In dit artikel: Geschiedenis van warmtegeneratoren werkingsprincipe en apparaat; soorten warmtegeneratoren; fabrikanten en gemiddelde kosten van warmtegeneratoren; de geschiedenis van de warmtegenerator met vortexcavitatie; het principe van de vortex-warmtegenerator; fabrikanten van cavitatie-warmtegeneratoren in het GOS.
In het winterseizoen heeft het pand kunstmatige verwarming nodig, anders zullen de bewoners persoonlijk alle geneugten van de ijstijd ervaren. Centrale verwarming in appartementsgebouwen, individuele verwarming in particuliere cottages … maar hoe zit het met grote ruimtes, bijvoorbeeld verkoopruimten en magazijnen? En bij bouwplaatsen of bijvoorbeeld autodiensten, waar koude lucht constant van buiten stroomt? De enige manier om een groot gebied te verwarmen, is luchtverwarming, gebouwd op heteluchtpistolen of op warmtegeneratoren. Dit artikel behandelt warmtegeneratoren.
Geschiedenis van warmtegeneratoren
De uitvinding van de convectiewarmtegenerator houdt rechtstreeks verband met de uitvinding van Robert Bunsen, een atmosferische brander die naar hem is vernoemd. De eerste warmtegeneratoren, in 1856 op de markt gebracht door het Britse bedrijf “Pettit and Smith”, waren uitgerust met een atmosferische brander vergelijkbaar met de bunsenbrander, alleen van een groter formaat.
Duitse experimentele chemicus Robert Wilhelm BunsenIn 1881 ontving de Engelsman Sigismund Leoni een patent voor een nieuw type warmtegeneratoren – de vlam van een brander erin verwarmde een asbestplaat, die warmte aan de lucht overbrengt. Vervolgens werd asbest vervangen door vuurvaste klei, vandaag vervangen door duurzamere vuurvaste materialen.
Een atmosferische brander en een vuurvaste plaat erboven zijn de belangrijkste elementen in het ontwerp van elke moderne warmtegenerator..
Het apparaat en het werkingsprincipe van de warmtegenerator
Wat hun taken betreft lijken warmtegeneratoren op heteluchtpistolen – het verschil is dat deze units alleen stationair kunnen zijn. Typisch ontwerp van een warmtegenerator: een ventilator (axiaal of centrifugaal), daarboven bevindt zich een verbrandingskamer, een brander wordt in het onderste deel ingebracht, een luchtwarmtewisselaar bevindt zich boven de brander. De hete gassen die in de verbrandingskamer worden gevormd, worden naar de warmtewisselaar geleid en vervolgens naar de schoorsteen geleid. De luchtstroom die door de ventilator wordt geblazen, warmt in de warmtewisselaar op tot 20-70 ° C en komt vervolgens de verwarmde ruimte of het kanaalventilatiesysteem binnen.
Afhankelijk van het vermogen van de ventilatoren die in hun ontwerp zijn geïnstalleerd, kunnen warmtegeneratoren een statische uitgangsdruk van 100-2000 Pa ontwikkelen.
Qua thermisch vermogen verschillen warmtegeneratoren in twee typen – tot 350-400 kW (in een enkele behuizing) en tot 1000 kW (bestaande uit warmtewisselings- en ventilatiesecties).
Bij warmtegeneratoren die bedoeld zijn voor verwarmingssystemen met luchtkanalen, zijn de warmtewisselaar en de verbrandingskamer gemaakt van roestvrij staal; bovendien is een condensaatafvoersysteem in hun ontwerp opgenomen.
Soorten warmtegeneratoren
Het belangrijkste verschil tussen de bestaande modellen warmtegeneratoren is wat voor soort brandstof erin wordt gebruikt en wat voor soort koelvloeistof moet worden verwarmd. Warmtegeneratoren kunnen werken op vaste brandstof, gas, dieselbrandstof en zijn uitgerust met een universele brander. De warmtedrager in verwarmingssystemen, die wordt verwarmd door een warmtegenerator, kan zowel water als lucht zijn..
Gas-warmtegeneratorenZe zijn ontworpen voor een continue toevoer van warme lucht naar het pand en worden verticaal geïnstalleerd. De daarin geïnstalleerde warmtewisselaar onttrekt een aanzienlijk deel van de warmte aan de verbrandingsproducten, waardoor de vluchtigheid van rookgassen wordt verminderd – de uitlaatpijp voor gaswarmtegeneratoren moet zijn uitgerust met een ventilator. Als het ontwerp van de warmtegenerator een gesloten verbrandingskamer bevat, waaronder de ventilator zich bevindt, is de kans op omgekeerde stuwkracht minimaal – alle verbrandingsproducten worden door de schoorsteen verwijderd, daarom worden dergelijke gaswarmtegeneratoren als de veiligste beschouwd. In de meeste gevallen is het rendement van gasgestookte warmtegeneratoren 85-90%.
Bij het kiezen van een model van een gaswarmtegenerator, moet speciale aandacht worden besteed aan het vermogen om bij verlaagde gasdruk te werken. Bij het bouwen van verwarming op een gaswarmtegenerator zonder centrale gastoevoer, is het vooral handig om een gastank te installeren met een volume van 2500 liter of meer (het vereiste volume is afhankelijk van het verwarmde gedeelte van het gebouw).
Diesel warmtegeneratoren, als brandstof waarvoor kerosine of diesel wordt gebruikt, zijn ze zeer geschikt voor het verwarmen van industriële gebouwen met een aanzienlijk oppervlak. Ze zijn uitgerust met een mondstuk dat brandstof door de verbrandingskamer spuit, of de brandstof wordt via een druppelmethode aangevoerd. Ze worden continu gebruikt en worden twee keer per dag bijgetankt..
Voor verbranding in warmtegeneratoren met universele brander worden zowel dieselbrandstof als afgewerkte olie, vetten van plantaardige en dierlijke oorsprong gebruikt. Ze zijn vooral handig in bedrijven waar er een probleem is met de verwijdering van vetten en afgewerkte olie. Het thermisch vermogen van de warmtegenerator, waarin afgewerkte olie en vetten worden verbrand, zal echter niet hoger zijn dan 200 kW; bij verbranding van dieselbrandstof wordt een hoger thermisch rendement bereikt. Ongeacht het type brandstof dat wordt gebruikt, heeft dit type warmtegenerator, net als elke andere, een schoorsteen nodig. Bij het verbranden van afgewerkte olie is de vorming van slakken onvermijdelijk, die dagelijks moeten worden verwijderd – voor meer gemak zijn twee verbrandingskommen nodig, waarvan er één wordt gebruikt om de andere tijdens het reinigen te vervangen en om de stilstand van de warmtegenerator te verminderen.
Warmtegeneratoren met vaste brandstofhebben een ander ontwerp dan de hierboven beschreven – iets tussen gas- / dieselwarmtegeneratoren en tussen een conventionele oven. Ze zijn uitgerust met een ventilator die lucht door een warmtewisselaar blaast en deze naar de verwarmde kamers voert; ze hebben roosterstaven en een brandstoflaaddeur. Warmtegeneratoren met vaste brandstoffen verbranden droog hout, turfbriketten, steenkool en divers landbouwafval. Dergelijke warmtegeneratoren hebben een efficiëntie in de orde van grootte van 80-85%, wat iets minder is dan die van die op gasvormige en vloeibare brandstoffen – 85-90%. Er moet ook worden gewezen op de grote omvang van warmtegeneratoren met vaste brandstoffen en aanzienlijk afval in de vorm van een onbrandbaar deel van de brandstof..
Warmtewisselaars in warmtegeneratoren kunnen van gietijzer of staal zijn: hun eerste type is beter bestand tegen corrosie, maar tamelijk massief, warmtewisselaars van het tweede type hebben daarentegen minder gewicht, maar zijn onderhevig aan corrosie. Beide typen warmtewisselaars kunnen schokken niet goed verdragen, daarom moet het transport en de installatie van warmtegeneratoren met de grootste zorg worden uitgevoerd..
De voordelen van luchtwarmtegeneratoren zijn groter in vergelijking met waterverwarming, efficiëntie en snelheid van verwarming van het pand, en bij het werken aan afgewerkte olie – geld besparen op brandstof, om nog maar te zwijgen van het oplossen van het probleem van afvalverwerking.
De gemiddelde kosten van een warmtegenerator van 400 kW bedragen RUB 90.000. Op de Russische markt zijn er warmtegeneratoren van Master (VS), Kroll (Duitsland), Sial en ITM (Italië), Benson Heating (Engeland), FEG Konvektor GF (Hongarije).
Bij het kiezen van een luchtwarmtegenerator moet men rekening houden met die modellen waarin de lucht indirect wordt verwarmd, d.w.z. de verbrandingskamer is volledig geïsoleerd van de koelvloeistof. In dit geval is het gegarandeerd dat verbrandingsproducten niet in de luchtverwarmingskanalen doordringen, het is niet nodig om lucht van buiten met de lucht in het pand te mengen. Dergelijke warmtegeneratoren hebben echter een hogere prijs, gewicht en afmetingen..
Warmtegeneratoren met de functies van het leveren van warm water en verwarming kunnen de problemen van warmtetoevoer volledig oplossen, voor het grootste deel werken ze op vaste brandstof.
Vortex warmtegenerator – geschiedenis
Dit type warmtegeneratoren verdient speciale aandacht, vooral vanwege de tegenstand van voor- en tegenstanders..
In de jaren 20 van de vorige eeuw ontdekte de Fransman Joseph Rank, die onderzoek deed in de luchtkamer van een cyclooninstallatie, dat gassen in een cilindrische of conische kamer tijdens het wervelen in twee fracties worden gescheiden – met een hogere temperatuur aan de randen en een lagere temperatuur in het midden. bovendien draait de breuk in het centrum, in tegenstelling tot de marginale, in tegengestelde richting. In 1934 ontving Rank in de Verenigde Staten een patent voor zijn “vortex tube”.
De Duitser Robert Hilsch zette in de jaren 40 het onderzoek van zijn Franse collega voort en bereikte dankzij het verbeterde ontwerp een groter verschil tussen de temperaturen van de twee luchtstromen die de Rank vortexbuis verlieten.
In de jaren 50 zette de Sovjetwetenschapper A.Merkulov een reeks experimenten op met de Rank-vortexbuis, waarbij hij besloot er water in te pompen in plaats van gas – theoretisch zou er geen temperatuurverschil mogen zijn in het water dat door de Rank-buis werd gedreven, omdat water, in tegenstelling tot gassen, niet kan worden gecomprimeerd … In tegenstelling tot de verwachtingen werd de vertakte wervelstroom van water op dezelfde manier verwarmd en gekoeld als gassen, wat professor Merkulov in verwarring bracht – hij kon de redenen voor dit fenomeen niet verklaren.
Overigens wordt de maker van de eerste vortex-warmtegenerator vaak de Oostenrijkse autodidactische uitvinder Viktor Schauberger genoemd, bekend van de zuigturbine die hij in 1921 bouwde en die alleen op water werkt …
Twintig jaar geleden bouwde de Amerikaan James Griggs, wiens interessegebied op het gebied van verwarming lag, als eerste een waterwarmtegenerator op basis van het Rank pipe-principe. James was teleurgesteld over de boilers met verwarmingselementen – de zouten in het water vormden een schaal op de verwarmingselementen, waardoor de spiraal oververhit raakte en het verwarmingselement defect raakte. Op basis van het feit dat de verwarmingselementen een rendement hebben van bijna 100% en de elektromotor die de warmtegenerator laat draaien ongeveer 90-95% is, besloot James Griggs het hogere energieverbruik te compenseren door de verwarmingselementen die waren uitgebrand door kalkvorming niet te hoeven vervangen. De berekening van Griggs was dat wrijving het water opwarmt. De Amerikaanse ingenieur bleek gelijk te hebben: de warmtegenerator die hij creëerde, verwarmde echt water, en de interne structuur was niet onderhevig aan slijtage door verschillende onzuiverheden en zouten die in het water aanwezig waren. Maar tot grote verbazing van James bracht de berekening van de energiekosten niet het geplande energieverlies van 10% aan het licht, maar in vergelijking met verwarmingssystemen met verwarmingselementen 14% besparing! Na in 1992 experimentele tests te hebben uitgevoerd, ontdekte Griggs dat voor elke joule elektriciteit die aan de werking van een warmtegenerator wordt besteed, een verwarming 1,5 joule warmte produceert. Na nog twee jaar te hebben geprobeerd de redenen voor het optreden van overtollige energie te achterhalen en zonder ze te achterhalen, ontving James Griggs in 1994 een patent in de Verenigde Staten voor een roterende cavitatie-warmtegenerator die hij had gemaakt.
Waar komt overtollige warmte-energie vandaan in vortex-warmtegeneratoren
De warmtegenerator van Griggs is als volgt ontworpen: een aluminium rotor wordt in een cilindrisch stalen huis geplaatst, langs het velgoppervlak worden gaten geboord; de kast is afgesloten met een plat stalen deksel dat er met schroeven aan vast zit. In platte deksels is er op elk van hen een inlaat voor waterinlaat, ten opzichte van elkaar bevinden de inlaten op beide deksels, gemonteerd aan weerszijden van het lichaam, zich op dezelfde lijn. Water, dat van de ene kant naar de rotor komt, omzeilt het langs de rand en stroomt van de andere kant naar buiten met een hogere temperatuur dan het oorspronkelijk was.
De reden waarom het water wordt verwarmd, is waarschijnlijk te wijten aan cavitatie. Bij het binnendringen van de rotor en het vullen van de gaten langs de rand, blijft er water aan kleven, maar de middelpuntvliedende kracht veroorzaakt uitrekking van het water dat aan de gaten kleeft – de druppels breken eruit, rennen naar de wanden van de behuizing en botsen erop. De resulterende schokgolf en toenemende druk “doen ineen” het grote aantal gas- en dampbellen, waardoor in elk van hen een druk van honderdduizenden atmosferen en een temperatuur van meer dan 106 ° C ontstaat – akoestische cavitatie treedt op.
De hierboven beschreven theorie is gebaseerd op het fenomeen sonoluminescentie, dat in 1934 werd ontdekt door de Duitse wetenschappers N. Frenzel en H. Schultes, die werkten aan een sonar voor onderzeeërs. Ze ontdekten dat geluidsgolven uitzetting en samentrekking van gasbellen in water veroorzaken – onder invloed van trillingen en in de loop van de tijd verandert de grootte van de bellen van enkele tientallen tot enkele microns, hun volume verandert verschillende keren. Als gevolg hiervan wordt het gas in de bellen heet genoeg om staal te smelten en zelfs licht uit te stralen..
Fabrikanten van vortex-warmtegeneratoren en hun kosten
De productie van vortex-warmtegeneratoren voor de GOS-markt wordt uitgevoerd door een aantal fabrikanten, elk van hen heeft een patent op een model dat het produceert op basis van het model dat is ontwikkeld door de technische specificaties – er zijn geen staatsnormen voor vortex-warmtegeneratoren. Hun productie wordt uitgevoerd door de bedrijven “YUSMAR” LLC (Moldavië), de Russische NPP “Alternatieve energietechnologieën en communicatie”, “Noteka-S” LLC, “Angstrem” NPP, “ORBI” LLC, “Kommash Plant” OJSC en anderen. In de afgelopen 20 jaar hebben de uitvinders van vortex-warmtegeneratoren ongeveer 50 patenten ontvangen.
De kosten van vortex-warmtegeneratoren met een elektrisch motorvermogen van 55 kW / u bedragen gemiddeld 290.000 roebel.
Hoe werken deze warmtegeneratoren precies? Zijn ze efficiënter dan traditionele verwarmingssystemen?
Wat is het verschil tussen warmtegeneratoren die op lucht, water en vortex werken? En welke van deze generatoren is het meest energie-efficiënt?
Warmtegeneratoren die op lucht werken, halen warmte uit de omgevingslucht en gebruiken deze om warmte te genereren. Generatoren die op water werken, maken gebruik van water als warmtebron en -transportmiddel. Vortexgeneratoren werken door een draaikolk te creëren die warmte genereert door wrijving.
De meest energie-efficiënte van deze generatoren is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de omgevingstemperatuur, de beschikbaarheid van water en de grootte van de installatie. Over het algemeen worden watergeneratoren beschouwd als de meest energie-efficiënte optie, omdat water een goede warmtegeleider is en gemakkelijk warmte kan overbrengen.
Het is belangrijk om rekening te houden met de specifieke omstandigheden en vereisten van elk project bij het kiezen van de meest geschikte warmtegenerator voor energie-efficiëntie.
Het verschil tussen warmtegeneratoren die op lucht, water en vortex werken, ligt voornamelijk in de manier waarop ze warmte produceren. Luchtgeneratoren verwarmen de lucht die door het systeem stroomt, watergeneratoren verwarmen water dat vervolgens gebruikt kan worden voor verwarming, en vortexgeneratoren gebruiken een vorm van draaikolk om warmte te genereren.
Over het algemeen wordt gezegd dat watergeneratoren het meest energie-efficiënt zijn, omdat water een hogere warmtecapaciteit heeft dan lucht en daardoor minder energie nodig heeft om op te warmen. Vortexgeneratoren kunnen echter ook zeer efficiënt zijn vanwege de unieke manier waarop ze warmte produceren.
Het hangt echter af van het specifieke ontwerp en de toepassing van de warmtegenerator om te bepalen welke het meest efficiënt is in termen van energieverbruik.