Кауперный подогреватель газа
Владельцы патента RU 2251057:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к аккумуляторным подогревателям газа, и может быть использовано при разработке кауперных подогревателей газа для аэродинамических труб. Подогреватель содержит цилиндрическую теплоаккумулирующую насадку, герметично уплотненную в корпусе у торца выхода газа, и характеризуется тем, что подогреватель имеет стержень, расположенный по оси теплоаккумулирующей насадки, упорную решетку и цилиндрический газонепроницаемый кожух, теплоаккумулирующий элемент насадки выполнен из тонкой гофрированной полосы, один конец которой скреплен со стержнем, причем гофрированная полоса скручена вокруг стержня в виде плотного рулона, установленного вместе с упорной решеткой в кожухе, при этом высота гофра на полосе равна ее толщине. Такое выполнение подогревателя позволит снизить его гидравлическое сопротивление. 1 ил.
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к аккумуляторным подогревателям газа, и может быть использовано при разработке кауперных подогревателей газа для аэродинамических труб.
Известен кауперный подогреватель газа, где в качестве теплоаккумулирующей насадки использованы плотно упакованные цилиндрические стержни, а элементы разогрева размещены равномерно по сечению насадки и выполнены в виде труб с наружным диаметром, равным диаметру стержня насадки. Нагреваемый газ проходит по узким каналам, образованным в теле насадки между стержнями и нагревательными элементами. (Авторское свидетельство СССР № 205989, кл. F 24 H 7/02, 1965 г.). Недостатком известного подогревателя является невысокая эффективность теплопередачи вследствие недостаточно развитой поверхности теплосъема насадки, минимальный диаметр стержней которой ограничен по условиям прочности.
Известен кауперный подогреватель газа, принятый за прототип, у которого теплоаккумулирующая насадка выполнена в виде цилиндра из газопроницаемого материала (например, металлокерамики), герметично уплотненного в корпусе у торца выхода газа (Авторское свидетельство СССР № 646645, кл. F 24 H 7/02, 1978 г.). Подогреватель обладает высокой эффективностью.
Недостатком известного подогревателя газа является большое гидравлическое сопротивление при протекании через него рабочего газа, обусловленное тем, что материал насадки при изготовлении прессуется из порошка и спекается. Кроме того, для изготовления теплоаккумулирующей насадки требуется специальный порошок с определенными свойствами. Указанные недостатки ограничивают нижний уровень давлений газа и верхний уровень удельных расходов газа, за пределами которых нецелесообразно применять подогреватель. Они сужают область возможного использования подогревателя и усложняют процесс его изготовления.
Задачей настоящего изобретения является расширение области возможного применения кауперного подогревателя и упрощение процесса его изготовления.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в снижении гидравлического сопротивления подогревателя.
Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что в подогревателе, содержащем цилиндрическую теплоаккумулирующую насадку, герметично уплотненную у торца выхода газа, имеется стержень, расположенный по оси теплоаккумулирующей насадки, упорная решетка и цилиндрический газонепроницаемый кожух, теплоаккумулирующий элемент насадки выполнен из тонкой гофрированной полосы, один конец которой скреплен со стержнем, причем гофрированная полоса скручена вокруг стержня в виде плотного рулона, установленного вместе с упорной решеткой в кожухе, при этом высота гофра на полосе равна ее толщине.
Схема предлагаемого кауперного подогревателя газа приведена на чертеже.
Подогреватель содержит корпус 1, в одном из торцев которого выполнен канал 2 для входа, а в другом - канал 3 для выхода рабочего газа. На внутренней поверхности корпуса 1 расположены элементы теплоизоляции 4, 5, 6. Имеется стержень 7, расположенный по оси подогревателя, упорная решетка 8 и цилиндрический газонепроницаемый кожух 9, уплотненный в корпусе у торца выхода газа с помощью уплотнения 10. Теплоаккумулирующий элемент насадки 11 выполнен из тонкой гофрированной полосы, один конец которой скреплен со стержнем 7 в виде плотного рулона, скрученного вокруг стержня и установленного вместе с упорной решеткой 8 в кожухе 9. Высота гофра на полосе равна приблизительно ее толщине. Гофры расположены на поверхности полосы вдоль оси рулона с переменным шагом, равномерно возрастающим по мере удаления от ее конца со стороны стержня 7. Шаг h гофра изменяется в диапазоне d × arccos (1-2δd) ≤ h ≤ D × arccos (1-2δ/D), где d, D - диаметры стержня 7 и кожуха 9, 8 - толщина полосы. Нагревательный элемент 12 расположен в кольцевом зазоре между кожухом 9 и теплоизоляцией 5.
Кауперный подогреватель газа работает следующим образом.
Включают нагревательный элемент 12 и производят разогрев теплоаккумулирующей насадки 11 до заданной температуры. Затем начинают пропускать газ через подогреватель. Проходя через теплоаккумулирующую насадку, газ принимает тепло от насадки и нагревается. Когда температура газа после насадки становится меньше минимально допустимой величины, подачу газа прекращают и производят очередной разогрев насадки.
В предлагаемом подогревателе газа для изготовления теплоаккумулирующей насадки не требуется специальных пористых проницаемых материалов с жесткой структурой с определенными свойствами. Насадка изготавливается из более доступных материалов: используются тонкие полосы из тугоплавких металлов, которые производятся в промышленности. Изготовление насадки не требует специальных технологий и оборудования. Гидравлическое сопротивление предлагаемой конструкции много меньше гидравлического сопротивления конструкций из прессованных, спеченных материалов. Предлагаемая схема выполнения насадки обеспечивает высокую эффективность теплоотдачи от насадки к рабочему газу и минимальное гидравлическое сопротивление при определенной пористости (просветности) рулона насадки.
Таким образом, использование изобретения позволяет упростить конструкцию, снизить гидравлическое сопротивление подогревателя и, следовательно, расширить область возможного применения кауперного подогревателя.
Кауперный подогреватель газа, содержащий цилиндрическую теплоаккумулирующую насадку, герметично уплотненную в корпусе у торца выхода газа, отличающийся тем, что подогреватель имеет стержень, расположенный по оси теплоаккумулирующей насадки, упорную решетку и цилиндрический газонепроницаемый кожух, теплоаккумулирующий элемент насадки выполнен из тонкой гофрированной полосы, один конец которой скреплен со стержнем, причем гофрированная полоса скручена вокруг стержня в виде плотного рулона, установленного вместе с упорной решеткой в кожухе, при этом высота гофра на полосе равна ее толщине.
