Описание

В нашей стране уже разрабатывались и прозводились устройства на основе вторичных энергоресурсов, преобразующие тепло выбрасываемого воздуха, регенеративные теплообменники, переключающиеся регенераторы и рекуперативные теплообменники воздух-воздух. Правда, все они обладали рядом недостатков: - теплообменники воздух-воздух требовали развитой поверхности теплообмена, что приводит к увеличению металлоемкости устройств; - для утилизаторов с промежуточным теплоносителем необходимо применение насосов; - регенераторы не обеспечивали разделения входного и выходного потоков воздуха.

Более приемлемыми являлись устройства, использующие теплоту фазовых переходов - тепловые трубы, термосифоны. Однако они сложны в техническом исполнении. Поэтому практически все технологии использования возобновляемых энергетических ресурсов недостаточно эффективны или дороги по сравнению с технологиями преобразования энергии органических топлив.

Анализ современных энергетических технологий, показывает, что одним из перспективных способов является способ преобразования тепловой энергии на основе вихревого эффекта. Этот способ выгодно отличается от известных устройств простотой технического выполнения и обслуживания, а также является более дешевым в промышленном производстве.

Одним из перспективных типов вихревых труб является самовакуумирующаяся вихревая труба. По эффективности она значительно превосходит все известные охлаждающие устройства, а на некоторых режимах - более чем втрижды превышает эффективность идеальной турбины при одинаковых условиях на входе и выходе. По данным исследований, в самовакуумирующейся вихревой трубепроисходит очень интенсивный процесс теплообмена, характеризующийся коэффициентом теплообмена более 500 Вт/м2град. Этот эффект возникает мгновенно, что с успехом используется в технике. В Институте разработан вихревой нагреватель воздуха, в конструкцию которого внесены изменения, позволяющие устранить влияние процессов, снижающих эффективность устройства.

Обычно к устройствам такого типа при их разработке предъявляются следующие требования:

эффективность;

компактность;

простота изготовления и эксплуатации;

надежность.

Хотя самовакуумирующаяся вихревая труба и удовлетворяет всем этим требованиям, эффективность ее работы в значительной степени ограничивается необходимостью применения компрессора для сжатия рабочего воздуха. Это приводит к невозможности использования труб для нагревания больших объемов, таких как жилые и производственные помещения. Отрицательным моментом является и процесс охлаждения входного потока за счет расширения в объеме вихревой трубы.

Для устранения влияния таких негативных моментов на процесс теплообмена и увеличения производительности в разработанном устройстве был применен электровентилятор. При его вращении воздух в объеме вихревой трубы закручивается в вихрь, в котором, в соответствии с известным эффектом Ранка, происходит разделение воздуха на теплую и холодную составляющие. Такая конструкция вихревой трубы позволила снизить перепад давлений до 200-300 Па, исключить охлаждение теплого потока воздуха.

В результате реализации выше описанных технических решений появилась возможность варьировать производительность устройства по воздуху в широких пределах, а также значительно упростить конструкцию и повысить ее надежность благодаря отсутствию в устройстве компрессора.

Описанное устройство обеспечивает нагрев воздуха на 6-10 градусов в зависимости от расхода горячего воздуха, при следующих геометрических размерах:

Относительный диаметр всасывающего диффузора 0,33

Относительная длина вихревой зоны 1-1,5

Угол схождения конуса 7 град Э

кспериментально установленный тепловой коэффициент данного устройства 6,93.