КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ Российский патент 2000 года по МПК F24H1/08 F24H1/28 

Изобретение относится к технике отопления помещений с помощью водяных котлов.

Известен водогрейный котел, в котором благодаря теплообмену между водой, протекающей в змеевиковых трубках, и продуктами сгорания топлива осуществляется нагрев холодной воды [1].

Известен также котел, в котором в качестве теплообменника применены прямые трубки [2].

Недостатком известных конструкций водогрейных котлов является их громоздкость и периодическое засорение трубчатки накипью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является котел, содержащий топку с горелочным устройством, систему автоматики, пакет теплообменника трубчатого типа, дымоход, а также подвод холодной и отвод горячей воды [3].

Недостатки этого котла заключаются в следующем:
- громоздкость и высокая удельная металлоемкость (кг/кВт);
- необходимость узла водоподготовки для очистки воды от содержащихся в ней солей;
- неравномерный нагрев отдельных трубок теплообменника и необходимость их периодической чистки.

Цель настоящего изобретения заключается в снижении удельной металлоемкости водогрейного котла и повышении его эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном водогрейном котле, содержащем топку с горелочным устройством, систему автоматики, пакет трубчатого теплообменника, дымоход, а также подвод холодной и отвод горячей воды, трубчатый пакет теплообменника выполнен в виде плавающего стакана, ограниченного тонкостенными решетками, а поперечное сечение топки по ходу теплоносителя в 2 - 4 раза превышает суммарное сечение трубок теплообменника. Кроме того, трубки теплообменника выполнены ребристыми и внутри смонтированы витые ленточные интенсификаторы, а система автоматики снабжена терморегулятором, исключающим образование конденсата внутри трубок теплообменника.

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, можно считать существенными и отвечающими критерию "новизна":
На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого водогрейного котла, а на фиг. 2 - конструктивное выполнение трубок теплообменника. На фиг. 3 представлена схема котла согласно прототипа [3].

Котел водогрейный содержит горелочное устройство 1 и топочное пространство 2. Пакет теплообменника 3 выполнен в виде плавающего стакана, трубки которого 4 приварены к тонкостенным решеткам 5.

Трубки 4 имеют ребристый профиль, а внутри них вмонтированы витые ленточные интенсификаторы 6.

Котел имеет сборную камеру 6 и дымоход 7, а также подвод холодной воды 8 и отвод горячей воды 9. На последнем установлен терморегулятор 10.

Котел водогрейный работает следующим образом.

Продукты сгорания топлива в горелке 1 попадают в топку 2 и оттуда распределяются по трубкам 4. Весь теплообменник 3 выполнен плавающим в корпусе 11, что обеспечивает ему надежную температурную компенсацию. Ту же цель выполняют тонкостенные трубные решетки 5.

Специальной экспериментальной проверке была подвергнута оптимизация суммарной проходной площади трубок 4. Это связано с обеспечением равномерного распределения дымовых газов по трубкам, что в свою очередь должно обуславливать равномерный их нагрев, а следовательно, эксплуатационную надежность пакета теплообменника 3 в целом.

В традиционном варианте с трубками свободного сечения отношение площади сечения раздающей камеры к площади суммарного сечения всех трубах F_кам/F_тр должно быть более 8 - 10. Учитывая заполнение в нашем случае сечения трубок 4 ленточными интенсификаторами 5, упомянутая величина соотношения F_кам/ΣF_тр могла быть определена только экспериментально.

В эксперименте было доказано, что при F_кам/ΣF_тр < 2 расход теплоносителя через удаленные (от оси теплообменника) трубки ниже, чем по центральным. Это приводит к неравномерному нагреву трубок 4, а следовательно, температурным деформациям решеток 5 и пакета теплообменника в целом. При отношении F_кам/F_тр > 4 обеспечивалась равномерность распределения дымовых газов по трубкам 4, но это приводило к "конструктивному абсурду". Либо необходимо было предельно сокращать количество трубок 4, либо сокращать их диаметр. Последнее стало невозможным из-за непреодолимых сложностей размещения в них ленточных интенсификаторов 6. Кроме того, в этом случае резко возрастало сопротивление дымового тракта теплообменника. С учетом проведенного эксперимента искомое соотношение было выбрано равным 2 ≤ F_кам/ΣF_тр ≤ 4.
Теплообмен в трубках 4 интенсифицирован по дымовому тракту как путем выполнения их ребристыми (фиг. 2), так и путем размещения внутри витых ленточных интенсификаторов 6. При этом оба типа интенсификации теплообмена проявляются на номинальной нагрузке, а на минимальной нагрузке - только ленточные поверхности. Интенсификация теплообмена в трубках 4 обеспечила заметную компактность теплообменника 3 и котла в целом.

Благодаря наличию терморегулятора 10 на отводе горячей воды 9, работающего по показанию температуры стенок трубок 4, удается избежать выпадения конденсата в них. Путем взаимодействия с топливным краном в системе автоматики котла температура стенок трубок 4 поддерживается на уровне выше 102 - 105^oC.

Заявленный котел водогрейный планируется выпускать в виде ряда типоразмеров от 40 до 400 кВт. Отдельные типоразмеры (40, 63, 80 и 100) уже эксплуатируются в промышленности. Отличительной их особенностью является высокая эксплуатационная надежность, при этом удельная их металлоемкость на 25 - 35% ниже, чем в традиционных котельных установках.

Учитывая современную тенденцию децентрализации отопления, потребность в автономных котлах весьма значительна. Заявляемый котел по своим параметрам может занять в их ряду достойное место.

Источники информации
1. Патент РФ N 2038542, кл. F 24 H 1/08; 27.05.1995. Антонникова Л.Н. и др. "Водогрейный котел".

2. Патент РФ N 2040730, кл. F 22 B 21/00; 27.07.1995. Масловский Г.В. и др. "Вертикальный котел".

3. "Рациональное использование газа в сельском хозяйстве и коммунально-бытовом секторе ". - О.Н.Брюханов и др. Недра, СПб, 1997 г. с. 504-514, рис. 20.7.

4. Реклама фирмы "Бернхем", США, 1994 г.

Котел предназначен для отопления помещений. Котел содержит топку с горелочным устройством, систему автоматики, снабженную терморегулятором, пакет теплообменника трубчатого вида, выполненный в виде плавающего стакана, ограниченного тонкостенными решетками. Трубки теплообменника выполнены ребристыми, а внутри них вмонтированы витые ленточные интенсификаторы. Поперечное сечение топки по ходу теплоносителя в 2 - 4 раза превышает суммарное сечение трубок теплообменника, что обеспечивает равномерное распределение дымовых газов по трубкам и равномерный их нагрев. Выполнение теплообменника плавающим в корпусе обеспечивает надежную температурную компенсацию. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Котел водогрейный, содержащий топку с горелочным устройством, систему автоматики, пакет теплообменника трубчатого вида, дымоход, а также подвод холодной и отвод горячей воды, отличающийся тем, что трубчатый пакет теплообменника выполнен в виде плавающего стакана, ограниченного тонкостенными решетками, а поперечное сечение топки по ходу теплоносителя в 2 - 4 раза превышает суммарное сечение трубок теплообменника. 2. Котел водогрейный по п.1, отличающийся тем, что трубки теплообменника выполнены ребристыми, а внутри них вмонтированы витые ленточные интенсификаторы. 3. Котел водогрейный по п.1, отличающийся тем, что система автоматики снабжена терморегулятором, исключающим образование конденсата внутри трубок теплообменника.