Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10286
(13) U
(46) 2014.08.30
(51) МПК
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
F 24H 3/02
F 26B 9/06
(2006.01)
(2006.01)
(54) АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ВОЗДУХА
(21) Номер заявки: u 20131046
(22) 2013.12.05
(71) Заявитель: Ефимчик Степан Алек-
сеевич (BY)
(72) Автор: Ефимчик Степан Алексеевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Ефимчик Степан
Алексеевич (BY)
(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, отличаю-
щийся 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 воз-
духа, во входном отверстии улитки установлен цилиндрический стакан, на внешней сто-
роне которого на расстоянии 3-12 мм от его внутреннего торца выполнен фланец, а на
наружном торце цилиндрического стакана установлен воздушный фильтр, в улитке выпол-
нено также выходное отверстие, к которому снаружи корпуса нагревателя присоединен
Фиг. 1
BY10286U2014.08.30

2. BY 10286 U 2014.08.30
2
сужающийся конусообразный стакан, выходное отверстие которого имеет в 3-5 раз мень-
ший диаметр, чем диаметр входных отверстий рабочего колеса и улитки, а лопатки распо-
ложены по окружности входного отверстия рабочего колеса под углом 70-75° по
отношению к диаметру входного отверстия рабочего колеса и направлены в противопо-
ложную 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 Roda RFR5S, КЛИМАТТОРГ. Климатическое обо-
рудование. Тепловое оборудование. Тепловые пушки электрические [он-лайн] (Найдено
2013-11-25]. Найдено в интернет<URL: http://www.climattorg.ru/katalog/elektritheskie-
teplovye-pushki/roda-rfr5s/ >.
3. Патент RU 2119136 C1, 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. - Мини-
стерство 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 теплооб-
менниках, для обогрева жилых и производственных помещений, а также в деревообраба-
тывающей промышленности для сушки древесины.
Известно центробежное рабочее колесо для лесосушильных камер аэродинамического
нагрева, содержащее несущий и покрывной диски, установленные между ними профиль-
ные лопатки [1].
Недостатками известного рабочего колеса являются увеличенные габариты и вес, низ-
кая 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 появ-
ляются трещины из-за наличия вибраций ротора, которые в дальнейшем приведут к раз-
рушению колеса, что снижает долговечность.
Для обогрева помещений применяются тепловые пушки. Они производятся в метали-
ческом корпусе с отверстием для забора воздуха и отверстием для выхода горячего воздуха.
Внутри корпуса размещаются воздухонагреватель, а также вентилятор с электродвигате-
лем. 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 Roda RFR5S потребляет мощ-
ность 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 лопатка-
ми и диском, например, сваркой, при этом свободные торцы накладок снабжены скруг-
ленными выемками [3].

3. BY 10286 U 2014.08.30
3
Это техническое решение принято за прототип заявляемой полезной модели.
Недостатками этого решения являются низкий коэффициент полезного действия аэро-
динамического нагревателя, а также невозможность нагревания воздуха свыше 80-100 °С.
Также потребляемая мощность электроэнергии на нагревание воздуха в этом устрой-
стве достаточно высока, до 20 кВт/ч.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение коэффициента полезного
действия устройства, повышение получаемой температуры нагретого воздуха до 170-
220 °С и выше, увеличение объема нагретого воздуха и значительное снижение потреб-
ляемой 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 расположен-
ными между ними лопатками, содержащее также центральное входное отверстие для
забора воздуха в колесо на лопатки, центробежное рабочее колесо установлено на цен-
тральном валу ротора привода вращения в корпусе, состоящем из задней части - план-
шайбы 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 вы-
полнен фланец, а на наружном торце цилиндрического стакана установлен воздушный
фильтр, в улитке выполнено также выходное отверстие, к которому снаружи корпуса на-
гревателя присоединен сужающийся конусообразный стакан, выходное отверстие которо-
го 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, вы-
полненную 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. По-
верхность 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 аэродина-
мическое 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 воз-
духа.
Выходное отверстие 15 диаметром 190 мм для выхода нагретого воздуха также распо-
ложено в улитке 2. К выходному отверстию 15 снаружи присоединен сужающийся кону-
сообразный 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.

4. BY 10286 U 2014.08.30
4
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 затя-
гивают 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 ко-
нусообразного 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 аэродинами-
ческого 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 по-
вышение его давления, и в связи с этим значительно увеличивается коэффициент трения
воздуха о покрывной диск 5 аэродинамическою колеса и фланец 11 цилиндрического ста-
кана 10, а также о внутреннюю поверхность улитки 2.
За счет этого трения происходит нагревание втянутого воздуха. Далее нагретый воз-
дух 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 наимень-
шим потреблении электроэнергии.
Путем испытаний была получена температура нагретого воздуха 176,4 °С при исполь-
зовании электрического двигателя мощностью 7,5 кВт/ч. При этом в течение часа было
получено 6780 м3
горячего воздуха с температурой 176,4 °С.
Судя по конструкции прототипа, можно утверждать, что КПД предлагаемого изобре-
тения многократно превосходит КПД прототипа.
Если сравнивать предлагаемую полезную модель с известным устройством для нагре-
ва воздуха - тепловой пушкой Roda RFR5S, которая потребляет мощность 3-5 кВт и про-
изводит при этом 420 м3
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 м3
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 на-
греваемого воздуха.
Таким образом, у заявляемой полезной модели при том же потреблении электроэнер-
гии объем получаемого горячего воздуха в час в 13,4 раза больше, чем у тепловой пушки
(5650 : 420 = 13,4). При этом температура нагреваемого воздуха у заявляемой полезной
модели в 1,35 раз выше, чем у тепловой пушки (176,4 : 130 = 1,35). То сеть КПД заявляе-
мой полезной модели в 18 раз выше, чем у тепловой пушки (13,4 × 1,35).
Расчетные данные в соответствии формулами, предлагаемыми в [4], показывают, что
по нормам, принятым в настоящее время, для того чтобы нагреть воздух объемом 6780 м3
с 20 до 80 °С, то есть на 60 °С при нормальном давлении распространенными нагрева-
тельными 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 воз-
духа при одновременном снижении потребления электроэнергии, а значит, и снижении
материальных затрат на процесс нагревания воздуха.

5. BY 10286 U 2014.08.30
5
Фиг. 2 Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.