ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1999 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в котлах для системы отопления.

Водогрейный котел, содержащий горизонтально расположенный цилиндрический корпус с встроенной топкой прямоугольного сечения, окруженной водяной рубашкой, известен (пат. N 4418649, US, заявл. 02.11.82, N 438435, опубл. 06.12.83, F 22 B 5/00, НКИ 122/15). Между задней стенкой топки и задним днищем котла установлены два ряда дымогарных труб. Для повышения теплообмена дымогарные трубы снабжены шнековыми завихрителями.

Недостатком указанного котла является низкое использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева и отсутствия элементов предварительного подогрева питательной воды теплом котла, установленных непосредственно в котле.

Водогрейный котел, содержащий заполненный водой герметичный корпус, внутри которого расположена топка, жаровая камера и дымогарные трубы, известен (авт. св. 1543183, SU, F 22 B 7/12, 9/12, (988). Для повышения интенсификации теплообмена дымогарные трубы снабжены винтовыми вставками, способствующими турбулизации топочных газов, обеспечивающей улучшение теплообмена.

Недостатком известного котла является также низкого использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева.

Известен также водогрейный котел, содержащий корпус наполненный водой, внутри которого расположена жаровая камера и дымогарные трубы (патент FR 1.589.502, F 22 B 7/12, 1970, 9). Внутри дымогарных труб расположены с зазором нагревательные элементы (водные трубки, служащие для дополнительного нагрева воды), один конец которых подсоединен к водяному объему котла.

Недостатком известного котла, как и указанных выше аналогов, является также низкое использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева.

Так как данное изобретение наиболее близко технической сущности и решаемой задачи предлагаемому, то примем его за прототип.

Основной задачей, преследуемой данным изобретением, является при неизменных габаритах увеличить поверхность нагрева, повысить интенсификацию теплообмена, а также надежность и удоборемонтность котла.

Для решения указанной задачи котел содержит заключенный в герметичный корпус водяной объем. Внутри водяного объема помещена жаровая камера и дымогарные трубы. Дымогарные трубы снабжены нагревательными элементами. Каждый нагревательный элемент выполнен из гладкой трубы, навитой в виде винтового змеевика, вставленного в дымогарную трубу с образованием спирального канала. При этом один конец трубы указанного змеевика подключен к питательному трубопроводу, а другой - к водяному объему котла. Котел может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. Для чего он снабжен горелочным устройством.

Исходя из технической сущности, заключаем, что использование данного изобретения позволит получить следующий технический результат: при одинаковой мощности сократить габариты котла за счет увеличения обогреваемой поверхности, так как топочные газы омывают как наружные так и внутренние поверхности нагрева, причем, теплопередача происходит по всей винтообразной поверхности змеевика, развернутая длина которого на порядок больше, чем удвоенная длина дымогарной трубы.

Одновременно газовый поток, проходя по спиральному каналу, интенсивно перемешивается, постоянно контактирует более нагретыми слоями с поверхностями нагрева дымогарной трубы и змеевика, снижая тем самым, теплонапряженность металла дымогарных труб. И, как следствие, все это позволяет иметь малый объем воды, обеспечивающий короткое время пуска, ограниченную внешнюю поверхность, способствующую снижению потери тепла излучением в окружающую среду и наименьшую массу, а также простоту конструкции и удоборемонтность элементов котла.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяют сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Признаки . .. "каждый нагревательный элемент представляет собой навитый из гладкой трубы винтовой змеевик" ..., известен (см., например, патент 5485849 A, US, заявл. 08.04.94, N 225177, опубл. 23.10.96, F 24 D 3/08 "Комбинированный нагреватель и теплообменник"), в котором ... "смонтировано нагревательное устройство в виде трубчатого змеевика"... (одна ветвь прямая).

В предлагаемом изобретении нагревательные элементы позволяют увеличить поверхность нагрева и турбулизацию топочных газов. Кроме того, спиральный канал из труб винтового змеевика способствует значительному увеличению пути прохождения топочных газов и, как следствие, обеспечивает более полную передачу тепла нагревательным элементам и внутренним поверхностям дымогарных труб, а значит и повышение КПД котла.

Реализация этих признаков в совокупности с признаками, изложенными в ограничительной части формулы изобретения, способствует получению новых потребительских свойств объекта изобретения, что подтверждается достижением указанного технического результата, а это дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически изображен продольный разрез котла.

Водогрейный котел содержит герметичный корпус, включающий обечайку 1, переднюю 2 и заднюю 3 трубные решетки и жаровую камеру 4. Спереди к обечайке 1 примыкает передняя крышка 5, несущая горелочное устройство 6, сзади - задняя крышка 7, снабженная полостью для прохода дымовых газов. Входные участки дымогарных труб 8 крепятся в передней трубной решетке 2, а выходные - в задней трубной решетке 3. Пространство, ограниченное обечайкой 1, трубными решетками 2 и 3 и жаровой камерой 4, заполнено водой. Каждая дымогарная труба 8 содержит нагревательный элемент, выполненный из гладкой трубы, навитой в виде винтового змеевика 9, вставленного во внутрь последней с образованием спирального канала. Один конец трубы змеевика 9 закреплен в задней крышке 7, а другой - в донышке 10, образующей с задней крышкой 7 коллектор 11 для воды, прошедшей нагревательные элементы. Впускные концы труб змеевика 9 подключены к трубопроводу 12 питательной воды. Полость коллектора 11 трубой 13 соединена с водяным объемом котла, снабженного отводящим патрубком 14.

Работа котла осуществляется в следующей последовательности.

При пуске котла его водяной объем заполняют питательной водой, а затем зажигают горелочное устройство.

По мере нагрева воды циркуляционным насосом, связанным с трубопроводом 12, в трубы змеевика 9 подают питательную воду, которая, двигаясь по трубам одних ветвей спирали встречно потоку газов, нагревается. Далее, возвращаясь по трубам других ветвей спирали в сторону коллектора 11, вода продолжает нагреваться до более высокой температуры. Затем подогретая таким образом вода через коллектор 11 и трубу 13 направляется в водяной объем котла, откуда через патрубок 14 поступает в отопительную систему.

Факел пламени горелочного устройства 6, веерообразно распространяясь в жаровой камере 4, отражается от ее днища и, увлекаемый тягой, устремляется через дымогарные трубы 8 в дымовую трубу. Проходя по спиральным каналам, образованным трубами винтовых змеевиков 9, топочные газы нагревают последние по всей их длине, а также нагревают воду, взаимодействующую с наружными поверхностями дымогарных труб.

Теплопередача происходит также через стенки и дно жаровой камеры 4, омываемой котловой водой.

Таким образом, нагрев воды осуществляется как наружными поверхностями жаровой камеры 4 и дымогарных труб 8, так и внутренними поверхностями винтовых змеевиков 9.

Изменяя тепловыделение горелочного устройства 6 и количество питательной воды в трубы нагревательных элементов, можно добиться оптимального режима работы котла.

Водогрейный котел предназначен для использования в системе отопления. Котел состоит из заполненного водой герметичного корпуса, внутри которого расположена жаровая камера и дымогарные трубы, снабженные установленными с зазором нагревательными элементами в виде навитого из гладкой трубы винтового змеевика, вставленного в дымогарную трубу с образованием спирального канала, при этом один конец трубы нагревательных элементов подключен к водяному объему котла, а второй конец трубы подключен к питательному трубопроводу. Выполнение нагревательных элементов в виде винтового змеевика позволяет увеличить поверхность нагрева, повысить интенсификацию теплообмена, а также надежность и удоборемонтность котла. 1 ил.

Водогрейный котел, содержащий заполненный водой герметичный корпус, внутри которого расположена жаровая камера и дымогарные трубы, снабженные установленными с зазором нагревательными элементами, один конец трубы которых подключен к водяному объему котла, отличающийся тем, что каждый нагревательный элемент представляет собой навитый из гладкой трубы винтовой змеевик, вставленный в дымогарную трубу с образованием спирального канала, при этом второй конец трубы нагревательных элементов подключен к питательному трубопроводу.