхности, так и со стороны ее наружной поверхности. При этом вращающаяся обечайка может быть использована также для организации процесса отвода, а точнее отсоса продуктов сгорания топлива из нагревательной установки. Для этого на наружной поверхности обечайки в зоне отвода продуктов сгорания установлены лопатки. Таким образом, на выходе по существу выполнен центробежный компрессор, который отсасывает продукты сгорания, что дополнительно интенсифицирует передачу тепла от продуктов сгорания к теплоносителю.

На чертеже представлен продольный разрез нагревательной установки, реализующей описываемый способ нагрева жидкого теплоносителя.

Нагревательная установка содержит установленные в корпусе 1 источник тепла 2, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство 3 с трубопроводами подвода холодного теплоносителя 4 и отвода горячего теплоносителя 5. Теплообменное устройство 3 выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки 6 с днищем 7. Обечайка 6 со стороны днища 7 снабжена кольцевым полым выступом. Источник тепла 2 размещен внутри обечайки 6, выход трубопровода подвода холодного теплоносителя 4 размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки 6, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя 5 размещен в полости полого выступа обечайки 6. Обечайка 6 установлена с формированием со стенками корпуса 1 газоотводного канала 8 с выходом продуктов сгорания снизу со стороны выступа обечайки 6, причем на выступе обечайки 6 установлены лопатки 10, образующие со стенками корпуса 1 в зоне 9 выхода продуктов сгорания центробежный компрессор.

Жидкий теплоноситель подают сверху по трубопроводу 4 в зону нагрева на вращающуюся обечайку 6. За счет вращения обечайки 6 на ее внутренней поверхности формируется тонкопленочный уплотненный жидкостный слой теплоносителя. Под собственным весом теплоноситель смещается вдоль стенки обечайки 6 сверху вниз и нагревается от источника тепла 2, причем нагрев происходит как непосредственно от продуктов сгорания и источника тепла 2, так и через стенку обечайки 6 отходящими по газоотводному каналу 8 продуктами сгорания. Нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки 6 через трубопровод 5, при этом в корпусе 1 нагревательной установки организуют принудительное обтекание обечайки 6 горячими продуктами сгорания от источника тепла 2 как со стороны внутренней, так и со стороны наружной поверхности обечайки 6 путем отсоса продуктов сгорания из корпуса 1 нагревательной установки центробежным компрессором, образованным лопатками 10 и стенками корпуса 1.

Настоящее изобретение может быть использовано везде, где требуется нагрев различных жидких сред, в частности, в системах отопления и горячего водоснабжения, а также в различных технологических процессах.

Формула изобретения

1. Способ нагрева жидкого теплоносителя, заключающийся в подаче жидкого теплоносителя в зону нагрева в корпусе нагревательной установки от источника тепла, нагрев теплоносителя и отвод нагретого теплоносителя из зоны нагрева, отличающийся тем, что жидкий теплоноситель подают сверху в зону нагрева на вращающуюся обечайку с формированием тонкопленочного жидкостного слоя теплоносителя, нагретый теплоноситель отводят снизу вращающейся обечайки, а в корпусе нагревательной установки организуют принудительное обтекание обечайки горячими продуктами сгорания от источника тепла со стороны внутренней и наружной поверхностей обечайки с отсосом продуктов сгорания из корпуса нагревательной установки.

2. Нагревательная установка, содержащая установленные в корпусе источник тепла, выполненный в виде горелки, и теплообменное устройство с трубопроводами подвода холодного теплоносителя и отвода горячего теплоносителя, отличающаяся тем, что теплообменное устройство выполнено в виде установленной с возможностью вращения открытой сверху цилиндрической обечайки с днищем, при этом со стороны днища обечайка снабжена кольцевым полым выступом, источник тепла размещен внутри обечайки, выход трубопровода подвода холодного теплоносителя размещен сверху со стороны внутренней поверхности обечайки, входной участок трубопровода отвода горячего теплоносителя размещен в кольцевой полости выступа обечайки, последняя установлена с формированием со стенками корпуса газоотводного канала с выходом продуктов сгорания со стороны наружной поверхности выступа, причем на выступе обечайки установлены лопатки, образующие со стенками корпуса в зоне выхода продуктов сгорания центробежный компрессор.

РИСУНКИ

Рисунок 1