CC BY
27
НЛТУ
УКРЛ1НИ
t ,
Hl/IUB
Науковий bIch и к НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280115 Article received 12.02.2018 р. Article accepted 28.02.2018 р.
УДК 620.9
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author I. R. Vashchyshak [email protected]
I. Р. Ващишак
1вано-Франювський нацюнальний техтчнийутверситет нафти i газу, м. 1вано-Франювськ, Украта
МУЛЬТИПАЛИВНИЙ КОТЕЛ НА ТЕПЛОВИХ ТРУБКАХ
Для забезпечення безперебшного опалення та гарячого водопостачання житлових будинюв шдивщуального типу, а та-кож для створення можливоста споживачевi самостiйно обирати вид енергоноая для системи опалення запропоновано роз-робити конструкцiю мультипаливного котла з теплообмшником на теплових трубках. Встановлено вимоги до теплопереда-вальних елеменпв теплообмiнника для одночасного нагршання двох середовищ (повiтря i води) та забезпечення роботи ввд рiзних видiв енергоноспв (природний газ, дизельне паливо, електроенергiя). Запропоновано застосувати тепловi трубки як елементи теплообмiнника, що мають властивiсть працювати як трансформатори теплових потоюв. Розроблено експеримен-тальну модель теплообмшника з використанням шести теплових трубок та оцшено його теплову ефективнiсть. Отримано ККД теплообмiнника на рiвнi 90 % пiд час на^вання електричними нагршачами та 86 % тд час нагршання гарячим пови-рям. За результатами дослщжень моделi розраховано та спроектовано конструкщю теплових трубок теплообмiнника та за-гальну конструкцiю мультипаливного котла потужшстю 17 кВт. Як нагрiвальнi елементи для цього котла використано ком-бшований двопаливний пальник та електричш нагрiвачi. Наведено особливостi використання та переваги запропонованого мультипаливного котла на теплових трубках, зокрема, й можливють охолоджувати повпря у примiщеннi у теплу пору року.
Ключовi слова: теплообмшник; комбшований пальник; повiтряне опалення; джерело тепла.
Вступ. У разi виникнення перебош з газо- чи елек-тропостачанням населення вiддалених райошв унасль док аварiй, стихiйного лиха чи военних дiй виникае не-обхiднiсть швидко обiгрiти примiщення за допомогою наявних вищв енергоноспв. Газов^ твердопаливнi та електричнi котли з водяною системою опалення, що пе-реважно використовують для обiгрiву приватних будин-кiв, погано пiдходять для цього, осюльки застосовують один, редко два, види енергоноспв. Однак i за появи енергоносiя час обiгрiву охололого примiщення потре-буе багато часу внаслвдок теплово! iнерцiйностi водяно! системи опалення зi значним об'емом теплоноая.
Одним зi шляхiв виршення питання швидкого обпрь ву приватних будинюв у разi перебо!в iз постачанням енергоноспв е впровадження повггряно! системи опалення з котлом, який може працювати вiд енергоноспв юль-кох видiв. Це дасть змогу споживачевi швидко перевести котел на той вид палива, який е, i звести до мЫмуму дискомфорт, спричинений перервою в опалент примiщень.
Мета дослiдження - розробити основш технiчнi рь шення для побудови багатопаливного (мультипаливного) котла, який одночасно на^ватиме повиря для опалення примiщення та води для техшчних потреб. Котел буде працювати на поширених енергоноаях: природному газi, дизельному паливi або електроенергп.
Викладення основного матер1алу дослiдження. Оскiльки джерелами тепла у мультипаливному котлi бу-дуть електричш нагрiвачi та вiдкрите полум'я пальника, то це накладае певнi вимоги на властивосп теплопереда-вальних елеменпв теплообмiнника. Вони повиннi:
• мати змогу працювати у трьох !зольованих камерах;
• одночасно нагр1вати повпря та воду;
• мати високу ефективну теплопров!дтсть;
• працювати в широкому дiапазонi температур (вiд -20 °С до
+300 °С);
• не замерзати i не деформуватись;
• мати висок! корозшну стшюстъ, надшшстъ та довговiчнiсть.
Повнiстю реалiзувати наведенi вимоги можна за допомогою теплопередавальних елеменпв випарного типу - теплових трубок (Vashchyshak et al., 2014).
Ефективнiсть теплово! трубки визначають за допомогою поняття "екв!валентна теплопроввдшсть", яка може бути вищою за теплопровiднiсть мщ (Gell & Iva-nov, 1972). Також тепловi трубки характеризуються !зо-термiчнiстю поверхнi за низького термiчного опору. Поверхня конденсацп теплово! трубки, в цьому випад-ку, працюе практично за постшно! температури.
Ще одшею перевагою теплово! трубки е можливють !! роботи як трансформатора теплового потоку, тобто трубка транспортуе високий тепловий попк, тдведе-ний до мало! площ! одного !! к1нця, у низький, що вщ-водиться з велико! площ! !ншого. Втрати теплоти тд час транспортування вщ зони тдведення теплового потоку до зони його вщведення е досить малими (не бшь-ше 1-5 %) (Chi, 1981). Окр!м цього, теплова трубка мо-же працювати як трансформатор двох низьких тепло-вих потоков з одного високого. У цьому випадку в теп-ловш трубщ буде одна зона нагрiвання i випаровування та дв! зони конденсацп робочо! рщини. Коли ж об'една-ти щ властивосп, то теплову трубку можна використа-
1нформащя про aBTopiB:
Ващишак 1рина Ромашвна, канд. техн. наук, доцент кафедри енергетичного менеджменту та техшчноТ дiагносrики. Email: [email protected]
Цитування за ДСТУ: Ващишак I. Р. Мультипаливний котел на теплових трубках. Науковий вкник НЛТУ УкраТни. 2018, т. 28, № 1. С. 74-79.
Citation APA: Vashchyshak, I. R. (2018). Multifuel Boiler on Heat Tubes. Scientific Bulletin of UNFU, 28(1), 74-79. https://doi.org/10.15421/40280115
ти як теплопередавальнии елемент для одночасного на^вання двох середовищ - пов^я та води. При цьому зона конденсаци 1 (рис. 1) буде розмщена у по-вiтряному середовищ, а зона конденсаци 2 - у водяному. Зону на^вання ввдкритим полум'ям доцшьно роз-мютити в середнш частит трубки, а зону названия електроенергieю - у торщ.
Поверхня | | Зона Зона труби Зона
конденсаци 1 названия конденсаци 2 полум'ям
Рис. 1. Зони нагр1вання та конденсаци теплово! трубки пiд час наг^вання двох середовищ
Для перевiрки ефективностi запропонованих рiшень розроблено зменшену модель теплообмiнника з вико-ристанням шести теплових трубок (рис. 2). Кожну трубку розраховували на максимальну потужмсть теплового потоку 110 Вт (Vashchyshak et а1., 2017). Коефiцieнт теплопередачi трубок - 0,56 105 Вт/(м2 • К), довжина -500 мм, дiаметр - 15 мм, матерiал - мвдь.
Рис. 2. Експериментальна модель теплообмшника: 1) тепловi трубки; 2, 3) фланщ; 4) клапани; 5) наг^вальт елементи
Тепловi трубки 1 розмщали мiж двома пластмасо-вими фланцями 2 i 3, як роздтяють мiж собою зону нагрiвання та зони тепловiддачi повiтрю i вода (див. рис. 2). Зона на^вання - це частина теплообмiнника, яка розмщена у на^вальнш камерi. Зона тепловiддачi повiтрю - частина теплообмiнника, розмiщена у повгт-рянш камер^ а зона тепловiддачi водi - у водянш.
З боку водяно! камери на теплових трубках встанов-лено клапани 4, а з боку повеяно! камери - керамiчнi електричн нагрiвальнi елементи 5. Мюця з'еднання теплових трубок iз фланцями герметизували високотемпе-ратурним герметиком DD6705, а нагрiвальнi елементи приеднували до системи управлiння. На фланщ 2 та 3 одягали пластмасовi трубки, дiаметром 110 мм. Одна з них була герметичною та iмiтувала водяну камеру, ш-ша - мала вiдкритi вх1д та вихвд i iмiтувала повiтряну камеру. Водяна камера мала довжину 290 мм i вмщува-ла 2 л води. Повгтряна камера мала довжину 200 мм. На^вальна камера знаходилась мiж фланцями 2 та 3.
Для до^дження теплообмiнника зi 6-ти теплових трубок розроблено експериментальну установку, зобра-жену на рис. 3.
Рис. 3. Експериментальна установка для достдження теплооб-мiнника: 1) повiтряна камера; 2) на^вальна камера; 3) водяна камера; 4) тепловi трубки; 5) клапани; 6) електричний кабель; 7) ущiльнювач; 8) вентилятор; 9, 11) раструб; 10) термофен; 12) розсговач теплового потоку; 13) тегогазоляцшний шар зi стненого полiуретану; 14, 15) штуцери з рiзьбою
Мiж повiтряною 1, нагрiвальною 2 та водяною камерами 3 розмiщували тепловi трубки 4. У трубках 4 з боку водяно! камери розмщували клапани 5, а з боку повеяно! камери кршили електричн нагрiвальнi елементи, якi за допомогою кабелiв 6, що проходять через ущiльнювач 7, приеднували до системи управлiння. Холодне повiтря з навколишнього середовища захоплювалось вентилятором 8 i через раструб 9 подавалось у пов^яну камеру 1. Там воно назвалось i виходило через верхнш патрубок, iмiтуючи повiтряну систему опалення.
Джерелом тепла у на^вальнш камерi був термофен 10 ввд паяльно! станци типу SM-852D, який може ство-рювати пов^яний потiк до 24 л/хв у температурному дiапазонi вiд 150 до 500 °С та максимальну потуж-шсть - 640 Вт. Термофен 10 для подачi гарячого повгт-ря за допомогою раструба 11 приеднували до на^валь-но! камери 2. Для рiвномiрного розподiлу теплового потоку за об'емом на^вально! камери застосовували роз-сiювач 12. Охолоджене повiтря виходило через патрубок у верхнш частит на^вально! камери.
Водяна камера мала теп^золящйний шар 13 зi ст-неного полiуретану. Вхiд холодно! та вихвд гарячо! води з водяно! камери здшснювався через штуцери з рiзь-бою 14 i 15. На виходi кожно! з камер теплообмiнника встановлювали термодавач, а потужшсть споживання електрофена вишрювалась цифровим ватметром типу Lemanso LM669.
Мета експериментальних дослiджень - встановити ККД теплообмiнника пiд час роботи ввд електричних нагрiвачiв та гарячого повгтря, що iмiтувало паливн га-зи пальника. Перепад температур для води приймали 50 °С, враховуючи, що вона мала початкову температуру +20 °С, а юнцеву - +70 °С. Для повiтря перепад температур становив 30 °С за початково! температури +20 °С, а шнцево! - +50 °С. За результатами проведення серi! експерименпв середнш ККД теплообмiнника пiд час на^вання електричними нагрiвальними елемента-ми становив 90 %, а за на^вання гарячим повiтрям -86 %, що тдтвердило його високу теплову ефектив-шсть. Пiсля цього розраховано та спроектовано тепловi трубки для теплообмiнника мультипаливного котла, що
зможе опалювати примщення, площею 100 м2 i матиме водяну камеру для на^вання 100 л води (МлкИакпко & Gubin, 2012).
Загальну конструкщю теплово! трубки теплообмш-ника зображено на рис. 4. На поверхню теплово! трубки 1 з пористим гштом 2 встановлено ребра радiатора 3. Це зроблено для розширення дiапазону теплових потоков трубок у режимi бульбашкового кипiння i запобтання виникненню кризи теплообмiну. З одного боку теплова трубка заварена кришкою з клапаном 4 для !! герметиза-ци. З iншого - вона заварена кришкою з рiзьбою 5 для встановлення електричного нагрiвального елемента 6. Електричний на^вальний елемент 6 крiпиться до кришки 5 за допомогою гвинта 7, шайби 8 та iзоляцiйно! прокладки 9. В iзоляцiйнiй ирокладщ 9 зроблено отвори для вивсщв живлення 10 шквального елемеита 6.
21 18
Пстатряна камера Нагр1вальна камера Водяна камера Рис. 4. Конструкция теплово! трубки теплообмшника мультипа-ливного котла з елементами кртлення: 1) теплова трубка; 2) пористий гтт; 3) ребра радiатора; 4) кришка iз клапаном; 5) кришка з рiзьбою; 6) електричний нагр1вальний елемент; 7, 16, 21) гвинти; 8) шайба; 9) iзоляцiйна прокладка; 10) виводи живлення; 11, 17, 22) iзоляцiИm шайби; 12) iзоляцiИна шайба з нашвсферичних половинок; 13, 19) металева трубна дошка; 14) водяна камера; 15) високотемпературний герметик; 18, 23) гайки; 20) повпряна камера
М!ж ребрами теплово! трубки встановлено суцшьну iзоляцiИну шаИбу 11 та iзоляцiйну шаИбу iз двох нашвсферичних половинок 12. До суцшьно! iзоляцiйно! шаИби 11 з одного боку кршиться металева трубна дошка 13, а з iншого - спнка герметично! водяно! камери 14. Герметизащю водяно! камери здшснено високотем-пературним герметиком 15. До стшки герметично! водяно! камери приварено гвинти 16 з рiзьбою. На щ гвинти надiто iзоляцiИнi шаИби 17, за допомогою яких встанов-люеться фiксована вiдстань вщ металево! трубно! дошки 13 до стшки герметично! водяно! камери 14 по всш !х довжинi. Крiпления трубно! дошки 13 до стшки водяно! камери 14 здiИснюеться за допомогою гайок 18.
До iзоляцiйно! шаИби iз двох напiвсферичних половинок 12 з одного боку кршиться трубна дошка 19, а з шшого - стшка повпряно! камери 20. До стшки ще! камери приварено гвинти 21 з рiзьбою. На гвинти 21 надь то iзоляцiйнi шаИби 22, за допомогою яких встанов-люеться фiксована вiдстань вiд трубно! дошки 19 до стшки повпряно! камери 20 по всш !х довжиш. Крш-лення трубно! дошки 19 до стшки повпряно! камери 20 здшснено за допомогою гайок 23. Через те, що теп-лоемшсть води бшьша за теплоемшсть повпря, тепло-вiддавальна площа трубки у водянш камерi повинна бути бшьшою за тепловiддавальну площу в повпрянш.
Основнi параметри теплово! трубки, отримаш внас-лщок розрахунку, е такими: максимальна потужшсть теплового потоку в докризовому режимi - 1200 Вт; дов-жина - 1,2 м; дiаметр - 25 мм, товщина стшки - 1 мм; матерiал - нержавшча сталь АК1 201; к1льк1сть шарiв сiтки гниу - 4; дiаметр проводу сгтки - 0,036 мм; шль-шсть ребер радiатора - 110; зовшшнш дiаметр ребер -55 мм; товщина ребер - 1 мм; теплоносш - дистильова-на вода; коефщент теплопередачi теплово! трубки -0,43 • 105 Вт/(м2К).
Для перевiрки надiИностi та визначення оптимального робочого дiапазону температур було виготовлено двi тепловi трубки з радiаторами згiдио з розраховани-ми параметрами. 1золяцшш шаИби 11 i 12 виготовлено з високотемпературного полiмеру TECASINT (довготри-вала робоча температура до +300 °С).
Пiсля герметизаци та дiагностики ефективнiсть i на-дiИнiсть трубок перевiрено нагрiваниям вщкритим по-лум'ям комбiноваиого пальника. Пальник працював по-чергово на природному газi та дизпаливi. Час на^ван-ня змiнювався в межах ввд однiе! хвилини до трьох годин, а поверхня трубки назвалась до +300 °С. Потiм тепловi трубки перевiрено на можливiсть розгерметиза-цi! пiд час замерзання. Для цього !х виносили на мороз -3.. .-8 °С i витримували там упродовж доби, пiсля чого знову назвались. Наступним етапом була перевiрка трубок пiд час на^вання електричними нагрiвачами. Для цього на кожну трубку встановлювали два на^ва-чi, сумарною потужнiстю 250 Вт. Процес на^вання тривав вiд 1 хв до 12 год. Шд час проведення експери-ментiв здшснювали тепловiзiИниИ, вiзуальниИ та ультразвуковиИ контроль трубок, а також перевiряли !хню герметичнiсть.
Досл^дження показали високу надшшсть теплових трубок iз нержав1ючо! стал^ оск1льки !хиi мехаиiчнi та гiдравлiчнi параметри не змiнились пiд час експеримен-тiв. ОптимальниИ робочиИ дiапазон температур встано-вили експериментально: +85 .+110 °С. При цьому час виходу на робочиИ режим - 180.130 с. На основi теплово! трубки (див. рис. 4) розроблено загальну конструкцш мультипаливного котла для повиряного опалення примiщень (рис. 5), в якому застосовано ком-бiноваииИ пальник для спалювання природного газу i дизельного палива (наприклад вiд Rie11o 40Б8). Оск1ль-ки розрахункова потужиiсть котла за одночасного наг-рiвания повiтря для обiгрiву примiщения i води для тех-нiчних потреб становить 17 кВт, то Иого теплообмiнник повинен мютити 15 теплових трубок.
МультипаливниИ котел - це закрита стацiонарна конструкщя довготривало! експлуатацi! (Vashchyshak & Tatsakovych, 2017). Його основою е теплообм^ик на теплових трубках 1, що проходить через водяну, повгт-ряну та нагрiвальну камери. Водяна камера представляе собою стальниИ цилiндр 2, заварений з обох бошв плоскими кришками. В одну з кришок вмонтовано трубки для шдведення холодно! води 3 та вщведення гарячо! 4. В шшш кришцi зроблено отвори для встановлення теплових трубок i приварено гвинти з рiзьбою для кршлен-ня до трубно! дошки 5. Трубш дошки 5 та 6 виготовля-ють з товсто! сталi для запобiгання деформацi! шд час нагрiвания i можливостi нарiзання рiзьби для крiпления до камер котла. У кожнш трубнiИ дошщ зроблено отвори для встановлення теплових трубок, яш спiввiснi з от-ворами у кришцi водяно! камери 2.
Рис. 5. Конструкщя мультипаливного котла: 1) тепловi трубки теплообмiнника; 2) водяна камера; 3) пiдвiд холодно! води; 4) вщтд гарячо! води; 5, 6) трубш дошки; 7) повпряна камера; 8) кришка для техтчного обслуговування; 9) шарнiри; 10) отшр для подачi холодного повiтря; 11) оттр для виходу нагрiтого повпря; 12) нагршальна камера; 13) комбшований пальник; 14, 17) перфоращя в корпуи; 15) блок пiдготовки палива; 16) патрубки подачi палива; 18) отшр для виходу паливних газiв, 19, 20, 21) iзоляцiйнi шайби, 22) елементи запалювання i пiдводу повiтря та палива, 23) теп^золяцшна вата, 24) корпус котла, 25) блок керування електричним нагршом, 26) електричнi наг-рiвальнi елементи, 27) електричш кабелi
Повiтряну камеру 7 виготовляють з тонкого стального листа, привареного до кругло! кришки з отворами для встановлення теплових трубок. До цiе! ж кришки приварено гвинти з рiзьбою для кршлення до трубно! дошки 6. Протилежну !й круглу кришку 8 тдюшено на шарнiрах 9 i зроблено рухомою. Через цю кришку мож-на встановлювати обладнання, здiйснювати контроль та обслуговування теплових трубок i нагрiвних елементiв. Подача холодного зовшшнього повiтря вiд вентилятора у повпряну камеру 7 здшснюеться через отвiр 10, а ви-хiд нагрiтого повiтря - через отвiр 11, який з'еднаний з каналами повиряно! системи опалення примщення. Нагрiвальну камеру 12 виготовляють зi стального листа, яка складаеться з двох половинок для можливоси закрiплення на трубних дошках 5 та 6. Джерелом тепла у на^вальнш камерi слугуе комбiнований пальник 13.
Забiр вторинного повiтря для горшня палива здiйснюеться через перфорацш 14 у кожнiй з частин корпуса на^вально! камери 12. Регулятор потужноси пальника 13, редуктор, насос, компресор i система запалювання знаходяться у блоцi 15. Подача природного газу та дизельного палива у блок 15 здшснюються за до-помогою патрубшв 16. Забiр первинного повiтря для компресора у блоцi 15 здiйснюеться через перфорацш корпуса 17.
Вихщ паливних газiв з нагрiвально! камери 12 у ди-мохiдну систему будинку здшснюеться через отвiр 18. Для фшсаци та термоiзоляцi! теплових трубок викорис-товують iзоляцiйнi шайби 19, 20 та 21. Елементи запалювання i тдводу повiтря та рщкого i газоподiбного палива до пальника 13 розмщеш у блош 22. Корпус во-дяно! камери 1 покритий шлькома шарами теплоiзоля-цiйно! вати 23. Увесь котел помщаеться в розбiрний корпус 24, на днище якого встановлюють блок тдго-товки палива 15. На дно повиряно! камери 7 встановлюють блок автоматики i керування електричним нагрь вом 25, в якому здiйснюеться програмування роботи котла. На торцях теплових трубок закршлеш електрич-нi нагрiвальнi елементи 26, яш за допомогою термос-
тшких кабелiв 27 приеднуються до блоку автоматики i керування 25.
Мультипаливний котел на рис. 5 може працювати в шлькох режимах.
Перший режим - активне нагрiвання двох середо-вищ. У цьому режимi комбiнованим пальником у нагрь вальнш камерi спалюеться природний газ або дизпали-во, гарячi паливнi гази якого нагр!вають середню части-ну поверхонь теплових трубок, що з високою штенсив-нiстю передають тепловий поик у повiтряну та водяну камери. Тепле повiтря з повиряно! камери йде на обп-рiв примiщення, а гаряча вода з водяно! камери - на по-бутовi потреби мешканцiв.
Другий режим - пасивне названия повiтря. У перь оди, коли вода у водянш камерi нагрiта, вона може ви-конувати роль теплоакумулюючого середовища на час вимкнення комбiнованого пальника в нагр!вальнш ка-мерi. В цьому випадку, розмiщена у водянiй камерi сек-цiя теплово! трубки починае працювати як випарову-вач, а тепло переноситься до шшого !! к1нця - у повп-ряну камеру, де вiдбуваеться конденсацiя. Перенесене тепло нагр!вае повiтря, що подаеться для обiгрiву при-мiщення. Втрати тепла у нагрiвальнiй камерi тд час транспортування е незначними через слабкий рух повп-ря у нш
Третiй режим - активне нагр!вання одного середо-вища (води або повиря). Для цього доцшьно застосува-ти металокерамiчнi електричнi нагрiвачi фiрми Zhuhai 4U Electronic Ceramics. Ц нагрiвачi мають дiаметр 21 мм, товщину 1,2 мм i потужнiсть 125 Вт. Живлення електричних керамiчних нагрiвачiв здiйснюеться вiд стандартно! мереж!, напругою 220 В. 1х перевагою е ви-сока швидшсть роз!гр!ву i значна робоча температура (вище + 300 °С).
Електричш нагрiвачi вмикаються при вимкненому комбшованому пальнику в нагрiвальнiй камерi. Нагрь вання тшьки одного середовища за допомогою електричних нагрiвачiв зумовлене !хньою потужшстю (3750 Вт), яка нижча за потужшсть комбiнованого пальника.
Для нагр!вання води у водянш камерi вентилятор подачi повпря у повпряну камеру потр!бно вимкнути. Зона випаровування знаходиться у торцях теплових трубок б!ля електричних нагрiвних елеменпв. Поик тепла транспортуеться тепловими трубками через по-впряну та нагрiвальну камери з невеликими втратами у них. Конденсашя парiв робочо! рщини i передача тепла вод! вiдбуваеться у водянш камер!
Для нагр!вання повиря необхщно випустити воду з водяно! камери i запустити вентилятор подач! холодного повпря у повпряну камеру. Тод! зони випаровування i конденсацп будуть розмщеш у повирянш камер!.
Перевагою застосування електричних нагр!вач!в е можливють !хнього вв!мкнення в!д багатьох джерел електроенергй' (акумулятори, сонячш батаре!, повпряш та переносш генератори, термоелектричш батаре! тощо).
Четвертий режим - пасивне охолодження повиря. У линю пору року за допомогою теплових трубок можна здшснити кондицюнування повпря у примщенш Для цього у водяну камеру подаеться холодна вода, яка слу-гуе поглиначем теплоти. Випаровування робочо! рщини здшснюеться у повпрянш камер! в!д нагрпого повпря, яке подаеться з вулиш, а конденсашя - у водянш камера Охолоджене тепловими трубками повпря подаеться
пальника - шпульснии i постiинии, поеднання яких дасть змогу економити енергоносп. Висновки
вентилятором у примiщення каналами системи пов1тря- 6. Теплообм1нник на теплових трубках розширюе можли-
ноГо опалення. вост1 котла, оск1льки дае змогу, в1дпов1дно до потреб,
Вибiр того чи iншого режиму роботи котла або виду нагр1вати одне або два середовища, а також охолоджу-
енергонос1я можна запрограмувати за допомогою недо- вати пов1тря-
р°гих сучасних мiкропроцесорних засобiв. Також мож- перелiк використаних джерел на запрограмувати два режими роботи комбiнованого
Vashchyshak, I. R., & Tatsakovych, O. I. (2017). Udoskonalennia tep-loobminnyka na teplovykh trubkakh dlia zabezpechennia enerho-efektyvnoho teplopostachannia budynku. Metody ta zasoby nerui-
, _ nivnoho kontroliu promyslovoho obladnannia: zb. tez dop. nauk-
1. Основною перевагою мультипаливного котла е можли- ,, , с . , ■ , ,, т t^ i-i
_ J. prakt. konf. studentiv i molodykh vchenykh, m. Ivano-Frankivsk,
шсть роботи в1Д трьох р1зних етергоножв, що дае змо- 15-16 lystopada 2017. Ivano-Frankivsk, 73-74.
гу не припиняти опалення у рам перебош з постачан- Vashchyshak, I. R., Vashchyshak, O. P., & Yavorskyi, A. V. (2014).
ням одного чи двох з них. Shliakhy pidvyshchennia enerhoefektyvnosti budivel obiektiv naf-
2. Застосування теплових трубок у теплообм1ннику муль- tohazovoho kompleksu. Naukovyi visnykIvano-Frankivskoho natsi-типаливного котла дае змогу одночасно нагр1вати два onalnoho tekhnichnoho universytetu nafty i hazu, 1(36), 176-184. середовища - пов1тря та воду. [In Ukrainian].
3. Проведет розрахунки показують, що теплов1 трубки з Vashchyshak, I. R., Vashchyshak, S. P., Popovych, O. V., & Dotsen-нержав1ючо! стал1 мають досить високий коеф1ц1ент ko, Ye. R. (2017). Udoskonalennia parokrapelnykh nahrivachiv dlia теплопередач1, н1ж як1сна трубна м1дь. systemy opalennia prymishchen ta budivel. Metody ta prylady
4. Застосування в теплообм1ннику котла теплових трубок kontroliuyakosti, 39(2), 68-74. [In Ukrainian].
забезпечуе його висок1 ККД та теплову ефективтсть 1, Gell, P. P., & Ivanov, N. K. (1972). Konstruirovanie radioelektronnoi
в1дпов1дно, нижчий, пор1вняно з наявними котлами, apparatury. Lviv: Energua 232 p. [In Russian].
час роз1гр1ву пов1тря та води Mikhalenko, T. G., & Gubin, S. V. (2012). Podkhod k proektirovaniiu
5. Теплов1 трубки, виготовлет з нержавточо! стал1, е ви- teplovoi truty vakuumirovannogo s°lnechn°g° toUektora. МшШ-
соконад1иними пристроями, як1 можуть працювати
/г „ /г Chi, S. (1981). Teplovye truby: teoriia i praktika (Trans. from
тривалии час без спец1ального обслуговування. ' ,,■
onno-kosmicheskaia tekhnika i tekhnologiia, 2, 78-82. [In Russian]. :hi, S. (1981). Teplovye truby: teoriia i English). Moscow: Mashinostroenie. 207 p.
И. Р. Ващишак
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина
МУЛЬТИТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ НА ТЕПЛОВЫХ ТРУБКАХ
Для обеспечения бесперебоиного отопления и горячего водоснабжения жилых домов индивидуального типа, а также для создания возможности потребителю самостоятельно выбирать вид энергоносителя для системы отопления предложено разработать конструкцию мультитопливного котла с теплообменником на тепловых трубках. Установлены требования к тепло-передающим элементам теплообменника для одновременного нагрева двух сред (воздуха и воды) и обеспечения работы от различных видов энергоносителеи (природныи газ, дизельное топливо, электроэнергия). Предложено применить тепловые трубки как элементы теплообменника, имеющие своиства работать как трансформаторы тепловых потоков. Разработана экспериментальная модель теплообменника с использованием шести тепловых трубок и оценена его тепловая эффективность. Получены КПД теплообменника на уровне 90 % при нагреве электрическими нагревателями, и 86 % при нагреве горячим воздухом. По результатам исследовании модели рассчитаны и спроектированы конструкция тепловых трубок теплообменника и общая конструкция мультитопливного котла мощностью 17 кВт. В качестве нагревательных элементов для данного котла использованы комбинированная двухтопливная горелка и электрические нагреватели. Приведены особенности использования и преимущества предложенного мультитопливного котла на тепловых трубках, в том числе и возможность охлаждать воздух в помещении в теплое время года.
Ключевые слова: теплообменник; комбинированная горелка; воздушное отопление; источник тепла.
I. R. Vashchyshak
Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
MULTIFUEL BOILER ON HEAT TUBES
Providing private houses heating, located in areas with energy interruptions, needs new technical solutions. The authors suggest supplying of air heating system with a boiler which can work on several energy sources types. This multi-fuel boiler will simultaneously heat the air for the heating system and water for technical needs. Horizontally placed heat tubes are applied as heat transfer elements of such a boiler. To heat two environments - air and water, the property of a heat pipe to work as transformer of two low heat fluxes from one high is used. The high heat flow heats the heat tube in the middle, and the low flow heats are diverted from its edges. The source of the heat flow is the open flame of the combined burner from the combustion of gas or diesel fuel. To heat one of two environments, the property of the heat tube as a transformer of one heat flow is used. The heat tube transfers a high heat flow, from one end, into a low heat flow diverted from the other end. The electric heater is the source of the heat flow. The effectiveness of the proposed solution was verified on a reduced model of the heat exchanger of six heat pipes. As a result of experimental studies it was established that the coefficient of efficiency of the heat exchanger when heated by electric heaters was 90 %, when heated by hot air it was 86 %. According to research results, heat pipes for heat exchanger of multi-fuel boiler of 17 kW power were designed. Radiators are installed on the surface of heat tubes in order to prevent a heat exchange crisis. The research of heat tubes on reliability and efficiency has been verified by the heating of an open flame of a combined burner and electric heaters. As a result, the design of multi-fuel boiler for air heating of houses is proposed and variants of its work are considered. Thus, the proposed heat exchanger on the heat tubes expands the capabilities of the boiler, since it allows you to work from three types of energy carriers and heat one or two environments, or carry out air cooling.
Keywords: heat exchanger; combined burner; air heating; heat source.
