ГАЗОВЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к устройствам для подогрева воды с применением газового топлива и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений.

Широко известны газовые водонагреватели с беспламенными горелками, в которых часть полезного тепла, образующегося при сжигании топлива, передается в теплоноситель (воду) посредством теплового излучения, поглощаемого стенками теплообменника, а другая часть - за счет конвективного теплообмена. Для повышения теплового КПД устройства прибегают к развитию поверхности конвективного теплообмена [1, 2].

Известен водонагреватель, в котором для повышения эффективности конвективного теплообмена установлен теплообменник, выполненный в виде проточной по воде емкости, пронизанной необходимым количеством вертикальных трубчатых тепловыделяющих элементов, причем упомянутый теплозащитный корпус выполнен относительно проточной емкости с зазором, образующим нисходящий дымоход для отвода продуктов сгорания [3].

Однако развитие поверхности конвективного теплообмена в ограниченном объеме имеет очевидные пределы из-за технологических сложностей и удорожания устройства. Поэтому для повышения эффективности устройства наряду с развитием конвективной поверхности прибегают к увеличению доли тепловой энергии, передаваемой теплоносителю за счет излучения.

Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является газовый водонагреватель с инфракрасным нагревом и нисходящими газовыми потоками [4, прототип].

Известный водонагреватель содержит защитный корпус с размещенным в нем теплообменником. Теплообменник представляет собой двойную полую спираль и выполнен в виде двух вложенных друг в друга с зазором змеевиков, навитых по образующей вертикального цилиндра и последовательно соединенных между собой по воде. Во внутреннем змеевике по его центральной оси расположена вертикальная инфракрасная беспламенная горелка, выполненная в виде проницаемого для газа и заглушенного в верхней части керамического цилиндра. Внутренний змеевик отделен от внешнего перфорированным цилиндром, пропускающим значительную часть теплового излучения и являющегося барьером для газообразных продуктов сгорания. Внешний змеевик закрыт цилиндрическим теплоизолирующим корпусом. Горючий газ вдувается в нижнюю часть горелки, где происходит его сгорание. Продукты сгорания, поднимаясь вдоль керамического цилиндра, омывают и греют внутренний змеевик, а затем, огибая перфорированный цилиндр и опускаясь по нисходящему дымоходу, омывают и греют внешний змеевик.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции теплообменника и отсутствие в нем градиента температуры, достаточного для естественной конвекции воды во внешнем циркуляционном контуре. Это предполагает оборудование внешнего контура водяным насосом для принудительной циркуляции.

Задачей изобретения является упрощение конструкции теплообменника, повышение эффективности утилизации выделяемого горелками тепла и обеспечение условий для естественной конвекции воды во внешнем контуре.

Поставленная задача решается тем, что в водонагревателе, содержащем горелки и теплозащитный корпус, в котором установлен теплообменник, выполненный в виде проточной по воде емкости, пронизанной необходимым количеством вертикальных трубчатых тепловыделяющих элементов, а упомянутый теплозащитный корпус выполнен относительно проточной емкости с зазором, образующим нисходящий дымоход для отвода продуктов сгорания, непосредственно в нижней части каждого трубчатого тепловыделяющего элемента установлена беспламенная горелка инжекционного типа.

Беспламенная горелка может быть изготовлена в виде конфузора с проницаемыми для газовоздушной смеси стенками, на поверхность которых нанесен материал, обладающий каталитической активностью по отношению к реакции полного окисления газообразного топлива, и выполнена из металлической сетки и/или перфорированной керамики. Для предохранения от обратного проскока пламени вход в конфузор может быть оборудован жаростойкой металлической сеткой.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором представлен вертикальный разрез водонагревателя (вид сбоку).

Цифрами на чертеже обозначены: 1 - защитный корпус, 2 - теплоизоляция, 3 - проточная емкость, 4 - патрубок для подвода воды; 5 - патрубок для отвода воды, 6 - нисходящий дымоход, 7 - трубчатый тепловыделяющий элемент, 8 - патрубок для отвода продуктов сгорания, 9 - восходящий дымоход, 10 - газопроницаемый конфузор (горелка), 11 - защитная сетка, 12 - инжектор, 13 - форсунка, 14 - регулятор, 15 - газовый коллектор.

Водонагреватель имеет следующую конструкцию. Корпус 1 (см. чертеж) с теплоизоляцией 2 охватывает проточную емкость 3, оборудованную патрубками 4 и 5 для подвода и отвода воды. Зазор между корпусом и проточной емкостью образует нисходящий дымоход 6. В проточной емкости, пронизывая ее, закреплены вертикальные тепловыделяющие элементы 7, внутренние полости которых выполняют функцию восходящего дымохода 9. Непосредственно в нижней части каждого тепловыделяющего элемента 7 установлена беспламенная горелка 10 с инжектором 12, выполненная в виде конфузора.

Водонагреватель работает следующим образом. Газообразное топливо через инжектор 12 поступает в беспламенную горелку 10, где протекает каталитическая реакция полного окисления газа. Защитная сетка 11 предохраняет инжектор 12 от проскока пламени из конфузора. Заявляемое взаимное расположение элементов обеспечивает то, что большая часть образующегося тепла за счет инфракрасного излучения горелок 10 передается воде в нижней части проточной емкости 3, благодаря чему в проточной емкости 3 возникает градиент температуры воды и ее мощная вертикальная конвекция, обеспечивающая естественную циркуляцию во всем внешнем контуре. Гидравлическое сопротивление такого устройства значительно ниже, чем у прототипа. Продукты сгорания поднимаются по тепловыделяющим элементам 7, отдавая тепло воде, проходят далее по нисходящему дымоходу 6, омывая внешнюю поверхность проточной емкости 3 и отдавая теплоносителю дополнительное количество тепла, что также способствует повышению эффективности устройства, и выводятся через патрубок 8.

Описанный газовый водонагреватель прост в изготовлении и не требует насоса для циркуляции теплоносителя. За счет выбранного месторасположения горелок обеспечено оптимальное соотношение радиационного и конвективного теплообмена и более полная утилизация выделяемого горелками тепла. Испытания опытного образца показали, что КПД устройства достигает 95-96%.

Источники информации
1. Заявка РФ на изобретение 96100683/06, МПК F 23 G 11/06, опубл. 1996.

2. Патент РФ 2102654, МПК F 22 B 33/18, опубл. 1993.

3. Патент РФ 2072484, МПК F 24 H 1/24, опубл. 1997.

4. Патент Японии 4-13615, F 24 H 1/16. Газовый водонагреватель с нисходящими газовыми потоками и инфракрасным нагревом, опубл. 1985 (прототип).

Изобретение относится к технике получения горячей воды с применением газового топлива и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений. В газовом водонагревателе, содержащем горелки, теплозащитный корпус и теплообменник, выполненный в виде проточной по воде емкости, пронизанной необходимым количеством вертикальных трубчатых тепловыделяющих элементов, упомянутый теплозащитный корпус выполнен относительно проточной емкости с зазором, образующим нисходящий дымоход для отвода продуктов сгорания, а горелки выполнены беспламенными, инжекционного типа и расположены непосредственно в нижней части каждого тепловыделяющего элемента. При этом конфузор горелки выполнен с проницаемыми для газовоздушной смеси стенками, на поверхность которых нанесен материал, обладающий каталитической активностью по отношению к реакции полного окисления газообразного топлива, стенки конфузора могут быть выполнены из металлической сетки или из перфорированной керамики, а на входе в конфузор может быть установлена металлическая защитная сетка. Такое выполнение водонагревателя позволяет обеспечивать оптимальное соотношение радиационного и конвективного теплообмена в канале тепловыделяющего элемента и более полную утилизацию выделяемого горелками тепла. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газовый водонагреватель, содержащий горелки, теплозащитный корпус и теплообменник, выполненный в виде проточной по воде емкости, пронизанной необходимым количеством вертикальных трубчатых тепловыделяющих элементов, причем упомянутый теплозащитный корпус выполнен относительно проточной емкости с зазором, образующим нисходящий дымоход для отвода продуктов сгорания, отличающийся тем, что беспламенные горелки инжекционного типа расположены непосредственно в нижней части каждого тепловыделяющего элемента. 2. Водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что беспламенная горелка выполнена в виде конфузора с проницаемыми для газовоздушной смеси стенками, на поверхность которых нанесен материал, обладающий каталитической активностью по отношению к реакции полного окисления газообразного топлива. 3. Водонагреватель по п. 2, отличающийся тем, что стенки конфузора выполнены из металлической сетки. 4. Водонагреватель по п. 2, отличающийся тем, что стенки конфузора выполнены из перфорированной керамики. 5. Водонагреватель по п. 2, отличающийся тем, что на входе в конфузор установлена металлическая защитная сетка.