Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Treść artykułu



W tym artykule: Historia generatorów ciepła zasada działania i urządzenie; rodzaje generatorów ciepła; producenci i średni koszt generatorów ciepła; historia generatora ciepła z kawitacją wirową; zasada działania wirowego generatora ciepła; producenci kawitacyjnych generatorów ciepła w WNP.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

W sezonie zimowym lokal potrzebuje sztucznego ogrzewania, w przeciwnym razie jego mieszkańcy osobiście doświadczą wszystkich uroków epoki lodowcowej. Ogrzewanie centralne w budynkach mieszkalnych, ogrzewanie indywidualne w domkach jednorodzinnych … ale co z dużymi powierzchniami, np. Powierzchniami handlowymi i magazynami? A na placach budowy czy powiedzmy serwisach samochodowych, gdzie zimne powietrze nieustannie napływa z zewnątrz? Jedynym sposobem ogrzania dużego obszaru jest ogrzewanie powietrzne, zbudowane na opalarkach lub na generatorach ciepła. W tym artykule omówimy generatory ciepła.

Historia kotłów

Wynalezienie konwekcyjnego generatora ciepła jest bezpośrednio związane z wynalezieniem Roberta Bunsena, palnika atmosferycznego nazwanego jego imieniem. Pierwsze wytwornice ciepła wprowadzone na rynek w 1856 roku przez angielską firmę „Pettit and Smith” były wyposażone w palnik atmosferyczny podobny do palnika Bunsena, tylko o większej wielkości.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir
Niemiecki chemik eksperymentalny Robert Wilhelm Bunsen

W 1881 roku Anglik Sigismund Leoni uzyskał patent na nowy typ wytwornic ciepła – płomień palnika w nich rozgrzewał płytę azbestową, która oddaje ciepło do powietrza. Następnie azbest został zastąpiony ogniotrwałą gliną, dziś zastąpioną bardziej wytrzymałymi materiałami ogniotrwałymi.

Palnik atmosferyczny i płyta ogniotrwała nad nim to główne elementy konstrukcji każdego nowoczesnego generatora ciepła..

Urządzenie i zasada działania generatora ciepła

Pod względem zadań wytwornice ciepła są podobne do opalarek – różnica polega na tym, że jednostki te mogą być tylko stacjonarne. Typowa konstrukcja wytwornicy ciepła: wentylator (osiowy lub odśrodkowy), nad nim znajduje się komora spalania, w jego dolnej części wprowadzony jest palnik, nad palnikiem umieszczony jest powietrzny wymiennik ciepła. Gorące gazy powstające w komorze spalania doprowadzane są do wymiennika ciepła, a następnie kierowane do komina. Strumień powietrza wydmuchiwany przez wentylator nagrzewa się w wymienniku ciepła do 20-70 ° C, a następnie wchodzi do ogrzewanego pomieszczenia lub do systemu wentylacji kanałowej.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

W zależności od mocy wentylatorów zainstalowanych w ich konstrukcji, generatory ciepła mogą wytworzyć wyjściowe ciśnienie statyczne 100-2000 Pa.

Pod względem mocy cieplnej wytwornice ciepła dzielą się na dwa typy – do 350-400 kW (w jednej obudowie) i do 1000 kW (składają się z sekcji wymiany ciepła i wentylacji).

W wytwornicach ciepła przeznaczonych do kanałów powietrznych wymiennik ciepła i komora spalania wykonane są ze stali nierdzewnej, dodatkowo do ich konstrukcji wprowadzono system odprowadzania kondensatu.

Rodzaje generatorów ciepła

Główną różnicą pomiędzy istniejącymi modelami wytwornic ciepła jest rodzaj stosowanego w nich paliwa oraz rodzaj chłodziwa do podgrzania. Wytwornice ciepła mogą pracować na paliwie stałym, gazie, oleju napędowym i być wyposażone w uniwersalny palnik. Nośnikiem ciepła w systemach grzewczych ogrzewanym przez generator ciepła może być zarówno woda, jak i powietrze..

Gazowe generatory ciepłaprzeznaczone do ciągłego dostarczania ciepłego powietrza do pomieszczeń, montowane są w pozycji pionowej. Zamontowany w nich wymiennik ciepła pobiera znaczną część ciepła z produktów spalania, zmniejszając lotność spalin – rura wydechowa gazowych wytwornic ciepła musi być wyposażona w wentylator. Jeśli konstrukcja generatora ciepła zawiera zamkniętą komorę spalania, pod którą znajduje się dmuchawa, wówczas prawdopodobieństwo odwrotnego ciągu jest minimalne – wszystkie produkty spalania zostaną usunięte przez komin, dlatego takie gazowe generatory ciepła są uważane za najbezpieczniejsze. W większości przypadków sprawność kotłów opalanych gazem wynosi 85-90%.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Wybierając model gazowego generatora ciepła, należy zwrócić szczególną uwagę na jego zdolność do pracy przy obniżonym ciśnieniu gazu. Budując ogrzewanie na gazowym generatorze ciepła przy braku centralnego zasilania gazem, szczególnie wygodne będzie zainstalowanie zbiornika gazu o pojemności 2500 litrów lub więcej (wymagana objętość zależy od ogrzewanej powierzchni budynku).

Generatory ciepła na olej napędowy, paliwo, do którego używa się nafty lub oleju napędowego, dobrze nadaje się do ogrzewania obiektów przemysłowych o znacznej powierzchni. Wyposażone są albo w dyszę, która rozpyla paliwo przez komorę spalania, albo paliwo dostarczane jest metodą kroplową. Z zastrzeżeniem ciągłej eksploatacji, tankowane są dwa razy dziennie..

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Do spalania w wytwornicach ciepła z palnikiem uniwersalnym stosuje się zarówno olej napędowy, jak i odpadowy, tłuszcze pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Są szczególnie wygodne w fabrykach, w których występuje problem z utylizacją tłuszczów i zużytego oleju. Jednak moc cieplna generatora ciepła, w którym spalane są zużyte oleje i tłuszcze, nie przekroczy 200 kW; przy spalaniu oleju napędowego uzyskuje się wyższą moc cieplną. Niezależnie od zastosowanego paliwa, ten typ kotła, jak każdy inny, potrzebuje komina. Podczas spalania zużytego oleju nieuniknione jest tworzenie się żużli, które należy codziennie usuwać – dla większej wygody potrzebne będą dwie miski spalania, z których jedna zastąpi drugą podczas czyszczenia i skróci czas przestoju generatora ciepła.

Generatory ciepła na paliwo stałemają inną konstrukcję niż te opisane powyżej – są czymś między generatorami ciepła na gaz / olej napędowy i między konwencjonalnym piecem. Wyposażone są w wentylator nadmuchujący powietrze przez wymiennik ciepła i dostarczający je do ogrzewanych pomieszczeń, posiadają kraty rusztowe i drzwiczki do zasypu paliwa. Generatory ciepła na paliwo stałe spalają suche drewno, brykiety z torfu, węgiel i różne odpady rolnicze. Takie źródła ciepła mają sprawność rzędu 80-85%, czyli nieco mniej niż te zasilane paliwami gazowymi i ciekłymi – 85-90%. Należy również zwrócić uwagę na duże gabaryty kotłów na paliwo stałe oraz znaczny odpad w postaci niepalnej części paliwa..

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Wymienniki ciepła w generatorach ciepła mogą być żeliwne lub stalowe: ich pierwszy typ jest bardziej odporny na korozję, ale raczej masywny, wymienniki ciepła drugiego typu, wręcz przeciwnie, mają mniejszą wagę, ale podlegają korozji. Oba typy wymienników ciepła nie znoszą dobrze uderzeń, dlatego transport i montaż generatorów ciepła należy przeprowadzać z najwyższą starannością.

Zalety powietrznych wytwornic ciepła są wyższe w porównaniu z podgrzewaniem wody, sprawność i szybkość ogrzewania pomieszczeń, a przy pracy na zużytym oleju – oszczędność na paliwie, nie mówiąc już o rozwiązaniu problemu utylizacji odpadów.

Średni koszt generatora ciepła o mocy 400 kW wyniesie 90 000 RUB. Na rynku rosyjskim dostępne są generatory ciepła firm Master (USA), Kroll (Niemcy), Sial i ITM (Włochy), Benson Heating (Anglia), FEG Konvektor GF (Węgry).

Wybierając powietrzny generator ciepła należy wziąć pod uwagę te modele, w których powietrze ogrzewa się pośrednio, tj. komora spalania jest całkowicie odizolowana od chłodziwa. W takim przypadku produkty spalania nie przedostają się do kanałów ogrzewania powietrza, nie będzie potrzeby mieszania powietrza z zewnątrz z powietrzem wewnątrz pomieszczeń. Jednak takie generatory ciepła mają wyższą cenę, wagę i wymiary..

Generatory ciepła z funkcjami dostarczania ciepłej wody i ogrzewania mogą całkowicie rozwiązać problemy zaopatrzenia w ciepło, w większości działają na paliwo stałe.

Generator ciepła Vortex – historia

Ten rodzaj wytwornic ciepła zasługuje na szczególną uwagę, w dużej mierze ze względu na sprzeciw jego zwolenników i przeciwników..

W latach dwudziestych ubiegłego wieku Francuz Joseph Rank, prowadząc badania w komorze powietrznej instalacji cyklonowej, stwierdził, że zawirowane gazy w komorze cylindrycznej lub stożkowej są rozdzielane na dwie frakcje – o wyższej temperaturze na krawędziach i niższej w środku. ponadto ułamek środkowy, w przeciwieństwie do marginalnego, obraca się w przeciwnym kierunku. W 1934 r. Rank otrzymał patent w Stanach Zjednoczonych na swoją „rurkę wirową”.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Niemiec Robert Hilsch w latach 40. kontynuował badania swojego francuskiego kolegi, osiągając większą różnicę między temperaturami dwóch strumieni powietrza opuszczających rurkę wirową Rank dzięki ulepszonej konstrukcji.

W latach 50. radziecki naukowiec A.Merkulow przeprowadził szereg eksperymentów z rurką wirową Rank, decydując się na wpompowanie do niej wody zamiast gazu – teoretycznie nie powinno być różnicy temperatur w wodzie, która przepływała przez rurkę Rank, ponieważ w przeciwieństwie do gazów woda nie może być sprężana … Wbrew oczekiwaniom rozwidlony wirowy przepływ wody był podgrzewany i chłodzony podobnie jak gazy, co zastanawiało profesora Merkulova – nie potrafił wyjaśnić przyczyn tego zjawiska..

Nawiasem mówiąc, twórca pierwszego wirowego generatora ciepła jest często nazywany austriackim wynalazcą samoukiem Viktorem Schaubergerem, znanym z turbiny ssącej, którą zbudował w 1921 roku, która działa tylko na wodzie …

Dwadzieścia lat temu Amerykanin James Griggs, którego obszar zainteresowań leżał w obszarze ogrzewania, jako pierwszy zbudował wodny generator ciepła oparty na zasadzie rury Rank. James był rozczarowany podgrzewaczami wody z elementami grzejnymi – sole w wodzie tworzyły kamień na elementach grzejnych, powodując przegrzanie wężownicy i awarię elementu grzejnego. Biorąc pod uwagę fakt, że elementy grzejne mają sprawność bliską 100%, a silnik elektryczny obracający generator ciepła wynosi około 90-95%, James Griggs zdecydował się zrekompensować większe zużycie energii, rezygnując z wymiany elementów grzejnych, które wypaliły się w wyniku tworzenia się kamienia. Griggs obliczył, że tarcie powoduje podgrzanie wody. Amerykański inżynier okazał się mieć rację – stworzony przez niego generator ciepła naprawdę podgrzał wodę, a jego struktura wewnętrzna nie uległa zużyciu przez różne zanieczyszczenia i sole obecne w wodzie. Ale, ku skrajnemu zaskoczeniu Jamesa, kalkulacja kosztów energii nie ujawniła planowanych 10% strat energii, ale w porównaniu z systemami grzewczymi z elementami grzejnymi 14% oszczędności! Po przeprowadzeniu testów eksperymentalnych w 1992 roku Griggs odkrył, że na każdy dżul energii elektrycznej zużytej na działanie generatora ciepła, grzejnik wytwarza 1,5 dżula ciepła. Po spędzeniu kolejnych dwóch lat na próbach ustalenia przyczyn występowania nadmiaru energii, a tym samym ich nie poznaniu, James Griggs w 1994 roku otrzymał patent w Stanach Zjednoczonych na stworzony przez siebie generator ciepła z obrotową kawitacją..

Skąd pochodzi nadmiar energii cieplnej w wirowych generatorach ciepła

Generator ciepła Griggs jest zaprojektowany w następujący sposób: aluminiowy wirnik jest umieszczony w cylindrycznym stalowym korpusie, otwory są wywiercone wzdłuż powierzchni obręczy; obudowa zamykana jest za pomocą płaskiej stalowej pokrywy przykręconej do niej śrubami. W pokrywach płaskich na każdej z nich znajduje się dopływ do przepływu wody, w stosunku do siebie wloty na obu pokrywach, zamontowane po przeciwnych stronach korpusu, znajdują się na tej samej linii. Woda, przechodząc z jednej strony do wirnika, omija go wzdłuż obręczy i wypływa z przeciwnej strony z wyższą temperaturą niż pierwotnie.

Wytwornice ciepła: powietrze, woda i wir

Przyczyną podgrzewania wody jest najprawdopodobniej kawitacja. Wchodząc do wirnika i wypełniając otwory wzdłuż jego obrzeża, woda przywiera do nich, ale siła odśrodkowa powoduje rozciąganie wody przylegającej do otworów – jej krople wyrywają się z nich, pędzą do ścian obudowy i uderzają w nie. Powstała fala uderzeniowa i narastające ciśnienie „załamują” dużą liczbę pęcherzyków gazu i pary, powodując w każdym z nich ciśnienie kilkuset tysięcy atmosfer i temperaturę powyżej 106 ° C – występuje kawitacja akustyczna.

Opisana powyżej teoria oparta jest na zjawisku sonoluminescencji, odkrytym w 1934 roku przez niemieckich naukowców N. Frenzela i H. Schultesa, pracujących nad sonarem do okrętów podwodnych. Odkryli, że fale dźwiękowe powodują rozszerzanie i kurczenie się pęcherzyków gazu w wodzie – pod wpływem wibracji i wraz z nimi wielkość pęcherzyków zmienia się od kilkudziesięciu do kilku mikronów, ich objętość zmienia się kilkakrotnie. W rezultacie gaz zawarty w bąbelkach staje się wystarczająco gorący, aby stopić stal, a nawet emitować światło..

Producenci wirowych generatorów ciepła i ich koszt

Produkcja wirowych kotłów na rynek WNP jest prowadzona przez wielu producentów, każdy z nich posiada patent na model, który produkuje na podstawie modelu opracowanego w specyfikacji technicznej – nie ma stanowych norm dla wirowych wytwornic ciepła. Ich produkcja prowadzona jest przez spółki „YUSMAR” LLC (Mołdawia), rosyjską elektrownię jądrową „Alternatywne technologie energetyczne i komunikacja”, „Noteka-S” LLC, „Angstrem” NPP, „ORBI” UK LLC, „Kommash Plant” SA i inne. W ciągu ostatnich 20 lat wynalazcy wirowych generatorów ciepła otrzymali około 50 patentów.

Koszt wirowych generatorów ciepła o mocy silnika elektrycznego 55 kW / h wyniesie średnio 290 000 rubli.

Oceń artykuł
Codzienne wskazówki i instrukcje

Klikając przycisk „Prześlij komentarz” wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych i akceptuję politykę prywatności