ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 1999 года по МПК F24H1/28 

Изобретение относится к системам центрального водяного отопления и более конкретно к водогрейным преимущественно газовым котлам центрального отопления жилых зданий.

В технике широко известны многообразные конструкции различных водогрейных котлов (см., например, К.В.Тихомиров. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. М. , "Стройиздат", 1981). Общим недостатком всех котлов, как и любой тепловой машины, является низкий КПД. Различные дополнительные устройства в виде рекуператоров, теплообменников и т.д., частично решая проблему, усложняют конструкцию и эксплуатацию отопительного оборудования.

Как по назначению, так и по совокупности существенных признаков наиболее близким к предложенному изобретению является газовый водогрейный жаротрубный котел марки "ДОН", предназначенный для системы водяного центрального отопления малоэтажных зданий, например, индивидуальных жилых домов (см., например, а.с. 1095882, МКИ F 24 H 1/28, 1980).

Известный котел представляет собой заполняемую водой (или другим аналогичным теплоносителем) емкость, сквозь которую вертикально проходят жаровые трубы, выходящие внизу котла в топку, а сверху - в вытяжную дымовую трубу. Вверху водяная емкость имеет выходной (напорный) патрубок, соединяемый с напорной трубой системы водяного отопления, а внизу - входной (возвратный) патрубок, соединяемый с обратной трубой системы ("обратка").

Горячая вода через верхний патрубок поступает в систему отопления, вытесняя из нее охладившуюся воду, которая возвращается в котел через нижний патрубок.

Очевидно, что в соответствии с известными физическими законами эта естественная циркуляция возможна только в одном направлении - от верхнего к нижнему патрубку, т.е. когда в самом котле холодная вода, нагреваясь, поднимается снизу вверх вдоль жаровых труб.

Однако работа такого котла неэкономична, поскольку отработанные топочные газы, продолжая иметь избыточно высокую температуру, взаимодействуют с уже нагретой водой, в силу чего теплообмена с ней не происходит, и в атмосферу с горячими газами выбрасывается большое количество тепла. Эти теплопотери можно снизить, изменив направление циркуляции в котле с прямоточного на противоточное, т.е. когда холодная вода будет подаваться в верхний патрубок котла, а горячая - отбираться из нижнего. В этом случае теплообмен будет происходить между уже отработанными, но еще горячими топочными газами и холодной водой, т. е. без какого-либо дополнительного оборудования будет проявляться эффект рекуперации.

Очевидно, что в известном котле естественная обратная (противоточная) циркуляция невозможна ввиду несоответствия физическим законам, а принудительная противоточная циркуляция за счет установки насоса с мотором на котлах подобного назначения по известным причинам неприемлема.

Перед изобретением была поставлена задача повысить экономичность бытового водогрейного котла путем изменения направления естественной циркуляции воды с прямоточной на противоточную.

Поставленная задача решается тем, что предложен водогрейный котел системы центрального отопления, содержащий водяную емкость с разнесенными по высоте напорным и возвратным водяными патрубками, имеющую внутри вертикальные жаровые трубы.

Новым в предложенном котле является то, что емкость разделена по высоте на водяные камеры, последовательно соединенные между собой переливными трубами, в каждой паре смежных камер переливная труба соединена с верхней камерой вверху, с нижней - внизу, при этом возвратный патрубок подсоединен к высшей камере внизу, а напорный - к низшей камере вверху.

Технический результат заключается в повышении экономичности котла за счет изменения направления естественной циркуляции с прямоточной на противоточную, когда верхний патрубок котла становится приемным (обратным), а нижний - напорным (выходным).

На чертеже показана схема заявленного котла.

В своей принципиальной части котел представляет собой заполняемую водой емкость 1, внутри которой вертикально установлены жаровые трубы 2, условно показанные на чертеже штриховыми линиями. Под котлом жаровые трубы 2 соединены с топкой 3, а над котлом - с вытяжной дымовой трубой 4. Конструкция топки и характер применяемого топлива для существа заявленного изобретения значения не имеют.

Внутри емкость 1 разделена горизонтальными перегородками 5 на отдельные камеры 6, 7 и 8, число которых выбирается в зависимости от желаемой глубины рекуперации отработанных топочных газов.

Для упрощения изготовления котла каждая из камер 6, 7, 8 может быть выполнена в виде отдельного блока со своим участком жаровых труб 2. Расположенные друг над другом камеры 6, 7, 8 последовательно соединены между собой переливными трубами 9 и 10 таким образом, что в любой паре смежных камер соответствующая переливная труба соединена с верхней камерой вверху, а с нижней - внизу. Например, из двух смежных камер 6 и 7 камера 6 является верхней, и, следовательно, соединяющая эти камеры переливная труба 9 должна быть соединена с камерой 6 в ее верхней части, а с нижней камерой 7 - в ее нижней части. Аналогично для пары смежных камер 7 и 8, но в этом случае камера 7 уже становится верхней.

Возвратный 11 и напорный 12 патрубки, как и в известном котле, разнесены по высоте водяной емкости 1, однако в отличие от известного котла они поменялись местами, т.е. возвратный патрубок 11 находится выше по отношению к напорному патрубку 12.

Работает котел следующим образом (на примере камеры 8).

При нагреве от проходящих через камеру 8 жаровых труб 2 горячая вода, расширяясь, поднимается вверх и вытесняется в систему отопления через напорный патрубок 12. Очевидно, что одновременно менее нагретая вода, имеющая более высокую плотность, будет перетекать на дно камеры 8 через переливную трубу 10 из смежной верхней камеры 7. Аналогичный процесс будет происходить в любой из камер, при атом хотя в каждой камере процесс протекает в полном соответствии с физическими законами, общее направление циркуляции будет обратным, т.е. от верхнего патрубка 11 к нижнему (внутри котла), что у постороннего наблюдателя вызывает недоумение.

Из-за изменения направления циркуляции горячие жаровые трубы в верхней части котла будут отдавать тепло холодной (остывшей) воде, поступающей из системы отопления, т. е. в заявленном котле проявляется эффект рекуперации (использование температуры отработанных газов).

Для определения эффективности изобретения автором были изготовлены в масштабе 1:10 две модели соответственно заявленного котла и котла-прототипа. Топкой для котлов служила спиртовая горелка. Критерием эффективности служил расход топлива. Испытания показали, что при прочих равных условиях расход топлива в модели заявленного котла ниже на 24%, чем в модели известного.

Котел предназначен для систем центрального водяного отопления малых зданий. Содержит несколько расположенных друг над другом водяных камер, сквозь которые вертикально пропущены жаровые трубы. Камеры последовательно соединены между собой переливными трубами таким образом, что в каждой паре смежных камер переливная труба соединена с верхней камерой вверху, а с нижней - внизу. Напорный патрубок котла, соединенный с системой отопления, подсоединен к низшей камере вверху, а возвратный патрубок - к высшей камере внизу. Изменение циркуляции воды с прямоточного на противоточное снижает теплопотери в атмосферу и расход топлива. 1 ил.

Водогрейный котел системы центрального отопления, содержащий водяную емкость с разнесенными по высоте напорным и возвратным водяными патрубками, имеющую внутри вертикальные жаровые трубы, отличающийся тем, что емкость разделена по высоте на водяные камеры, последовательно соединенные между собой переливными трубами, в каждой паре смежных камер переливная труба соединена с верхней камерой вверху, с нижней внизу, при этом возвратный патрубок подсоединен к высшей камере внизу, а напорный к низшей камере вверху.