Аэродинамический нагреватель воздуха

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Ефимчик Степан Алексеевич(72) Автор Ефимчик Степан Алексеевич(73) Патентообладатель Ефимчик Степан Алексеевич(57) Аэродинамический нагреватель, содержащий центробежное рабочее колесо, включающее несущий и покрывной диски с расположенными между ними лопатками, содержащее также центральное входное отверстие для забора воздуха в колесо на лопатки, отличающийся тем, что центробежное рабочее колесо установлено на нейтральном валу ротора привода вращения в корпусе, состоящем из задней части - планшайбы и передней части улитки, в центральной части улитки также выполнено входное отверстие для забора воздуха, во входном отверстии улитки установлен цилиндрический стакан, на внешней стороне которого на расстоянии 3-12 мм от его внутреннего торца выполнен фланец, а на наружном торце цилиндрического стакана установлен воздушный фильтр, в улитке выполнено также выходное отверстие, к которому снаружи корпуса нагревателя присоединен 102862014.08.30 сужающийся конусообразный стакан, выходное отверстие которого имеет в 3-5 раз меньший диаметр, чем диаметр входных отверстий рабочего колеса и улитки, а лопатки расположены по окружности входного отверстия рабочего колеса под углом 70-75 по отношению к диаметру входного отверстия рабочего колеса и направлены в противоположную сторону от вращения колеса.(56) 1. Актуальные направления развития сшки древесины. Тезисы докладов Всесоюзной конференции 8-12 сентября. - ЦНИИМОД, Архангельск, 1980. - С. 193. 2. Тепловая электрическая пушка 5, КЛИМАТТОРГ. Климатическое оборудование. Тепловое оборудование. Тепловые пушки электрические он-лайн (Найдено 2013-11-25. Найдено в интернет ////-/-5/ . 3. Патент 2119136 1, 1998. 4. Национальный комплекс нормативно-технических документов в строительстве,СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ. ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА. СНБ 4.02.01-03. Издание официальное. - Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. - Минск. 2 УТВЕРЖДЕН Приказом 259 Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 30 декабря 2003 г. Предлагаемая полезная модель относится к воздухонагревательным устройствам и может быть использована, например, для подогрева воды горячим воздухом в теплообменниках, для обогрева жилых и производственных помещений, а также в деревообрабатывающей промышленности для сушки древесины. Известно центробежное рабочее колесо для лесосушильных камер аэродинамического нагрева, содержащее несущий и покрывной диски, установленные между ними профильные лопатки 1. Недостатками известного рабочего колеса являются увеличенные габариты и вес, низкая долговечность работы. Для получения заданной температуры нагрева сушильного агента (воздуха) в нем приходится значительно увеличивать габариты (диаметральные и осевые). В местах сварки торцов лопаток с дисками через некоторое время работы появляются трещины из-за наличия вибраций ротора, которые в дальнейшем приведут к разрушению колеса, что снижает долговечность. Для обогрева помещений применяются тепловые пушки. Они производятся в металическом корпусе с отверстием для забора воздуха и отверстием для выхода горячего воздуха. Внутри корпуса размещаются воздухонагреватель, а также вентилятор с электродвигателем. При этом во время работы вентилятор забирает воздух из окружающего пространства через входное отверстие корпуса и направляет его сквозь нагревательный элемент наружу через выходное отверстие. Тепловая электрическая пушка 5 потребляет мощность 3-5 кВт, производит 420 метров кубических горячего воздуха в час. Повышение температуры 36 С 2. Недостатком тепловой пушки является ее достаточно низкий КПД, то есть при данном потреблении электрической энергии невозможно достигнуть более высоких температур и большего объема нагретого воздуха. Известен также аэродинамический нагреватель для камерных сушилок, содержащий центробежное рабочее колесо, включающее несущий и покрывной диски, установленные между ними профильные лопатки, причем в местах стыков лопаток с дисками на спинках лопаток установлены накладки повторяющие профиль лопаток и соединенные с лопатками и диском, например, сваркой, при этом свободные торцы накладок снабжены скругленными выемками 3. 2 102862014.08.30 Это техническое решение принято за прототип заявляемой полезной модели. Недостатками этого решения являются низкий коэффициент полезного действия аэродинамического нагревателя, а также невозможность нагревания воздуха свыше 80-100 С. Также потребляемая мощность электроэнергии на нагревание воздуха в этом устройстве достаточно высока, до 20 кВт/ч. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение коэффициента полезного действия устройства, повышение получаемой температуры нагретого воздуха до 170220 С и выше, увеличение объема нагретого воздуха и значительное снижение потребляемой мощности устройства, а значит, и удешевление процесса нагревания воздуха. Эта задача решается за счет того, что в аэродинамическом нагревателе, содержащем центробежное рабочее колесо, включающее несущий и покрывной диски с расположенными между ними лопатками, содержащее также центральное входное отверстие для забора воздуха в колесо на лопатки, центробежное рабочее колесо установлено на центральном валу ротора привода вращения в корпусе, состоящем из задней части - планшайбы и передней части - улитки, в центральной части улитки также выполнено входное отверстие для забора воздуха, во входном отверстии улитки установлен цилиндрический стакан, на внешней стороне которого на расстоянии 3-12 мм от его внутреннего торца выполнен фланец, а на наружном торце цилиндрического стакана установлен воздушный фильтр, в улитке выполнено также выходное отверстие, к которому снаружи корпуса нагревателя присоединен сужающийся конусообразный стакан, выходное отверстие которого имеет в 3-5 раз меньший диаметр, чем диаметр входных отверстий рабочего колеса и улитки, а лопатки расположены по окружности входного отверстия рабочего колеса под углом 70-75 по отношению к диаметру входного отверстия рабочего колеса и направлены в противоположную сторону от вращения колеса. Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 представлен аэродинамический нагреватель, вертикальный разрез. На фиг. 2 - то же, вид сбоку. На фиг. 3 - то же, вид сверху. На фиг. 4 - то же, вид спереди. Аэродинамический нагреватель состоит из корпуса, который имеет заднюю часть, выполненную в виде планшайбы 1, и переднюю часть, выполненную в виде улитки 2. На центральном валу 3 привода 4 вращения установлено аэродинамическое колесо,представляющее собой два параллельных диска - покрывной 5 и несущий 6, при этом вал 3 соединен с приводом 4 вращения через ременную передачу - ручейковый ремень 1. Поверхность вала 3 выполнена зубцеобразной для взаимодействия с ручейковым ремнем 7. Между покрывным 5 и несущим 6 дисками аэродинамического колеса установлены по окружности входного отверстия рабочего колеса восемь лопаток 8 под углом 70-75 по отношению к диаметру входного отверстия, направленные в противоположную сторону от вращения колеса, для затягивания воздуха из окружающего пространства в аэродинамическое колесо через центральное входное отверстие 9 диаметром 190 мм, выполненное в улитке 2. Во входном отверстии 9 установлен цилиндрический стакан 10 с фланцем 11,выполненным на внешней стороне его внутреннего торца 12. Зазор между фланцем 11 и покрывным диском 5 аэродинамического колеса составляет от 3 мм при диаметре колеса 150 мм до 35 мм при диаметре колеса 600 мм. На наружном торце 13 цилиндрического стакана 10 установлен цилиндрический воздушный фильтр 14 для очистки заборного воздуха. Выходное отверстие 15 диаметром 190 мм для выхода нагретого воздуха также расположено в улитке 2. К выходному отверстию 15 снаружи присоединен сужающийся конусообразный стакан 16 с его выходным отверстием 17 диаметром 50 мм. Диаметр входного отверстия 9 превышает в 3-5 раз выходное отверстие 17 конусообразного сужающегося стакана 16. При этом привод 4 соединен с ПЧВ (преобразователь частоты векторный) 18. 3 102862014.08.30 Работает заявляемое устройство следующим образом. Вал 3 аэродинамического колеса приводится в движение приводом 4 вращения через ручейковый ремень 1. Мощность привода 4, в зависимости от необходимой мощности всего устройства, составляет 1,5 кВт/ч и выше. Лопатки 8 аэродинамического колеса затягивают воздух через фильтр 14 и входное отверстие 9, создавая в улитке 2 давление, так как весь втянутый воздух не имеет возможности выйти через выходное отверстие 17 конусообразного сужающегося стакана 16 вследствие его меньшего диаметра по сравнению с диаметром входного отверстия 9 аэродинамического нагревателя, и поэтому втянутый воздух совершает в улитке 2 круговое движение между покрывным 5 диском аэродинамического колеса и фланцем 11 цилиндрического стакана 30 с линейной скоростью более 200 м/с, за счет чего происходит уплотнение воздуха между этими деталями, то есть повышение его давления, и в связи с этим значительно увеличивается коэффициент трения воздуха о покрывной диск 5 аэродинамическою колеса и фланец 11 цилиндрического стакана 10, а также о внутреннюю поверхность улитки 2. За счет этого трения происходит нагревание втянутого воздуха. Далее нагретый воздух частично выходит через выходное отверстие 15, сужающийся конусообразный стакан 16 и его выходное отверстие 17, которое имеет в 3-5 раз меньший диаметр, чем входное отверстие 9 аэродинамического нагревателя. ПЧВ 18 управляет работой привода 4 и позволяет аэродинамическому нагревателю работать в автоматическом режиме с поддержанием заданной температуры при наименьшим потреблении электроэнергии. Путем испытаний была получена температура нагретого воздуха 176,4 С при использовании электрического двигателя мощностью 7,5 кВт/ч. При этом в течение часа было получено 6780 м 3 горячего воздуха с температурой 176,4 С. Судя по конструкции прототипа, можно утверждать, что КПД предлагаемого изобретения многократно превосходит КПД прототипа. Если сравнивать предлагаемую полезную модель с известным устройством для нагрева воздуха - тепловой пушкой 5, которая потребляет мощность 3-5 кВт и производит при этом 420 м 3 горячего воздуха в час, а температура воздуха на выходе из сопла тепловой пушки может достигать 130 С, то предлагаемый аэродинамический нагреватель воздуха при потреблении 5 кВт выдаст 5650 м 3 горячего воздуха в час с температурой 176,4 С. То есть у предлагаемой полезной модели при увеличении потребляемой мощности увеличивается и производительность, а именно повышаются и температура, и объем нагреваемого воздуха. Таким образом, у заявляемой полезной модели при том же потреблении электроэнергии объем получаемого горячего воздуха в час в 13,4 раза больше, чем у тепловой пушки(565042013,4). При этом температура нагреваемого воздуха у заявляемой полезной модели в 1,35 раз выше, чем у тепловой пушки (176,41301,35). То сеть КПД заявляемой полезной модели в 18 раз выше, чем у тепловой пушки (13,41,35). Расчетные данные в соответствии формулами, предлагаемыми в 4, показывают, что по нормам, принятым в настоящее время, для того чтобы нагреть воздух объемом 6780 м 3 с 20 до 80 С, то есть на 60 С при нормальном давлении распространенными нагревательными устройствами, необходимо затратить 134 кВт электрической энергии. Предлагаемая же полезная модель позволяет нагреть на 60 С тот же объем воздуха при потреблении всего лишь 6,5 кВт электроэнергии, т.е. более чем в 20 раз меньше, чем по существующим нормам, что значительно удешевляет процесс получения нагретого воздуха. Таким образом, предлагаемая полезная модель обладает многократно более высокими показателями КПД, температуры нагретого воздуха и получаемого объема нагретого воздуха при одновременном снижении потребления электроэнергии, а значит, и снижении материальных затрат на процесс нагревания воздуха. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5