ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ КОТЕЛ Российский патент 2003 года по МПК F24H1/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газовому отопительному оборудованию, в котором средой для доставки тепла является вода. Отопительный газовый котел предназначен для установки в системах отопления с водяным контуром, оборудуемых в различных помещениях, в том числе в квартирах многоэтажных домов, причем циркуляция воды происходит за счет разности температур и соответственно разной плотности воды.

При разработке отопительных аппаратов для установки в многоэтажных домах основной проблемой является уменьшение габаритов и повышение эффективности процесса теплопередачи и увеличение КПД всего котла.

По данному виду отопительной техники есть тенденция разработки компактных аппаратов, топка и дымоходы которых изолированы от воздуха помещения, в котором установлен котел. Один из путей совершенствования аппаратов такого типа - это улучшение системы теплообмена и тем самым повышение эффективности всего котла.

Известен отопительный котел, содержащий корпус в виде водяной рубашки, топочное и газоходное пространство, в котором теплообменный элемент имеет Г-образную форму с различной величиной поперечного сечения (см. патент RU 2169317, опубл. 26.02.2001 г.).

Недостатком известного котла является низкая эффективность теплопередачи, т.к. гладкая поверхность теплообменника позволяет нагретым газам свободно проходить в дымоход.

Известен водогрейный котел для газового топлива, который содержит раздельные топочную и конвективную камеры, коллекторы с трубами и отличается тем, что вертикальные и горизонтальные трубы последовательно соединены между собой (см. полезную модель RU 19413, опубл. 20.06.2001 г.).

Недостатком известного котла является отсутствие сплошной массы нагреваемой воды и, соответственно, неинтенсивная конвекция, что делает такие виды теплообмена неэффективными применительно к котлам в системах с естественной циркуляцией.

Наиболее близким к заявленному изобретению является отопительный газовый котел, содержащий топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы (см. патент Украины 39489 А, опубл. 15.06.2001 г.). Наличие дополнительной кассеты из трубок улучшает эффективность теплопередачи по сравнению с приведенными выше аналогами.

Недостатком вышеуказанного котла является имеющееся поперечное препятствие при переходе газового потока из топки в дымоотводные трубки, а также отсутствие возможности поперечного перемещения и конвекции нагретых газов, что снижает эффективность процесса теплообмена. Кроме того, эти дополнительные элементы значительно усложняют конструкцию и технологию изготовления котла, что является одним из важных факторов для котлов массового, в том числе бытового, назначения.

Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции, улучшение технологичности изготовления, повышение производительности, эффективности и интенсивности теплообмена за счет увеличения площади поверхности теплопередачи, сплошной конвекции воды во всем объеме теплообменника, а также турбулизации газового потока.

Дополнительная эффективность теплообмена достигается за счет выполнения углублений в стенках желобов, позволяющих увеличить площадь поверхности теплопередачи и вызвать турбулизацию потока горячих газов, а выполнение поперечных каналов, соединяющих соседние части водяной рубашки, позволяет создать поперечный конвекционный обмен.

Кроме того, особенности конструкции горелки, в частности узкие поперечные прорези для выхода газа на тонкостенной огневой поверхности, улучшают процесс горения.

Задача достигается за счет того, что в отопительном газовом котле, содержащем топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы, теплообменные полости, расположенные внутри водяной рубашки, выполнены в виде вертикальных желобов, сужающихся в направлении хода дымовых газов наклоном их боковых стенок, причем передняя и задняя стенки каждого желоба имеют углубления внутрь желоба, через который проходят дымовые газы, в каждом желобе выполнены поперечные каналы, соединяющие между собой соседние части водяной рубашки, а газовая горелка выполнена из стали толщиной в пределах 0,3-0,5 мм и имеет огневую поверхность с поперечными пазами в виде сквозных прорезей, ширина которых меньше длины не менее чем в десять раз.

Углубления на передней и задней стенках желобов могут иметь сферическую форму.

Ширина прорезей на огневой поверхности горелки может относиться к длине в соотношении не менее чем 1:25.

На фиг.1 и 2 представлен общий вид котла.

Фиг.3 - конструкция горелки.

Предлагаемый отопительный газовый котел имеет в нижней части топку 1 с поддоном. В пространстве топки 1 расположена газовая горелка 2. Корпус-теплообменник 3, который также является корпусом котла, представляет собой бак, заполненный нагреваемой водой, в виде водяной рубашки, как показано на поперечном разрезе (фиг.2). С корпусом-теплообменником 3 соединена система воздуховодных и дымоходных каналов. В качестве теплообменных полостей использованы желоба 4. Стенки 5 желобов 4 имеют углубления 6, выполненные в виде локальных прогибов листа стенки, направленные внутрь желобов 4. Это, во-первых, увеличивает площадь поверхности теплопередачи, кроме того, происходит турбулизация и замедление потока горячих газов, что также улучшает процесс теплопередачи в котле. Боковые стенки 7 желобов 4 имеют наклон к середине, поэтому каждый желоб 4 имеет сужение в верхнем направлении, что также увеличивает поверхность теплообменной полости, и замедляет скорость прохода горячих газов, что тоже создает дополнительный теплообменный эффект. Поперек каждого желоба 4, между стенками 5, имеются каналы 8, выполненные, в частности, в виде труб, через которые соседние части 9 водяной рубашки, заполненные подогреваемой водой, соединяются между собой. Их наличие, кроме дополнительной турбулизации газов и увеличения теплообменной поверхности, создает возможность перемещения нагреваемой воды не только вдоль частей 9 водяной рубашки корпуса теплообменника 3, но и в поперечном направлении, что улучшает конвекцию во всем объеме теплообменника. Расположенная в топке газовая горелка 2 имеет в верхней части огневую поверхность, изготовленную из листовой тонкостенной стали, стойкой к сильному нагреву и коррозийным процессам, толщина листа в пределах 0,3-0,5 мм. Конструкция горелки 2 показана на фиг. 3. На огневой поверхности 10 имеются поперечные пазы 11 для выхода газа и формирования пламени. Пазы 11 представляют собой сквозные прорези на всю ширину огневой поверхности 10, либо не доходящие до ее края. Такое расположение пазов 11 при наличии тонкой стенки огневой поверхности 11 создает наиболее устойчивый и равномерный факел пламени горящего газа. В отопительном газовом котле на передней и задней стенках 5 (фиг.2) углубления 6 могут иметь сферическую форму прогиба листа стенки. Подобная конструкция углублений 6 может быть изготовлена технологией штамповки, не внося при этом значительного усложнения в технологию изготовления котла. На огневой поверхности 10 горелки пазы 11 имеют ширину значительно меньше длины в соотношении не менее чем один к двадцати пяти.

Отопительный газовый котел работает следующим образом.

Котел, установленный в помещении, входным и выходным патрубками соединяется с системой отопления или водоснабжения и заполняется водой, горелка посредством стандартных компонентов подключается к газовой сети. Каналы для входа воздуха и выхода дыма соединяются с наружной атмосферой через отверстие в стене отапливаемого помещения. Затем разжигается горелка 2. При сгорании топлива выделяется тепло, которое от продуктов сгорания через поверхности корпуса-теплообменника 3 передается теплоносителю, вследствие чего в контуре системы отопления возникает циркуляция теплоносителя и тепло передается в отапливаемое помещение. Вода, служащая теплоносителем, проходя между желобами 4, которые являются теплообменными полостями, нагревается от тепла поднимающихся от горелки по желобам горячих дымовых газов, при этом горячие газы огибают локальные выступы на поверхности стенок желобов. Это, во-первых, увеличивает площадь поверхности теплопередачи, кроме того, происходит турбулизация и замедление потока горячих газов, что также улучшает процесс теплопередачи в котле. Количество тепла, производимое котлом, регулируется подачей топлива в горелку, что может быть осуществлено автоматически с помощью датчиков температуры теплоносителя, а соответственно и воздуха в отапливаемом помещении. Для окончания работы котла необходимо выполнить соответствующие операции в обратной последовательности.

Таким образом, турбулизация газового потока в котле при прохождении горячих продуктов сгорания через теплообменник приводит к интенсификации теплообмена между продуктами сгорания и поверхностями теплообменника.

На основе данного предлагаемого изобретения разработан промышленный образец газового отопительного котла и в настоящее время начат серийный выпуск на ЗАО "Машзавод" такого котла модели "АОГВ-7,4".

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Отопительный газовый котел содержит топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы. Теплообменные полости, расположенные внутри водяной рубашки, выполнены в виде вертикальных желобов, сужающихся в направлении хода дымовых газов наклоном их боковых стенок, причем передняя и задняя стенки каждого желоба имеют углубления внутрь желоба, через который проходят дымовые газы, в каждом желобе выполнены поперечные каналы, соединяющие между собой соседние части водяной рубашки, а газовая горелка выполнена из стали толщиной в пределах 0,3-0,5 мм и имеет огневую поверхность с поперечными пазами в виде сквозных прорезей, ширина которых меньше длины не менее чем в десять раз. Изобретение позволяет упростить конструкцию, улучшить технологичность изготовления котла, а также повысить производительность, эффективность и интенсивность теплообмена. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Отопительный газовый котел, содержащий топку с газовой горелкой, корпус-теплообменник с водяной рубашкой, газоходный и дымоходный каналы, отличающийся тем, что теплообменные полости, расположенные внутри водяной рубашки, выполнены в виде вертикальных желобов, сужающихся в направлении хода дымовых газов наклоном их боковых стенок, причем передняя и задняя стенки каждого желоба имеют углубления внутрь желоба, через который проходят дымовые газы, в каждом желобе выполнены поперечные каналы, соединяющие между собой соседние части водяной рубашки, а газовая горелка выполнена из стали толщиной в пределах 0,3-0,5 мм, и имеет огневую поверхность с поперечными пазами в виде сквозных прорезей, ширина которых меньше длины не менее чем в десять раз. 2. Отопительный газовый котел по п. 1, отличающийся тем, что углубления на передней и задней стенках желобов имеют сферическую форму. 3. Отопительный газовый котел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ширина прорезей на огневой поверхности горелки относится к длине в соотношении не менее чем 1: 25.