Conținutul articolului
- Istoric generatoare de căldură
- Dispozitivul și principiul funcționării generatorului de căldură
- Tipuri de generatoare de căldură
- Generator de căldură Vortex – istoric
- De unde vine excesul de energie termică în generatoarele de căldură vortex
- Producătorii de generatoare de căldură cu vortex și costurile acestora
În acest articol: Istoria generatoarelor de căldură principiul funcționării și dispozitivului; tipuri de generatoare de căldură; producătorii și costul mediu al generatoarelor de căldură; istoricul generatorului de căldură prin cavitație vortex; principiul generatorului de căldură vortex; producători de generatoare de căldură pentru cavitații în CSI.
În sezonul de iarnă, spațiile au nevoie de încălzire artificială, altfel locuitorii acesteia vor experimenta personal toate deliciile epocii de gheață. Încălzire centrală în clădiri de apartamente, încălzire individuală în cabane private … dar ce zici de suprafețe mari, de exemplu, zone de vânzare și depozite? Și cu șantiere sau, să zicem, servicii auto, unde aerul rece curge constant din exterior? Singura modalitate de a încălzi o suprafață mare este încălzirea cu aer, construită fie pe arme de căldură, fie pe generatoare de căldură. Acest articol va acoperi generatoarele de căldură.
Istoric generatoare de căldură
Invenția generatorului de căldură convectiv este direct legată de invenția lui Robert Bunsen, un arzător atmosferic numit după el. Primele generatoare de căldură puse pe piață în 1856 de compania engleză „Pettit și Smith” au fost echipate cu un arzător atmosferic similar cu arzătorul Bunsen, doar de dimensiuni mai mari.
Chimistul experimental german Robert Wilhelm BunsenÎn 1881, englezul Sigismund Leoni a primit un brevet pentru un nou tip de generatoare de căldură – flacăra unui arzător în ele încălzește o placă de azbest, care transferă căldura în aer. Ulterior, azbestul a fost înlocuit cu lutul refractar, înlocuit astăzi cu materiale refractare mai durabile.
Un arzător atmosferic și o placă refractară deasupra acestuia sunt elementele principale în proiectarea oricărui generator de căldură modern..
Dispozitivul și principiul funcționării generatorului de căldură
În ceea ce privește sarcinile lor, generatoarele de căldură sunt similare cu armele de căldură – diferența este că aceste unități pot fi doar staționare. Proiectarea tipică a unui generator de căldură: un ventilator (axial sau centrifugal), deasupra acestuia se află o cameră de ardere, se introduce un arzător în partea sa inferioară, un schimbător de căldură de aer este situat deasupra arzătorului. Gazele fierbinți formate în camera de ardere sunt alimentate schimbătorului de căldură și apoi conduse la coș. Fluxul de aer suflat de ventilator se încălzește în schimbătorul de căldură la 20-70 ° C, apoi intră în camera încălzită sau în sistemul de ventilație a conductelor.
În funcție de puterea ventilatoarelor instalate în proiectarea lor, generatoarele de căldură pot dezvolta o presiune statică de ieșire de 100-2000 Pa.
În ceea ce privește puterea termică, generatoarele de căldură diferă în două tipuri – până la 350-400 kW (într-o singură carcasă) și până la 1000 kW (constau în secțiuni de schimb de căldură și ventilație).
În generatoarele de căldură destinate sistemelor de încălzire a conductelor de aer, schimbătorul de căldură și camera de ardere sunt realizate din oțel inoxidabil, în sistemul lor este introdus suplimentar un sistem de drenare a condensului.
Tipuri de generatoare de căldură
Principala diferență între modelele existente de generatoare de căldură este ce fel de combustibil este utilizat în ele și ce fel de lichid de răcire trebuie încălzit. Generatoarele de căldură pot funcționa pe combustibil solid, gaz, motorină și pot fi echipate cu un arzător universal. Transportorul de căldură în sistemele de încălzire, care este încălzit de un generator de căldură, poate fi atât apă, cât și aer..
Generatoare de căldură cu gazproiectate pentru furnizarea continuă de aer cald către spații, acestea sunt instalate în poziție verticală. Schimbătorul de căldură instalat în ele extrage o parte semnificativă a căldurii din produsele de ardere, reducând volatilitatea gazelor arse – conducta de evacuare a generatoarelor de căldură cu gaz trebuie să fie echipată cu un ventilator. Dacă proiectarea generatorului de căldură conține o cameră de ardere închisă, sub care este amplasată o suflantă, atunci probabilitatea de tracțiune inversă este minimă – toate produsele de ardere vor fi eliminate prin coș, de aceea astfel de generatoare de căldură sunt considerate cele mai sigure. În cele mai multe cazuri, eficiența generatoarelor de căldură cu gaz este de 85-90%.
Atunci când alegeți un model de generator de căldură cu gaz, este necesar să acordați o atenție deosebită capacității sale de a lucra la presiunea redusă a gazului. Când se construiește încălzirea pe un generator de căldură în lipsa alimentării cu gaz central, va fi deosebit de convenabil să instalați un rezervor cu un volum de 2500 litri sau mai mult (volumul necesar depinde de zona încălzită a clădirii).
Generatoare de căldură diesel, ca combustibil pentru care se folosește kerosen sau motorină, acestea sunt potrivite pentru încălzirea spațiilor industriale cu o suprafață semnificativă. Acestea sunt echipate fie cu o duză care pulverizează combustibilul prin camera de ardere, fie combustibilul este furnizat printr-o metodă de picurare. Sub rezerva funcționării continue, sunt alimentate de două ori pe zi..
Pentru arderea generatoarelor de căldură cu un arzător universal, atât combustibil diesel cât și ulei uzat, se folosesc grăsimi de origine vegetală și animală. Sunt deosebit de convenabile în fabricile unde există o problemă cu eliminarea grăsimilor și a uleiului uzat. Totuși, puterea termică a generatorului de căldură, în care se ard uleiuri și grăsimi reziduale, nu va depăși 200 kW; la arderea motorinei se obține o producție termică mai mare. Indiferent de tipul de combustibil utilizat, acest tip de generator de căldură, ca oricare altul, are nevoie de un coș de fum. La arderea uleiului uzat, formarea zgurii este inevitabilă, care trebuie îndepărtată zilnic – pentru o mai mare comoditate, vor fi necesare două boluri de ardere, dintre care una va fi folosită pentru a înlocui celălalt în timpul curățării și pentru a reduce timpul de oprire al generatorului de căldură..
Generatoare de căldură cu combustibil solidau un design diferit de cele descrise mai sus – fiind ceva între generatoarele de căldură gaz / motorină și între un cuptor convențional. Sunt echipate cu un ventilator care suflă aer printr-un schimbător de căldură și îl furnizează camerelor încălzite, au bare de grătare și ușă de încărcare a combustibilului. Generatoare de căldură cu combustibil solid ard lemn uscat, brichete de turbă, cărbune și diverse deșeuri agricole. Astfel de generatoare de căldură au o eficiență de 80-85%, care este puțin mai mică decât cea a celor care operează pe combustibili gazoși și lichizi – 85-90%. De asemenea, trebuie remarcat dimensiunea mare a generatoarelor de căldură cu combustibil solid și deșeurile semnificative sub forma unei părți incombustibile a combustibilului..
Schimbătoarele de căldură din generatoarele de căldură pot fi fontă sau oțel: primul lor tip este mai rezistent la coroziune, dar mai degrabă masive, schimbătoarele de căldură de al doilea tip, dimpotrivă, au o greutate mai mică, dar sunt supuse coroziunii. Ambele tipuri de schimbătoare de căldură nu tolerează bine impacturile, de aceea transportul și instalarea generatoarelor de căldură trebuie efectuate cu cea mai mare atenție..
Avantajele generatoarelor de căldură cu aer sunt mai mari, în comparație cu încălzirea apei, eficiența și viteza de încălzire a spațiilor, precum și atunci când lucrați pe ulei uzat – economisind bani pe combustibil, ca să nu mai vorbim de rezolvarea problemei deșeurilor.
Costul mediu al unui generator de căldură de 400 kW va fi de 90.000 RUB. Pe piața rusă există generatoare de căldură din Master (SUA), Kroll (Germania), Sial și ITM (Italia), Benson încălzire (Anglia), FEG Konvektor GF (Ungaria).
Atunci când alegeți un generator de căldură pentru aer, ar trebui să luați în considerare acele modele în care aerul este încălzit indirect, adică. camera de ardere este complet izolată de lichidul de răcire. În acest caz, produsele de ardere sunt garantate să nu pătrundă în canalele de încălzire a aerului, nu va fi necesar să amestecați aerul din exterior cu aerul din incintă. Totuși, astfel de generatoare de căldură au un preț, greutate și dimensiuni mai ridicate..
Generatoarele de căldură cu funcțiile de furnizare a apei calde și de încălzire pot rezolva complet problemele de alimentare cu căldură, în cea mai mare parte utilizând combustibil solid..
Generator de căldură Vortex – istoric
Acest tip de generatoare de căldură merită o atenție specială, în mare parte datorită opoziției susținătorilor și adversarilor săi..
În anii 20 ai secolului trecut, francezul Joseph Rank, efectuând cercetări în camera de aer a unei instalații ciclonice, a descoperit că, fiind învârtite, gazele dintr-o cameră cilindrică sau conică sunt separate în două fracții – cu o temperatură mai ridicată la margini și una inferioară în centru. în plus, fracția din centru, în contrast cu cea marginală, se rotește în sens invers. În 1934, Rank a primit un brevet în Statele Unite pentru „tubul lui vortex”.
Germanul Robert Hilsch din anii 40 a continuat cercetările colegului său francez, obținând o diferență mai mare între temperaturile celor două fluxuri de aer care părăsesc tubul vortex Rank datorită designului îmbunătățit.
În anii 50, savantul sovietic A. Merkulov a pus la cale o serie de experimente cu tubul vortex Rank, hotărând să pompeze apă în el în loc de gaz – teoretic, nu trebuie să existe o diferență de temperatură în apa care a fost condusă prin tubul Rank, deoarece, spre deosebire de gaze, apa nu poate fi comprimată … Spre deosebire de așteptări, fluxul de apă vortex bifurcat a fost încălzit și răcit similar gazelor, ceea ce l-a nedumerit pe profesorul Merkulov – nu a putut explica motivele acestui fenomen.
Apropo, creatorul primului generator de căldură vortex este adesea numit inventatorul autodidact austriac Viktor Schauberger, cunoscut pentru turbina de aspirație pe care a construit-o în 1921, care funcționează doar pe apă …
Acum douăzeci de ani, americanul James Griggs, a cărui zonă de interes se afla în domeniul încălzirii, a fost primul care a construit un generator de căldură cu apă, bazat pe principiul conductei Rank. James a fost dezamăgit de încălzitoarele de apă cu elemente de încălzire – sărurile din apă au format o scară pe elementele de încălzire, determinând supraîncălzirea bobinei și defectarea elementului de încălzire. Pe baza faptului că elementele de încălzire au o eficiență apropiată de 100%, iar motorul electric care rotește generatorul de căldură este de aproximativ 90-95%, James Griggs a decis să compenseze consumul mai mare de energie prin faptul că nu trebuie să înlocuiască elementele de încălzire care au ars de la formarea scării. Calculul lui Griggs a fost ca fricțiunile să provoace încălzirea apei. Inginerul american s-a dovedit a fi drept – generatorul de căldură pe care l-a creat într-adevăr a încălzit apa, iar structura sa internă nu a suferit uzură din diferite impurități și săruri prezente în apă. Dar, spre surprinderea extremă a lui James, calculul costurilor energetice nu a dezvăluit pierderea de energie planificată de 10%, dar, în comparație cu sistemele de încălzire cu elemente de încălzire, economii de 14%! După ce a efectuat teste experimentale în 1992, Griggs a constatat că pentru fiecare jouel de energie electrică cheltuită la funcționarea unui generator de căldură, un încălzitor creează 1,5 joule de căldură. După ce a petrecut alți doi ani încercând să afle motivele apariției excesului de energie și fără să le afle, James Griggs a primit în 1994 un brevet în Statele Unite pentru un generator de căldură rotativ pentru cavitație pe care l-a creat..
De unde vine excesul de energie termică în generatoarele de căldură vortex
Generatorul de căldură Griggs este proiectat după cum urmează: un rotor de aluminiu este plasat într-un corp cilindric de oțel, găurile sunt găurite de-a lungul suprafeței jantei; carcasa este închisă cu un capac de oțel plat fixat la el cu șuruburi. În capacele plate, pe fiecare dintre ele, există o intrare pentru curgerea apei, în raport una cu cealaltă, orificiile de intrare de pe ambele învelitori, montate pe laturile opuse ale corpului, sunt amplasate pe aceeași linie. Apa, care vine dintr-o parte către rotor, o ocolește de-a lungul jantei și iese din partea opusă cu o temperatură mai mare decât era inițial.
Motivul pentru care apa este încălzită este cel mai probabil din cauza cavitației. Când intră în rotor și umple găurile de-a lungul marginii sale, apa se lipește de ele, dar forța centrifugă determină întinderea apei care aderă la găuri – picăturile sale se desprind de ele, se grăbesc de pereții corpului și se taie în ele. Valul de șoc rezultat și presiunea crescândă „se prăbușesc” numărul mare de bule de gaze și vapori, provocând în fiecare dintre ele o presiune de sute de mii de atmosfere și o temperatură mai mare de 106 ° C – are loc cavitație acustică.
Teoria descrisă mai sus se bazează pe fenomenul sonoluminiscenței, descoperit în 1934 de oamenii de știință germani N. Frenzel și H. Schultes, care lucrează la un sonar pentru submarine. Au descoperit că undele sonore provoacă extinderea și contracția bulelor de gaz în apă – sub influența vibrațiilor și în timp cu acestea, mărimea bulelor se schimbă de la câteva zeci la mai multe microni, volumul acestora se schimbă de câteva ori. Drept urmare, gazul conținut în bule devine suficient de fierbinte pentru a topi oțelul și chiar emite lumină..
Producătorii de generatoare de căldură cu vortex și costurile acestora
Producția de generatoare de căldură vortex pentru piața CSI este realizată de un număr de producători, fiecare dintre ei are un brevet pentru un model pe care îl produce pe baza modelului dezvoltat de specificațiile tehnice – nu există standarde de stat pentru generatoare de căldură vortex. Producția lor este realizată de companiile „YUSMAR” LLC (Moldova), NPP-ul rusesc „Tehnologii și comunicații energetice alternative”, „Noteka-S” LLC, NPP „Angstrem”, „ORBI” LLC, „Kommash Plant” JSC și altele. În ultimii 20 de ani, inventatorii generatoarelor de căldură vortex au primit aproximativ 50 de brevete.
Costurile generatoarelor de căldură cu vortex, cu o putere electrică a motorului de 55 kW / h, vor fi în medie de 290.000 de ruble.
Ce tip de generator de căldură este mai eficient: cel care utilizează aerul, cel care utilizează apa sau cel care folosește tehnologia vortex? Care dintre acestea oferă o încălzire mai rapidă și mai economică?