RU2009409C1

RU2009409C1 - Hot-blast stove gas heater

Info

Publication number: RU2009409C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Куршин; Б.Э. Канищев
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: thermal power engineering. SUBSTANCE: additional packing 8 is positioned in the heater ahead of main heat-accumulating packing 7. Both packings are made from a gas-permeable material and have heating elements 23 and 24. Partition 25 is mounted between heating elements 23 and 24. EFFECT: improved structure. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к аккумуляторным подогревателям газа. The invention relates to heat engineering, namely to battery gas heaters.

Известен кауперный подогреватель газа, содержащий корпус с теплоизоляцией, в котором размещены теплоаккумулирующая насадка и элементы ее разогрева, предназначенный для периодического нагрева порций газа за счет тепла, аккумулированного в процессе предварительного разогрева насадки. Known Kuoper gas heater containing a housing with thermal insulation, which houses a heat-accumulating nozzle and elements of its heating, designed for periodic heating of gas portions due to the heat accumulated during the preliminary heating of the nozzle.

Недостатком известного подогревателя является невысокая эффективность теплопередачи вследствие недостаточно развитой поверхности теплосъема насадки, состоящей из стержней, минимальный диаметр которых ограничен по условиям прочности. Наличие насадки, составленной из большого количества скрепленных между собой деталей, обуславливает сложность конструкции подогревателя. A disadvantage of the known heater is the low heat transfer efficiency due to the underdeveloped heat removal surface of the nozzle, consisting of rods, the minimum diameter of which is limited by strength conditions. The presence of a nozzle, composed of a large number of parts fastened together, determines the complexity of the heater design.

Более простым и эффективным является принятый за прототип известный кауперный подогреватель газа, содержащий корпус, в полости которого расположены теплоизоляция, теплоаккумулирующая насадка из газопроницаемого материала, уплотненная в корпусе у торца выхода газа, и элементы ее разогрева. A simpler and more efficient is the well-known Kuiper gas heater adopted as a prototype, comprising a housing, in the cavity of which heat insulation is located, a heat storage nozzle made of gas-permeable material, sealed in the housing at the gas outlet end, and its heating elements.

В известном устройстве обеспечена максимально развитая поверхность теплосъема, высокий объемный коэффициент теплоотдачи, а также увеличен коэффициент использования внутреннего объема подогревателя. Уплотнение насадки в корпусе у торца выхода газа обеспечивает работу последней в условиях всестороннего сжатия, что позволяет использовать подогреватель для нагрева сильно сжатого газа, например, в аэродинамических трубах высокого давления. При таком использовании на выходе из подогревателя необходимо получать как можно более горячий газ, для чего желательно разогревать насадку до температур, приближающихся к температуре плавления материала, из которого она изготовлена. Однако такой режим работы в известном подогревателе реализовать нельзя, так как при поступлении в разогретую до предельно возможных, по соображениям тугоплавкости, температур насадку газа комнатной температуры она разрушится под действием перепада температур. Поэтому известный подогреватель эксплуатируют при более низких температурах, уровень которых определяется способностью насадки противостоять тепловому удару, а не ее тугоплавкостью. The known device provides the most developed heat removal surface, a high volumetric heat transfer coefficient, and also increased the utilization rate of the internal volume of the heater. Sealing the nozzle in the housing at the end of the gas outlet provides the latter under comprehensive compression, which allows the heater to be used to heat highly compressed gas, for example, in high-pressure wind tunnels. With this use, it is necessary to obtain as hot a gas as possible at the outlet of the heater, for which it is desirable to heat the nozzle to temperatures approaching the melting temperature of the material from which it is made. However, such a mode of operation cannot be implemented in the known heater, since when it enters a room temperature gas nozzle when it is heated to the maximum possible temperature temperature due to refractoriness, it will collapse under the influence of a temperature difference. Therefore, the known heater is operated at lower temperatures, the level of which is determined by the ability of the nozzle to withstand thermal shock, and not its refractoriness.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет увеличения температуры газа на выходе подогревателя. The aim of the invention is to increase efficiency by increasing the temperature of the gas at the outlet of the heater.

Поставленная цель достигается тем, что в известном кауперном подогревателе газа, содержащем корпус, в полости которого расположены теплоизоляция, теплоаккумулирующая насадка из газопроницаемого материала, уплотненная в корпусе у торца выхода газа, и элементы ее разогрева, в полости корпуса размещена дополнительная теплоаккумулирующая насадка из газопроницаемого материала, уплотненная в корпусе у торца входа газа и снабженная автономными элементами ее разогрева, при этом между элементами разогрева основной и дополнительной насадок установлена теплоизоляционная перегородка, а полости корпуса по обе стороны перегородки сообщены между собой. This goal is achieved by the fact that in the well-known kauper gas heater containing a housing, in the cavity of which there is a thermal insulation, a heat storage nozzle made of gas permeable material, sealed in the housing at the gas outlet end, and its heating elements, an additional heat storage nozzle made of gas permeable material is placed in the cavity , sealed in the housing at the end of the gas inlet and equipped with autonomous elements for its heating, while between the heating elements of the main and additional nozzles a heat-insulating partition is installed, and the body cavities on both sides of the partition are interconnected.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the proposed device meets the criteria of the invention of "novelty."

При проведенном анализе не обнаружено известных технических решений, обладающих сходными с отличающими предлагаемое устройство от прототипа признаками. Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию "существенные отличия". During the analysis, no known technical solutions were found that have similar characteristics that distinguish the proposed device from the prototype. Therefore, the proposed solution meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена схема предлагаемого кауперного подогревателя газа. The drawing shows a diagram of the proposed kauper gas heater.

Подогреватель содержит корпус 1, в одном из торцов 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. Основная 7 и дополнительная 8 теплоаккумулирующие насадки установлены с зазором между их торцами 9, 10 и закреплены в корпусе 1 с помощью газонепроницаемых металлических стаканов 11, 12. Насадки 7, 8 выполнены из газопроницаемого теплопроводного материала, например металлокерамики. Стаканы 11, 12 плотно охватывают боковые поверхности насадок 7, 8 и герметично сообщают выходной торец 13 основной насадки 7 и входной торец 14 дополнительной насадки 8 через патрубки 15, 16 соответственно с выходным 3 и входным 2 каналами в корпусе 1. Такое соединение обеспечивается за счет наличия переходных конических раструбов 17, 18 между цилиндрическими частями стаканов 11, 12 и патрубками 15, 16, а также установкой уплотнений 19, 20 между патрубками 15, 16 и корпусом подогревателя. В кольцевых полостях 21, 22 между внешними поверхностями стаканов 11, 12 с насадками 7, 8 и внутренней поверхностью теплоизоляции 4 расположены нагревательные элементы 23, 24 с независимой регулировкой подводимой мощности. Между указанными полостями 21, 22 установлена теплоизоляционная перегородка 25, причем эти полости сообщены между собой, например, через каналы 26 в перегородке 25. В корпусе 1 имеются каналы 27 для подвода охлаждающей жидкости. Для удобства монтажа подогревателя корпус 1 выполнен разъемным, а герметизация его частей осуществляется с помощью уплотнений 28. The heater contains a housing 1, in one of the ends of which a channel 2 for entry is made, and in the other a channel 3 for the outlet of the working gas. Thermal insulation elements 4, 5, 6 are located on the inner surface of the housing 1. The main 7 and additional 8 heat storage nozzles are installed with a gap between their ends 9, 10 and are fixed in the housing 1 using gas-tight metal cups 11, 12. The nozzles 7, 8 are made of gas-permeable heat-conducting material, such as cermets. The glasses 11, 12 tightly cover the side surfaces of the nozzles 7, 8 and tightly communicate the output end 13 of the main nozzle 7 and the input end 14 of the additional nozzle 8 through the nozzles 15, 16, respectively, with the output 3 and input 2 channels in the housing 1. This connection is provided by the presence of transitional conical bells 17, 18 between the cylindrical parts of the cups 11, 12 and nozzles 15, 16, as well as the installation of seals 19, 20 between the nozzles 15, 16 and the heater body. In the annular cavities 21, 22 between the outer surfaces of the cups 11, 12 with nozzles 7, 8 and the inner surface of the insulation 4, there are heating elements 23, 24 with independent adjustment of the input power. Between these cavities 21, 22 a heat-insulating partition 25 is installed, and these cavities are interconnected, for example, through channels 26 in the partition 25. In the housing 1 there are channels 27 for supplying coolant. For ease of installation of the heater, the housing 1 is made detachable, and the sealing of its parts is carried out using seals 28.

В варианте исполнения элементы разогрева 23, 24 могут быть вмонтированы в тело насадок 7, 8. Кроме того, может использоваться индукционный нагрев насадок токами высокой частоты. In an embodiment, the heating elements 23, 24 can be mounted in the body of the nozzles 7, 8. In addition, induction heating of the nozzles by high-frequency currents can be used.

Кауперный подогреватель газа работает следующим образом. Cowper gas heater operates as follows.

Без подачи газа при атмосферном давлении включают нагревательные элементы 23, 24 и производят разогрев теплоаккумулирующих насадок. Основную насадку 7 нагревают до более высокой температуры, чем дополнительную. После достижения насадками 7, 8 заданных температур производится продув рабочего газа через подогреватель. Во время продува газ комнатной температуры через канал 2 поступает в уплотненный патрубок 16 и через конический раструб 18 в торец 14 дополнительной насадки 8. Проходя через насадку 8, газ нагревается до промежуточных температур, заполняет свободные объемы подогревателя и поступает в торец 9 основной насадки 7. Прошедший через нее горячий газ собирается в раструбе 17 и из него через уплотненный патрубок 15 и выходной канал 3 подается к потребителю. Во время продува подогревателя происходит выравнивание давлений в полостях 21 и 22 за счет свободного перетекания газа из полости 21 в полость 22 через каналы 26, что до минимума снижает силовую нагрузку на перегородку 25 и обеспечивает возможность эксплуатации устройства при высоких давлениях газа. Without a gas supply at atmospheric pressure, the heating elements 23, 24 are turned on and the heat storage nozzles are heated. The main nozzle 7 is heated to a higher temperature than the additional one. After the nozzles 7, 8 reach the set temperatures, the working gas is blown through the heater. During purging, room-temperature gas flows through channel 2 into the sealed pipe 16 and through the conical socket 18 to the end 14 of the additional nozzle 8. Passing through the nozzle 8, the gas is heated to intermediate temperatures, fills the free volumes of the heater, and enters the end 9 of the main nozzle 7. The hot gas passing through it is collected in the socket 17 and from it through the sealed pipe 15 and the outlet channel 3 is supplied to the consumer. During the blower of the heater, the pressure is balanced in the cavities 21 and 22 due to the free flow of gas from the cavity 21 to the cavity 22 through the channels 26, which minimizes the power load on the partition 25 and allows the device to be operated at high gas pressures.

В предложенном подогревателе дополнительную насадку 8 можно нагревать до той же, что и насадку в прототипе, температуры, максимальная величина которой обусловлена способностью материала насадки противостоять тепловому удару. При этом допустим нагрев основной насадки 7 до более высокой, чем в прототипе, температуры, уровень которой ограничен только ее тугоплавкостью. В предложенном конструкции разрушения основной насадки при продувке не происходит, так как на ее входной торец 9 поступает уже прошедший через дополнительную насадку 8 подогретый газ. Таким образом, заявленное устройство без изменения номенклатуры использованных материалов позволяет повысить температуру газа на выходе подогревателя, а следовательно, его эффективность по сравнению с прототипом. (56) Авторское свидетельство СССР N 205989, кл. F 24 H 7/02, 1965. In the proposed heater, the additional nozzle 8 can be heated to the same as the nozzle in the prototype, the temperature, the maximum value of which is due to the ability of the material of the nozzle to withstand thermal shock. In this case, let us heat the main nozzle 7 to a higher temperature than in the prototype, the level of which is limited only by its refractoriness. In the proposed design, the destruction of the main nozzle during purging does not occur, since heated gas already passed through the additional nozzle 8 enters its inlet end 9. Thus, the claimed device without changing the nomenclature of the used materials can increase the temperature of the gas at the outlet of the heater, and therefore, its effectiveness compared to the prototype. (56) Copyright certificate of the USSR N 205989, cl. F 24 H 7/02, 1965.

Claims

COOPER GAS HEATER, comprising a housing with an inlet and an outlet, in the cavity of which there is a thermal insulation, a heat storage nozzle and its heating elements, characterized in that, in order to increase efficiency by increasing the gas temperature, said nozzle is sealed in the housing at the end of the outlet, in the cavity of the housing there is an additional heat-accumulating nozzle sealed in the housing at the end of the inlet and equipped with autonomous heating elements, while the main and additional The nozzles are made of gas-permeable material, a heat-insulating partition is installed between the heating elements of these nozzles, and the body cavities on both sides of the partition are interconnected.