КОНТАКТНО-ПОВЕРХНОСТНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F24H1/10 

Изобретение относится к оборудованию для горячего водоснабжения и отопления зданий и сооружений и может быть использовано в индивидуальных и коллективных системах комплексного теплоснабжения.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении одним контактно-поверхностным водонагревателем потребителей с разными уровнями температуры горячей воды в системах комплексного теплоснабжения - горячая вода и отопление, с соблюдением санитарно-гигиенических требований по обеим системам. Дополнительной задачей изобретения является обеспечение быстрого перехода с одного режима на другой и снижение габаритов и массы контактно-поверхностного водонагревателя, а также снижение температуры продуктов сгорания в отводящем газоходе, что приведет к снижению расхода топлива.

Использование изобретения дает возможность создавать компактные и эффективные теплонапряженные контактно-поверхностные водонагреватели для систем комплексного теплоснабжения с различными уровнями горячей воды, оптимальными для каждого из потребителей.

Для решения поставленной задачи контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий теплообменник, вертикальный корпус с поярусно размещенными внутри него насадкой с водораспределителем, надтопочным диском и окруженными водяной рубашкой топкой и жаровой трубой, причем рубашка в нижней части подключена к водораспределителю трубопроводом с насосом и имеет спиральный теплообменник, согласно изобретению снабжен водогрейными трубками, размещенными в жаровой трубе, и сборником конденсата, установленным между насадкой и надтопочным диском, который посредством упомянутых трубок сообщен с рубашкой, причем сборник подключен к входу насоса, а теплообменник подключен по греющей среде к трубопроводу между насосом и водораспределителем.

Кроме того, контур циркуляции конденсата снабжен шламоотделителем, установленным на входе насоса.

Сущность изобретения заключается в том, что при использовании сборника конденсата, установленного между надтопочным диском и контактным теплообменником, часть конденсата отводится непосредственно на вход циркуляционного насоса, минуя водяную рубашку. Таким образом автономно регулируется расход горячей воды через каждый теплообменник, что дает возможность индивидуального регулирования тепловой мощности и уровня температуры на каждом теплообменнике, добиваясь соответствия их требованиям каждого потребителя системы комплексного теплоснабжения. Кроме того, спиральный теплообменник системы отопления имеет малую радиальную протяженность, поэтому можно сделать компактную водяную рубашку, а теплосъем увеличить за счет водогрейных трубок, подающих воду с надтопочного диска в водяную рубашку. В такой компоновке спиральный теплообменник системы отопления имеет размеры, обеспечивающие потребности системы отопления в самое холодное время без увеличения веса водонагревателя, т. к. располагаемая поверхность теплообмена определяется габаритами топки и жаровой трубы. Включение теплообменника горячего водоснабжения в контур циркуляции конденсата обеспечивает в сочетании со сборником конденсата автономное регулирование его тепловой мощности и уровня температуры в соответствии с расходом воды в системе горячего водоснабжения. При этом снижается температура воды, подаваемой в распылители воды, и соответственно снижается температура продуктов сгорания в отводящем газоходе, что повышает эффективность водонагревателя.

Изобретение может быть использовано в системах комплексного теплоснабжения задний и сооружений.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена общая схема контактно-поверхностного водонагревателя.

Контактно-поверхностный водонагреватель содержит вертикальный корпус 1, в нижней части которого размещены топка 2 и жаровая труба 3. Топка 2 и жаровая труба 3 охвачены водяной рубашкой 4, в которой размещен вертикальный спиральный теплообменник 5 системы отопления. В верхней части корпуса 1 размещены отводящий газоход 6 и контактный теплообменник 7 с распылителями воды 8. Контактный теплообменник имеет опорно-распределительную решетку 9 и засыпку 10 из колец Рашига, керамических шариков, крупной металлической стружки или из других материалов. Над топкой выше жаровой трубы установлен надтопочный диск 11, имеющий форму тарелки. Надтопочный диск 11 соединен расположенными в жаровой трубе 3 водогрейными трубками 12 с водяной рубашкой. Водогрейные трубки проходят в жаровой трубе 3 и омываются горячими продуктами сгорания. Между надтопочным диском 11 и водяной рубашкой 4 имеется кольцевой зазор для прохода горячих продуктов сгорания в зону контактного теплообменника. Между контактным теплообменником и надтопочным диском установлен сборник конденсата 13, в который частично стекает сконденсировавшаяся в контактном теплообменнике вода. Сборник конденсата может иметь различную форму в плане, которая определяется при проектировании водонагревателя.

Контактно-поверхностный водонагреватель имеет внешний контур 14 циркуляции конденсата с циркуляционным насосом 15. Выход циркуляционного насоса через водо-водяной противоточный теплообменник 16 системы горячего водоснабжения соединен с распылителями воды 8.

Вход циркуляционного насоса через шламоотделитель 17 соединен трубопроводом 18 с нижней частью водяной рубашки 4 и трубопроводом 19 со сборником конденсата 13. К шламоотделителю подсоединен трубопровод 20 слива шлама и избыточной воды из контактно-поверхностного водонагревателя. Для предотвращения перелива воды через верхнюю стенку водяной рубашки 4 в топку предусмотрены сливные патрубки (на чертеже не показаны). Расход воды в контуре циркуляции контролируется регуляторами 21 и 22, установленными соответственно в трубопроводах 18 и 19.

Топка 2 может иметь обмуровку 23, предохраняющую стенку водяной рубашки 4 от прямого воздействия пламени. Под опорно-распределительной решеткой 9 контактного теплообменника по периферии установлен козырек 24, перекрывающий зазор между надтопочным диском 11 и стенкой водяной рубашки и предохраняющий от прямого стекания конденсата в топку.

Спиральный теплообменник системы отопления размещен в водяной рубашке на равном расстоянии от ее стенок и образует вместе с ней водяной теплообменник. Теплообменник очень компактен, т. к. расчеты показывают, что для обеспечения устойчивого протекания воды по водяной рубашке достаточно иметь зазор между стенками водяной рубашки всего на 10-25% больше, чем наружный диаметр трубок спирального теплообменника.

В зависимости от используемой в конкретном контактно-поверхностном водонагревателе топки можно применять топливо любого вида: дрова, щепа, торф, каменный уголь, жидкое топливо или газ.

Контактно-поверхностный теплообменник работает следующим образом. Заполняют водой водяную рубашку 4 и теплообменники 5 и 16 и разжигают топку 2. Продукты сгорания отдают часть тепла воде в рубашке 4 и далее, обтекая водогрейные трубки 12, проходят через зазор между надтопочным диском 11 и водяной рубашкой к контактному теплообменнику 7. Циркуляционный насос 15 забирает воду из водяной рубашки и через теплообменник 16 подает ее к распылителям воды 8. Холодная вода при температуре до 20^оС поступает в засыпку 10 из колец Рашига. Горячие продукты сгорания, проходя через засыпку 10, охлаждаются до температуры 50-70^оС. При этом пары воды из продуктов сгорания частично конденсируются, отдавая холодной воде скрытую теплоту парообразования и увеличивая расход воды в контуре циркуляции. Холодная вода нагревается до температуры 75-80^оС и стекает с контактного теплообменника в сборник конденсата 13 и на надтопочный диск 11. Из сборника конденсата подогретая вода поступает на вход циркуляционного насоса 15. В случае полного заполнения сборника конденсата вода будет переливаться из сборника конденсата на надтопочный диск 11. Из надтопочного диска 11 вода поступает в водогрейные трубки 12, нагревается в них до температуры 90^оС и поступает в водяную рубашку 4. В водяной рубашке вода передает тепло спиральному теплообменнику 5. Тепло, переданное спиральному теплообменнику системы отопления, компенсируется подводом тепла через стенку жаровой трубы и топки. Поскольку водяная рубашка открыта сверху, температура в ней не может подняться выше 100^оС, что гарантирует стабильность температуры на выходе из спирального теплообменника 5 системы отопления даже при значительном (в несколько раз) снижении тепловой нагрузки в системе отопления. Испарившаяся вода конденсируется в контактном теплообменнике, что сводит к минимуму потери тепла в контактно-поверхностном водонагревателе.

Горячая вода из нижней части водяной рубашки 4 при температуре до 90^оС поступает на вход циркуляционного насоса 15 и смешивается с водой, поступившей из сборника конденсата. Изменяя соотношение расходов воды из сборника конденсата 13 и водяной рубашки 4, можно изменять тепловой режим теплообменника 16 и тепловую нагрузку и температуру воды в системе горячего водоснабжения. Избыток воды в контуре циркуляции конденсата сливается по трубопроводу 20 или по сливному патрубку (на чертеже не показан).

Наличие шламоотделителя 17 позволяет поддерживать постоянными гидравлические характеристики контура циркуляции конденсата при работе с топливом, образующим при сгорании пылевые частицы. Размещение его на входе в циркуляционный насос помимо стабилизации гидравлических характеристик повышает ресурс контактно-поверхностного водонагревателя.

Использование: теплоэнергетика, оборудование для горячего водоснабжения и отопления зданий и сооружений. Сущность изобретения: в вертикальном корпусе 1 поярусно размещены насадка с водораспределителем, надтопочный диск 11 и топка 2 с жаровой трубой 3, последние окружены водяной рубашкой 4. Сборник конденсата 13 размещен между насадкой и диском 11, который сообщен с водяной рубашкой 4 посредством водогрейных трубок 12, размещенных в жаровой трубе 3. Водяная рубашка 4 в нижней части подключена к водораспределителю трубопроводом с насосом и имеет спиральный теплообменник 5. Сборник 13 подключен к входу насоса 15, а теплообменник 16 по греющей среде - к трубопроводу между насосом 15 и водораспределителем. Шламоотделитель 17 установлен на входе насоса 15. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. КОНТАКТНО-ПОВЕРХНОСТНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий теплообменник, вертикальный корпус с поярусно размещенными внутри него насадкой с водораспределителем, надтопочным диском и окруженными водяной рубашкой топкой с жаровой трубой, причем рубашка в своей нижней части подключена к водораспределителю трубопроводом с насосом и имеет спиральный теплообменник, отличающийся тем, что он снабжен водогрейными трубками, размещенными в жаровой трубе, и сборником конденсата, установленным между насадкой и надтопочным диском, который посредством упомянутых трубок сообщен с рубашкой, причем сборник подключен к входу насоса, а теплообменник по греющей среде - к трубопроводу между насосом и водораспределителем. 2. Водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен шламоотделителем, установленным на входе насоса.