ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к тепловой технике и может быть использовано для обогрева жилых, производственных помещений и горячего водоснабжения для бытовых нужд, что позволяет использовать отопительный котел в столовых, сельских больницах, фермах, теплицах и др. помещениях.

Известен водогрейный котел [1, 2] , предназначенный для отопления и снабжения горячей водой, содержащий обрамленную водяной рубашкой топку, соединенную с окном для выхода продуктов сгорания. В верхней части топки расположены направляющие перегородки, одна из которых расположена поперечно на расстоянии от боковой стенки топки с образованием прохода для продуктов сгорания, а другая перегородка выполнена в виде вертикальной незамкнутой обечайки. Она установлена между поперечной перегородкой и верхней стенкой топки, а незамкнутый участок обечайки обращен в сторону, противоположную упомянутому выше проходу.

Для повышения эффективности теплообмена водогрейный котел снабжен дополнительными перегородками, одна из которых установлена поперечно между окнами для выхода продуктов сгорания, а вторая расположена продольно.

Недостатком известных водогрейных котлов является то, что не в полной мере используются возможности по повышению эффективности теплообмена между перегородками и водой, заполняющей водяную рубашку, так как в нем увеличивается только путь прохождения продуктов сгорания и время их нахождения в топочном пространстве, а площадь теплообмена остается неизменной.

Эффективность теплообмена возрастает незначительно только за счет теплоотвода от металлических перегородок к стенкам водяной рубашки в верхней части котла. Такой характер теплопередачи не способствует обеспечению интенсивности циркуляции воды в отопительной системе.

Из известных отопительных котлов наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является отопительный котел [3], содержащий корпус в виде водяной рубашки, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал.

Недостатком известного отопительного котла при увеличении количества теплообменных элементов более двух является: увеличение габаритных размеров, усложнение конструкции котла, снижение технологичности изготовления и незначительный прирост КПД, который экономически и технически оказывается не рациональным, кроме того, это способствует снижению температуры отходящих газов, что приводит к увеличению образования конденсата и ухудшению условий удаления с горизонтальных поверхностей нагревательных элементов сажи. Конструкция котла является чувствительной к резким изменениям скорости воздушных потоков, которые могут приводить к погашению запальника и прекращению процесса сгорания газообразного топлива.

Изобретение направлено на повышение эффективности и интенсивности теплообмена между продуктами сгорания топлива и теплообменных элементов конструкции котла за счет увеличения площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива и снижения массогабаритных параметров котла на единицу мощности.

Это достигается тем, что в известный отопительный котел, содержащий корпус в виде водяной рубашки прямоугольной формы, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал и водонагревательный элемент для горячего водоснабжения, во внутренний объем котла введен теплообменный элемент в виде полой полости Г-образной формы с расширенной верхней частью. Торцы теплообменного элемента соединены с внутренней стенкой обрамляющей рубашки, образуя с полостью обрамляющей рубашки замкнутый контур теплоносительной среды. Этот элемент разделяет внутренний объем котла на топочное и газоходное пространство продуктов сгорания топлива. Причем в расширенную верхнюю часть Г-образной перегородки введен водонагревательный элемент для отбора горячей воды на бытовые нужды. Часть газоходного канала, образованного между тыльной стороной теплообменного элемента и внутренними стенками обрамляющей рубашки, разделена съемной перегородкой, которая вводится через образованный люк в верхней части обрамляющей рубашки котла, опирается на установленный в нижнюю часть газоходного пространства испаритель конденсата - турбулизатор газа и фиксируется крышкой люка с тепловым отражателем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено продольное сечение отопительного котла; на фиг.2 - вид сзади на котел; на фиг.3 - сечение отопительного котла по А-А; на фиг.4 - сечение по Б-Б.

Позиции на чертежах обозначают:
1 - обрамляющая рубашка;
2 - теплоносительная среда;
3 - полая перегородка Г-образной формы (теплообменный элемент);
4 - топочное пространство;
5 - испаритель конденсата - турбулизатор газа;
6 - проем;
7 - патрубок входа в котел теплоносительной среды;
8 - съемная перегородка;
9 - газоходное пространство;
10 - дымоход;
11 - патрубок отбора горячей воды;
12 - люк;
13 - крышка люка с тепловым отражателем;
14 - патрубок выхода из котла теплоносительной среды;
15 - водонагревательный элемент горячего водоснабжения;
16 - поток продуктов сгорания;
17 - патрубок ввода воды для подогрева;
18 - расширительная верхняя часть полой перегородки;
19 - вертикальная составляющая полой перегородки;
20 - тыльная сторона полой перегородки;
21 - лицевая сторона полой перегородки;
22 - внутренняя стенка обрамляющей рубашки;
23 - внешняя стенка обрамляющей рубашки;
24 - нижняя стенка.

Для улучшения технических показателей и свойств процесса теплопередачи в отопительный котел введены следующие элементы: полая перегородка Г-образной формы 3 с расширенной верхней частью 18, выполняющая роль теплообменного элемента, в которую установлен водонагревательный элемент горячего водоснабжения 15, люк 12, крышка люка с тепловым отражателем 13 и съемная перегородка 8.

Полая перегородка Г-образной формы 3 выполнена с различной величиной поперечного сечения: расширенная горизонтальная составляющая 18 и вертикальная составляющая 19, равная поперечному сечению обрамляющей рубашки 1 корпуса котла, и разделяет внутренний объем котла на топочное 4 и газоходное пространство 9. Полости теплообменного элемента 3 с обрамляющей рубашкой котла 1 образуют замкнутый контур теплоносительной среды 2. Над газоходной частью котла создан люк 12, через который вставлена съемная перегородка 8. Съемная перегородка 8 снизу устанавливается на испаритель конденсата - турбулизатор газа 5, а сверху фиксируется крышкой люка 13 с тепловым отражателем и делит газоходное пространство между тыльной стороной полой перегородки 20 и внутренними стенками обрамляющей рубашки 1 на две равные части.

Полая перегородка 3, съемная перегородка 8 с испарителем конденсата - турбулизатором газа 5 и проемом 6 образуют лабиринт для выхода в дымоход 10 потока газообразных продуктов сгорания топлива 16 (указанных стрелками). Разделение газоходного пространства 9 съемной перегородкой 8 удлиняет путь прохождения продуктов сгорания. Испаритель конденсата - турбулизатор газа 5 при прохождении газообразных продуктов сгорания топлива через проем 6 увеличивают их турбулизацию. Это способствует более эффективной теплопередаче продуктов сгорания топлива благодаря омыванию ими большей площади внутренней поверхности обрамляющей рубашки 22 и тыльной стороны 20 теплообменного элемента 3, турбулизации потоком продуктов сгорания топлива. Это приводит к повышению КПД отопительного котла.

Полая перегородка Г-образной формы включает в себя преимущества вертикально и горизонтально расположенных теплонагревательных полостей. Вертикально составляющая часть нагревательного элемента Г-образной формы выполнена с толщиной полости, равной толщине полости обрамляющей рубашки. Она обеспечивает наиболее благоприятные условия для циркуляции теплоносительной среды за счет наибольшего перепада температуры между нижней и верхней горизонтально составляющих частей. Нижняя стенка 24 горизонтально составляющей расширенной части теплообменного элемента 3 установлена перпендикулярно к восходящему тепловому потоку продуктов сгорания топлива. Это обеспечивает наилучшие условия конвективного и лучевого теплообмена между газообразными продуктами сгорания топлива и нагревательным элементом в топочном пространстве. За счет относительно малого объема теплоносительной среды в горизонтально составляющей части нагревательного элемента и расположения в области высоких температур отходящих газов продуктов сгорания топлива она подвергается интенсивному разогреву и быстрому тепловому расширению. В результате этого создается направленный поток, способствующий увеличению разности давлений на входе 7 и выходе 14 отопительного котла и улучшению условий теплопередачи водонагревательному элементу горячего водоснабжения 15.

Объем горизонтальной составляющей расширенной полости теплообменного элемента 3 выбирается из условия, предотвращающего локальное закипание теплоносительной среды в ней, с целью исключения снижения скорости перемещения теплоносительной среды в результате образования и попадания в отопительную систему пузырьков воздуха и образования накипи на нижней стенке 24, снижающей теплопередачу от газообразных продуктов сгорания к теплоносительной среде. Это исключает снижение КПД отопительного котла в процесс увеличения времени эксплуатации. Размеры водонагревательного элемента горячего водоснабжения 15 и отбор горячей воды выбираются из условий, предотвращающих замедление циркуляции теплоносительной среды и снижение КПД отопительной системы.

При розжиге отопительного котла, резком снижении температуры атмосферного воздуха в помещении расположения котла, снижении температуры отходящих газов продуктов сгорания топлива происходит образование на внутренних стенках обрамляющей рубашки дымоходного пространства конденсата. Конденсат с продуктами сгорания топлива образует химически активные соединения, способствующие коррозии стенок обрамляющей рубашки, снижению эксплуатационного срока котла, ухудшению теплопередачи к теплоносительной среде 2 и снижению КПД котла. По мере увеличения конденсата он собирается на дне газоходного пространства 9. Для удаления конденсата в отопительный котел введен испаритель конденсата - турбулизатор газа 5. Конденсат из газоходного пространства 9 стекает в испарительное устройство - турбулизатор 5. Конденсат из жидкого состояния в испарителе 5 переводится в пар за счет нагрева его отходящими газами продуктов сгорания, возвращается в дымоходное пространство 9 и вместе с газообразными продуктами сгорания топлива выбрасывается в атмосферу. Отсутствие конденсата повышает срок эксплуатации отопительного котла без снижения КПД.

Крышка люка 13 с тепловым отражателем обеспечивают фиксацию перегородки 8, создают направленное движение газообразных продуктов сгорания топлива по лабиринту и снижают потери тепловой энергии через крышку люка.

Отопительный котел работает следующим образом. Теплоносительная среда 2 через патрубок 7 подается в нижнюю часть обрамляющей рубашки котла. В топочном пространстве 4 производится сжигание топлива. Продукты сгорания образуют газообразный поток 16, который омывает внутренние стенки 22 обрамляющей рубашки 1, лицевую сторону 21 полой перегородки Г-образной формы 3, поступает в газоходное пространство 9, где омывает верхнюю внутреннюю стенку обрамляющей рубашки, тыльную сторону 21 полой перегородки, вертикальные стенки обрамляющей рубашки в дымоходном пространстве 9, нагревает их и одновременно контактирующий с ними теплоноситель 2. Передав этим элементам основную долю тепловой энергии, газообразный поток продуктов сгорания уходит в дымоход.

Теплоноситель, находящийся в верхней части теплообменного элемента 3, отдает часть тепловой энергии воде, циркулирующей по водонагревательному элементу горячего водоснабжения 15, которая используется для бытовых нужд. При отключенной отопительной системе вся тепловая энергия котла может использоваться для горячего водоснабжения при любых давлениях воды в водопроводной сети.

Такая конструкция отопительного котла обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу в теплообменных элементах за счет увеличения площади теплопередачи без увеличения габаритных размеров и, благодаря наличию люка 12, съемной перегородки 8 и съемному испарителю конденсата - турбулизатору газа 5, обеспечивает легкий доступ ко всем участкам дымоходного пространства для очистки от сажи.

Использование новых элементов в котле для отопления и горячего водоснабжения выгодно отличает предлагаемый котел, так как позволяет:
- интенсифицировать теплообмен в топочном и газоходном пространстве путем улучшения условий теплопередачи от продуктов сгорания к нагревательным элементам;
- повысить скорость циркуляции теплоносительной среды за счет повышения скорости разогрева в теплообменах элементах;
- снизить габариты и расход материалов на единицу мощности отопительного котла за счет применения Г-образной полой перегородки и создания сложного лабиринта перемещения продуктов сгорания топлива, увеличивающего путь их прохождения и площадь омывания;
- повысить КПД отопительного котла;
- повысить надежность работы котла за счет исключения задувания запальника при резких изменениях потока атмосферного воздуха;
- улучшить условия обслуживания в процессе эксплуатации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1820156 A1, F 24 Н 1/26, F 23 М 9/06, БИ 21, 1993.

2. Авторское свидетельство 1733867 Al, F 24 Н 1/40, 18, 1992.

3. Патент РФ 2122688, F 24 Н 1/00, БИ 33, 1998.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для обогрева жилых и производственных помещений и отбора горячей воды для бытовых нужд. Сущность изобретения: во внутренний объем котла введен теплообменный элемент в виде полой перегородки Г-образной формы с расширенной верхней частью, в которую введен водонагревательный элемент горячего водоснабжения, а часть газоходного канала, образованного между тыльной стороной полой перегородки и внутренними стенками обрамляющей рубашки, разделена съемной перегородкой, введенной через созданный люк в верхней части обрамляющей рубашки котла зафиксированной крышкой с тепловым отражателем и опирающейся на установленный в нижнюю часть газоходного пространства испаритель конденсата - турбулизатор газа. Такое выполнение котла интенсифицирует теплообмен в газоходном пространстве путем улучшения условий теплопередачи, увеличивает скорость циркуляции теплоносителя в отопительной системе. 4 ил.

Отопительный котел для обогрева жилых, производственных помещений и отбора горячей воды для бытовых нужд, содержащий корпус в виде водяной рубашки прямоугольной формы, обрамляющей топку и газоход, снабженный полыми перегородками, сообщенными с полостью рубашки и образующими в газоходе лабиринтный газовый канал, и водонагревательный элемент для горячего водоснабжения, отличающийся тем, что во внутренний объем котла введен теплообменный элемент в виде полой перегородки Г-образной формы с расширенной верхней частью и разделяющий внутренний объем котла на топочное и газоходное пространство продуктов сгорания топлива, причем в расширенную верхнюю часть полости Г-образной перегородки введен водонагревательный элемент горячего водоснабжения, а часть газоходного канала, образованного между тыльной стороной полой перегородки и внутренними стенками обрамляющей рубашки, разделена съемной перегородкой, введенной через созданный люк в верхней части обрамляющей рубашки котла, зафиксированной крышкой с тепловым отражателем и опирающейся на установленный в нижнюю часть газоходного пространства испаритель конденсата - турбулизатор газа.