КОНТАКТНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F24H1/10 

Изобретение относится к теплообменникам с непосредственным контактом жидкого и газового теплоносителей преимущественно в противопотоках, и может быть использовано в системах отопления и нагрева жидкого теплоносителя, преимущественно воды, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения жилых зданий.

Известен контактный водонагреватель, содержащий корпус, разделенный перегородкой с переточными патрубками, на верхнюю и нижнюю камеры, в первой из которых установлена теплообменная насадка и ороситель, а во второй топка с верхним выхлопным отверстием и обечайка образующая со стенками корпуса кольцевой канал с примыканием к перегородке, при этом в переточных патрубках выполнены сквозные щелевые отверстия, а верхний край обечайки расположен выше щелевых отверстий (см. А.С. N 1211536, СССР, по кл. F 24 H 1/10 за 1984 г.).

Недостатком этого нагревателя является невысокая производительность из-за быстрого удаления нагретого газа из топки недостаточно нагревая ее стенки, а также в процессе эксплуатации происходит засорение воды продуктами горения, т.к. отсутствует система очистки от продуктов горения.

Также известен контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий корпус с контактной камерой, под которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода сетевой воды, регулирующий клапан и размещенные внутри корпуса надтопочный диск и радиационную камеру, обрамленную кольцевой водяной рубашкой со сливными патрубками. Радиационная камера снабжена формирователем потока газа, выполненный в виде тангенционально-установленного сопла под воздух (см. патент Франции N 2731506, по кл. F 24 H 1/10 за 1996 г.).

Недостатком этого нагревателя является низкий КПД из-за больших потерь тепла, который удаляется из топки далеко от ее стенки и тем самым снижает теплоотдачу. Кроме того, вместе с жидкостью продукты сгорания попадают в систему потребления и загрязняют ее.

Цель изобретения - повышение производительности нагревателя за счет улучшения условий теплопередачи и снижение концентрации отходов продуктов горения в системе потребления.

Указанная цель достигается тем, что в контактном нагревателе, преимущественно для жидкостей, включающем корпус, внутри которого установлены топка с формирователем потока и с кольцевой рубашкой, контактная камера, над выходным отверстием топки, ороситель и охладитель, соединенные трубопроводами с подающей магистралью жидкости, а рубашка разделена перегородкой, образующая с дном корпуса канал для прохода жидкости к наружной поверхности топки, при этом формирователь потока газа выполнен в виде объемного тела и установлен внутри полости топки, а в нижней части, между внутренней поверхностью корпуса и наружной боковой поверхностью перегородки, выполнен сборник отходов горения.

Формирователь газа в топке может быть выполнен в виде (жесткого, упругого и т.п.) тела, наружная поверхность которого снабжена выступами, образующими винтовую линию, или же в виде спирального тела, установленного внутри топки или же может быть соединен с внутренней поверхностью стенок топки.

Сборник отходов выполнен в виде выступов на дне корпуса, верхняя кромка которых расположена выше нижней кромки перегородки, или же в виде полости на дне корпуса.

На фиг. 1 изображен схематично общий вид предлагаемого нагревателя, выполненного в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 - вид А, выполненный в соответствии с п. 4 формулы.

Как показано на фиг. 1, контактный нагреватель содержит корпус 1, в верхней части которого закреплены охладитель 2, ороситель 3 и контактная камера 4. В нижней части корпуса 1 установлена топка 5 с верхним выхлопным отверстием 6, над которым имеется диск 7 с конусной поверхностью 8, обращенной вершиной в сторону камеры 4. Вокруг топки 5 выполнена водяная рубашка 9 с перегородкой 10, верхний торец 11 которой выполнен выше по уровню относительно верхней кромки отверстия 6, а нижний ее торец образует с дном 12 кольцевой канал 13 для циркуляции жидкости и изменения направления ее движения. На внутренней поверхности дна 12 выполнен кольцевой выступ 14, верхняя кромка которого 15 выше нижнего торца перегородки 10. Жидкость попадает в рубашку 9 из промежуточной полости 16 через зазор 13, нагревается в ней и отводится из нее через отводящую магистраль 17. В нижней части полости 16 выполнен отстойник 18 для сбора отходов горения 19 преимущественно твердых, которые периодически удаляются из нагревателя через магистраль 20. Отходящие газы удаляются через отверстие 21, а вода для охлаждения подается через трубопровод 22 и распыляется форсунками 23. В ороситель 3 основная часть жидкости подается из обратной сети отопления 24, преимущественно теплая и распыляется форсунками аналогично, как в сети охлаждения. Внутри топки 5 установлен формирователь потока 25 нагретого газа, полученного в результате горения топлива, на наружной поверхности которого закреплены выступы в виде ребра 26. В нижней части топки 5 установлена горелка 27 с отверстиями 28, в которую топливо подается через трубопровод 29. Одновременно с подачей топлива в зону горения подводится через канал 30 воздух (кислород) 31.

Работа предлагаемого нагревателя осуществляется следующим образом. Внутрь корпуса через трубопровод 24 подается вода, которая, распыляясь, попадает в камеру 4, нагревается потоком горячего газа и опускается в промежуточную полость 16. Затем через кольцевой канал 13 попадает в рубашку 9 и движется вверх вдоль наружной боковой поверхности топки 5. Поднявшись в верхнюю зону рубашки 9, жидкость нагревается до температуры близкой к точке кипения и удаляется из нагревателя через отводящую магистраль 17. Одновременно внутри топки 5 горит топливо (например газ), который подается через отверстия 28 горелки 27 и поток воздуха 31 через отверстие 30 для обеспечения нормального процесса горения и наиболее полного сгорания топлива. Образовавшиеся в процессе горения газы движутся по винтовой линии за счет ребер 26 формирователя 25 вдоль внутренней боковой поверхности топки 5. После прохода винтовой поверхности газы удаляются из топки 5 через отверстие 6 вместе с остатками несгоревшего топлива 19 и попадает под надтопочный диск 7, огибая его направляются в камеру 4 по всей площади. В камере 4 по всему ее объему встречаются два потока: сверху движется распыленная жидкость с меньшей температурой, а навстречу ей поток горячего газа. В результате жидкость нагревается и подается в полость 16, а газ подается в охладитель 2. При этом продукты горения 19 захватываются жидкостью и опускаются на дно отстойника 18 и через магистраль 20 удаляются из нагревателя. Окончательное охлаждение газов производится в охладителе 2, который постоянно омывается холодной водой из магистрали 22. После охлаждения газы через отверстие 21 удаляются в атмосферу.

Нагрев жидкости в котле в зависимости от ее местонахождения происходит следующим образом. Жидкость через магистраль 24 подается в котел с обратной системы отопления с температурой 30^oC. Распыляясь и проходя по контактной камере 4 нагревается до 60^oC и попадает в полость 16 где нагрева почти не происходит. Дальше жидкость проходит через канал 13 и попадает в рубашку 9 где нагревается до 90 - 95^oC и с этой температурой отводится в подающую часть системы отопления.

Использование изобретения позволяет за счет выполнения отстойной зоны снизить скорость и изменить направление движения жидкости до подачи ее потребителю и тем самым отделить большую часть отходов горения без применения фильтров. Кроме того, снабжение топки формирователем потока позволяет повысить температуру стенки топки и увеличить путь прохождения газов и тем самым улучшить теплоотдачу непосредственно в топке.

Выполнение нагревателя с применением настоящего изобретения позволяет повысить производительность и уменьшить расход топлива на единицу нагретой жидкости. Кроме того, резко снижается концентрация отходов горения в жидкости, что улучшает условия работы теплообменников.

Все указанные выше изменения позволяют повысить производительность, снизить расходы топлива и повысить надежность нагревателей в процессе эксплуатации по сравнению с известными аналогичными устройствами.

Изобретение предназначено для системы отопления, преимущественно индивидуального. В контактном нагревателе топка дополнительно снабжена формирователем потока газового теплоносителя, а в нижней части водяной рубашки выполнен сборник отходов горения топлива. Формирователь потока выполнен в виде объемного тела, наружная поверхность которого может быть снабжена выступами, образующими винтовую линию или в виде спирального тела, установленного внутри топки или соединенного с внутренней поверхностью топки. Использование изобретения позволяет улучшить теплопередачу от газового к жидкому теплоносителю и удалить большую часть несгоревших отходов топлива из системы жидкого теплоносителя без применения дополнительных устройств. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Контактный нагреватель, преимущественно для жидкостей, включающий корпус, внутри которого установлены топка с формирователем потока газа, обрамленная кольцевой рубашкой, контактная камера, размещенная над выходным отверстием топки, над ней ороситель и охладитель, соединенные трубопроводами с магистралью жидкости, рубашка разделена перегородкой, образующей с дном корпуса канал под циркуляцию жидкости, отличающийся тем, что формирователь потока газа выполнен в виде объемного тела и установлен внутри полости топки, а между внутренней поверхностью корпуса и наружной боковой поверхностью перегородки выполнен сборник отходов горения. 2. Контактный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что наружная боковая поверхность формирователя потока газа снабжена выступами, расположенными по винтовой линии. 3. Контактный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что сборник отходов выполнен в виде полости, образованной выступом на дне корпуса, причем верхняя кромка расположена по уровню выше, чем нижняя кромка перегородки. 4. Контактный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что сборник отходов выполнен в виде углубления на дне корпуса, открытого со стороны промежуточной полости. 5. Контактный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что формирователь потока выполнен в виде спирального тела. 6. Контактный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что спираль формирователя потока соединена с внутренней боковой поверхностью стенок топки.