Générateurs de chaleur: air, eau et vortex

Points d’article



Dans cet article: Histoire des générateurs de chaleur principe de fonctionnement et dispositif; types de générateurs de chaleur; fabricants et coût moyen des générateurs de chaleur; l’histoire du générateur de chaleur à cavitation vortex; le principe du générateur de chaleur vortex; fabricants de générateurs de chaleur par cavitation dans la CEI.

Générateurs de chaleur

En hiver, les locaux ont besoin d’un chauffage artificiel, sinon ses habitants vivront personnellement tous les plaisirs de la période glaciaire. Chauffage central dans les immeubles à appartements, chauffage individuel dans les chalets privés … mais qu’en est-il des grandes surfaces, par exemple les surfaces de vente et les entrepôts? Et avec les chantiers de construction ou, par exemple, les services automobiles, où l’air froid circule constamment de l’extérieur? Le seul moyen de chauffer une grande surface est le chauffage de l’air, construit soit sur des pistolets thermiques, soit sur des générateurs de chaleur. Cet article couvrira les générateurs de chaleur.

Histoire des générateurs de chaleur

L’invention du générateur de chaleur par convection est directement liée à l’invention de Robert Bunsen, un brûleur atmosphérique portant son nom. Les premiers générateurs de chaleur mis sur le marché en 1856 par la société anglaise « Pettit and Smith » étaient équipés d’un brûleur atmosphérique similaire au brûleur Bunsen, mais de plus grande taille.

Robert Wilhelm Bunsen
Le chimiste expérimental allemand Robert Wilhelm Bunsen

En 1881, l’Anglais Sigismund Leoni a reçu un brevet pour un nouveau type de générateurs de chaleur – la flamme d’un brûleur en eux chauffait une plaque d’amiante, qui transfère la chaleur à l’air. Par la suite, l’amiante a été remplacé par de l’argile réfractaire, aujourd’hui remplacée par des matériaux réfractaires plus durables.

Un brûleur atmosphérique et une plaque réfractaire au-dessus sont les principaux éléments de la conception de tout générateur de chaleur moderne..

L’appareil et le principe de fonctionnement du générateur de chaleur

En termes de tâches, les générateurs de chaleur sont similaires aux pistolets à air chaud – la différence est que ces unités ne peuvent être que stationnaires. Conception typique d’un générateur de chaleur: un ventilateur (axial ou centrifuge), au-dessus se trouve une chambre de combustion, un brûleur est introduit dans sa partie inférieure, un échangeur de chaleur à air est situé au-dessus du brûleur. Les gaz chauds formés dans la chambre de combustion sont acheminés vers l’échangeur de chaleur puis conduits vers la cheminée. Le flux d’air soufflé par le ventilateur chauffe dans l’échangeur de chaleur à 20-70 ° C, puis entre dans la pièce chauffée ou dans le système de ventilation en gaine.

L'appareil et le principe de fonctionnement du générateur de chaleur

En fonction de la puissance des ventilateurs installés dans leur conception, les générateurs de chaleur peuvent développer une pression statique de sortie de 100-2000 Pa.

En termes de puissance thermique, les générateurs de chaleur se distinguent en deux types – jusqu’à 350-400 kW (dans un seul boîtier) et jusqu’à 1000 kW (se composent de sections d’échange thermique et de ventilation).

Dans les générateurs de chaleur destinés aux systèmes de chauffage par conduits d’air, l’échangeur de chaleur et la chambre de combustion sont en acier inoxydable; un système d’évacuation des condensats est en outre introduit dans leur conception.

Types de générateurs de chaleur

La principale différence entre les modèles existants de générateurs de chaleur est le type de carburant utilisé et le type de liquide de refroidissement à chauffer. Les générateurs de chaleur peuvent fonctionner au combustible solide, au gaz, au diesel et être équipés d’un brûleur universel. Le caloporteur dans les systèmes de chauffage, qui est chauffé par un générateur de chaleur, peut être à la fois de l’eau et de l’air..

Générateurs de chaleur à gazconçus pour fournir en continu de l’air chaud aux locaux, ils sont installés en position verticale. L’échangeur de chaleur qui y est installé extrait une partie importante de la chaleur des produits de combustion, réduisant la volatilité des gaz de combustion – le tuyau d’échappement des générateurs de chaleur à gaz doit être équipé d’un ventilateur. Si la conception du générateur de chaleur contient une chambre de combustion fermée, sous laquelle se trouve un ventilateur, la probabilité d’inversion de poussée est minime – tous les produits de combustion seront éliminés par la cheminée, par conséquent, ces générateurs de chaleur à gaz sont considérés comme les plus sûrs. Dans la plupart des cas, l’efficacité des générateurs de chaleur à gaz est de 85 à 90%.

Générateurs de chaleur à gaz

Lors du choix d’un modèle de générateur de chaleur à gaz, il est nécessaire de porter une attention particulière à sa capacité à fonctionner à pression de gaz réduite. Lors du chauffage du bâtiment sur un générateur de chaleur au gaz en l’absence d’alimentation centrale en gaz, il sera particulièrement pratique d’installer un réservoir de gaz d’un volume de 2500 litres ou plus (le volume requis dépend de la surface chauffée du bâtiment).

Générateurs de chaleur diesel, en tant que carburant pour lequel du kérosène ou du diesel est utilisé, ils sont bien adaptés pour chauffer des locaux industriels d’une superficie importante. Ils sont équipés soit d’une buse qui pulvérise le carburant à travers la chambre de combustion, soit le carburant est fourni par une méthode goutte à goutte. Soumis à un fonctionnement continu, ils sont ravitaillés deux fois par jour..

Générateurs de chaleur diesel

Pour la combustion dans des générateurs de chaleur avec un brûleur universel, on utilise à la fois du carburant diesel et des huiles usagées, des graisses d’origine végétale et animale. Ils sont particulièrement pratiques dans les usines où il y a un problème d’élimination des graisses et des huiles usagées. Cependant, la puissance thermique du générateur de chaleur, dans lequel les huiles usagées et les graisses sont brûlées, ne dépassera pas 200 kW; lors de la combustion de carburant diesel, une puissance thermique plus élevée est obtenue. Quel que soit le type de combustible utilisé, ce type de générateur de chaleur, comme tout autre, nécessite une cheminée. Lors de la combustion d’huile usée, la formation de scories est inévitable, qui doit être éliminée quotidiennement – pour plus de commodité, deux bols de combustion seront nécessaires, dont l’un remplacera l’autre pendant le nettoyage et pour réduire les temps d’arrêt du générateur de chaleur.

Générateurs de chaleur à combustible solideont une conception différente de celles décrites ci-dessus – étant quelque chose entre les générateurs de chaleur à gaz / diesel et entre un four conventionnel. Ils sont équipés d’un ventilateur soufflant de l’air à travers un échangeur de chaleur et alimentant les pièces chauffées; ils ont des barres de grille et une porte de chargement de combustible. Les générateurs de chaleur à combustible solide brûlent du bois sec, des briquettes de tourbe, du charbon et divers déchets agricoles. De tels générateurs de chaleur ont un rendement de l’ordre de 80 à 85%, ce qui est légèrement inférieur à celui de ceux fonctionnant aux combustibles gazeux et liquides – 85 à 90%. Il faut également noter la grande taille des générateurs de chaleur à combustible solide et des déchets importants sous la forme d’une partie incombustible du combustible..

Générateurs de chaleur à combustible solide

Les échangeurs de chaleur dans les générateurs de chaleur peuvent être en fonte ou en acier: le premier type est plus résistant à la corrosion, mais plutôt massifs, les échangeurs de chaleur du second type, au contraire, ont moins de poids, mais sont sujets à la corrosion. Les deux types d’échangeurs de chaleur ne tolèrent pas bien les chocs, c’est pourquoi le transport et l’installation des générateurs de chaleur doivent être effectués avec le plus grand soin..

Les avantages des générateurs de chaleur à air sont plus élevés, par rapport au chauffage de l’eau, à l’efficacité et à la vitesse de chauffage des locaux, et lors du travail sur les huiles usagées – économiser de l’argent sur le carburant, sans parler de la résolution du problème de l’élimination des déchets.

Le coût moyen d’un générateur de chaleur de 400 kW sera de 90 000 RUB. Sur le marché russe, il existe des générateurs de chaleur de Master (USA), Kroll (Allemagne), Sial et ITM (Italie), Benson Heating (Angleterre), FEG Konvektor GF (Hongrie).

Lors du choix d’un générateur de chaleur à air, il convient de considérer les modèles dans lesquels l’air est chauffé indirectement, c’est-à-dire la chambre de combustion est complètement isolée du liquide de refroidissement. Dans ce cas, les produits de combustion sont garantis de ne pas pénétrer dans les canaux de chauffage de l’air, il ne sera pas nécessaire de mélanger l’air de l’extérieur avec l’air à l’intérieur des locaux. Cependant, ces générateurs de chaleur ont un prix, un poids et des dimensions plus élevés..

Les générateurs de chaleur ayant pour fonction de fournir de l’eau chaude et du chauffage peuvent résoudre complètement les problèmes d’approvisionnement en chaleur, pour la plupart ils fonctionnent au combustible solide.

Générateur de chaleur Vortex – Histoire

Ce type de générateurs de chaleur mérite une attention particulière, en grande partie en raison de l’opposition de ses partisans et opposants..

Dans les années 20 du siècle dernier, le Français Joseph Rank, menant des recherches dans la chambre à air d’une installation cyclonique, a découvert que, étant tourbillonnés, les gaz dans une chambre cylindrique ou conique sont séparés en deux fractions – avec une température plus élevée sur les bords et une plus basse au centre. de plus, la fraction au centre, contrairement à la fraction marginale, tourne dans le sens opposé. En 1934, Rank a reçu un brevet aux États-Unis pour son « tube vortex ».

Générateur de chaleur Vortex

L’allemand Robert Hilsch dans les années 40 a poursuivi les recherches de son collègue français, réalisant une plus grande différence entre les températures des deux courants d’air sortant du tube vortex Rank grâce à sa conception améliorée..

Dans les années 50, le scientifique soviétique A. Merkulov a mis en place une série d’expériences avec le tube vortex Rank, décidant d’y pomper de l’eau au lieu du gaz – en théorie, il ne devrait pas y avoir de différence de température dans l’eau qui a traversé le tube Rank, car, contrairement aux gaz, l’eau ne peut pas être comprimée … Contrairement aux attentes, le flux vortex d’eau bifurqué était chauffé et refroidi de la même manière que les gaz, ce qui a intrigué le professeur Merkulov – il ne pouvait pas expliquer les raisons de ce phénomène..

À propos, le créateur du premier générateur de chaleur vortex est souvent appelé l’inventeur autrichien autodidacte Viktor Schauberger, connu pour la turbine d’aspiration qu’il a construite en 1921, qui ne fonctionne que sur l’eau …

Il y a vingt ans, l’Américain James Griggs, dont le domaine d’intérêt résidait dans le domaine du chauffage, fut le premier à construire un générateur de chaleur à eau basé sur le principe du tuyau Rank. James a été déçu par les chauffe-eau avec éléments chauffants – les sels dans l’eau formaient une tartre sur les éléments chauffants, provoquant la surchauffe du serpentin et la défaillance de l’élément chauffant. Sur la base du fait que les éléments chauffants ont un rendement proche de 100% et que le moteur électrique faisant tourner le générateur de chaleur est d’environ 90 à 95%, James Griggs a décidé de compenser la plus grande consommation d’énergie en n’ayant pas à remplacer les éléments chauffants qui avaient brûlé à cause de la formation de tartre. Le calcul de Griggs était pour le frottement pour faire chauffer l’eau. L’ingénieur américain s’est avéré avoir raison: le générateur de chaleur qu’il a créé a vraiment chauffé l’eau et sa structure interne n’a pas subi d’usure due aux diverses impuretés et sels présents dans l’eau. Mais, à l’extrême surprise de James, le calcul des coûts énergétiques n’a pas révélé les 10% de perte d’énergie prévus, mais, par rapport aux systèmes de chauffage avec éléments chauffants, 14% d’économie! Après avoir effectué des tests expérimentaux en 1992, Griggs a découvert que pour chaque joule d’électricité dépensé pour le fonctionnement d’un générateur de chaleur, un appareil de chauffage crée 1,5 joules de chaleur. Après avoir passé encore deux ans à essayer de découvrir les raisons de la survenue d’un excès d’énergie et sans les découvrir, James Griggs a reçu en 1994 un brevet aux États-Unis pour un générateur de chaleur à cavitation rotative qu’il a créé..

D’où provient l’énergie thermique excédentaire dans les générateurs de chaleur vortex

Le générateur de chaleur Griggs est conçu comme suit: un rotor en aluminium est placé dans un corps cylindrique en acier, des trous sont percés le long de la surface de la jante; le boîtier est fermé par un couvercle plat en acier fixé dessus avec des vis. Dans les couvercles plats, sur chacun d’eux, il y a une entrée pour la prise d’eau, les unes par rapport aux autres, les entrées des deux couvercles, montées de part et d’autre du corps, sont situées sur la même ligne. L’eau, venant d’un côté vers le rotor, le contourne le long de la jante et s’écoule du côté opposé avec une température plus élevée qu’à l’origine.

Générateur de chaleur Vortex

La raison pour laquelle l’eau est chauffée est probablement due à la cavitation. En pénétrant dans le rotor et en remplissant les trous le long de sa jante, l’eau y adhère, mais la force centrifuge provoque l’étirement de l’eau adhérant aux trous – ses gouttes en sortent, se précipitent vers les parois du boîtier et s’écrasent dessus. L’onde de choc qui en résulte et l’augmentation de la pression « effondrent » le grand nombre de bulles de gaz et de vapeur, provoquant dans chacune d’elles une pression de centaines de milliers d’atmosphères et une température de plus de 106 ° C – une cavitation acoustique se produit.

La théorie décrite ci-dessus est basée sur le phénomène de sonoluminescence, découvert en 1934 par les scientifiques allemands N. Frenzel et H. Schultes, qui travaillent sur un sonar pour sous-marins. Ils ont constaté que les ondes sonores provoquent l’expansion et la contraction des bulles de gaz dans l’eau – sous l’influence des vibrations et avec le temps avec elles, la taille des bulles passe de plusieurs dizaines à plusieurs microns, leur volume change plusieurs fois. En conséquence, le gaz contenu dans les bulles devient suffisamment chaud pour faire fondre l’acier et émet même de la lumière..

Les fabricants de générateurs de chaleur vortex et leur coût

La production de générateurs de chaleur vortex pour le marché de la CEI est réalisée par un certain nombre de fabricants, chacun d’entre eux ayant un brevet pour un modèle qu’il produit sur la base du modèle développé par les spécifications techniques – il n’y a pas de normes nationales pour les générateurs de chaleur vortex. Leur production est réalisée par les sociétés « YUSMAR » LLC (Moldavie), Russian NPP « Alternative energy technologies and communications », « Noteka-S » LLC, « Angstrem » NPP, « ORBI » UK LLC, « Kommash Plant » JSC et autres. Au cours des 20 dernières années, les inventeurs des générateurs de chaleur vortex ont reçu environ 50 brevets.

Le coût des générateurs de chaleur vortex avec une puissance de moteur électrique de 55 kW / h sera en moyenne de 290000 roubles.

Évaluer l'article
( Pas encore de notes )
Partager avec des amis
Conseils d'experts sur n'importe quel sujet
Ajouter un commentaire

En cliquant sur le bouton «Soumettre un commentaire», j'accepte le traitement des données personnelles et j'accepte la politique de confidentialité