ОТОПИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК F24H1/24 

Изобретение касается теплоэнергетики, а именно водонагревательных установок для систем отопления домов, сооружений и жилых помещений.

Известный, выбранный за прототип водогрейный котел (патент UA N 24492, кл. F 24 H 1/22; F 24 Н 1/32, опубл. 30.10.98 г.) имеет топочную камеру, в которой вставлены теплообменные секции, которые образуют между собой газоходы переменного сечения, а также коллектор, соединенный с теплообменными секциями, размещенными в нижней части топочной камеры, и имеют в поперечном разрезе форму прямоугольных треугольников по краям и равнобедренных между ними, а газоход со стороны выхода конвективных газов имеет форму трапеции, при этом собирающий и раздаточный коллектор выполнен в виде короба, боковая часть которого является основой теплообменных секций, а сам коллектор подключен параллельно к общей системе котла.

Недостатком этого отопительного котла является то, что размещение теплообменных секций очень близко к горелке будет способствовать контакту пламени горелки с секциями теплообменника и приведет к неполному сгоранию природного газа, снижению КПД котла, значительному образованию осадков продуктов сгорания. Кроме этого усложняется чистка теплообменных секций от осадков продуктов сгорания, а также имеются сложности в технологии изготовления отопительного котла. К недостаткам следует отнести и то, что секции котла исполнены в виде прямоугольных треугольников по краям и равнобедренного между ними и не обеспечивают равномерного температурного градиента в разрезе потока газов, и это не дает возможности максимально использовать тепло отходящих газов.

В основу изобретения поставлена задача разработки конструкции обогревательного аппарата, которая позволяет увеличить интенсивность теплообмена, снизить температуру отходящих газов, упростить чистку поверхностей от осадков продуктов сгорания, обеспечить простоту технологии изготовления, уменьшить материалоемкость, упростить конструкцию и увеличить КПД отопительного аппарата.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в заявленном отопительном аппарате имеется корпус с водяной рубашкой, которая охватывает топку и газоход, причем согласно изобретению в верхней части отопительного аппарата размещен теплообменник в виде трубного блока с трубами прямоугольного или квадратного сечения с турбулизаторами, при этом разница между площадями в разрезе трубы теплообменника и турбулизатора по отношению к площади сечения газоотводящего патрубка составляет 1,2-1,6.

Согласно второму пункту изобретения элементы турбулизаторов установлены под углом 90° к потоку газов сгорания, что исключает образование застойных зон, увеличивает эффективность теплопередачи, повышает КПД отопительного аппарата и позволяет уменьшить его габариты и вес.

Согласно третьему пункту формулы турбулизаторы на стержнях свободно вставлены в трубы теплообменника в количестве от 2 до 12, это обеспечивает легкую чистку труб от осадков продуктов сгорания. Кроме этого турбулизаторы, не изменяя скорости потока газов, увеличивают их путь, усредняют температурный градиент потока в сечении каждой трубы трубного блока и снижают температуру отходящих газов в дымоходе отопительного аппарата до 150°С.

Наличие этих признаков позволяет сделать вывод о новизне заявляемого решения.

Данные отличительные признаки не вытекают логическим путем из современного уровня развития отопительных установок для систем водяного отопления домов, сооружений и бытовых помещений, а получены за счет творческого решения технической задачи исполнения трубного блока и турбулизаторов определенной формы, их размещения в отопительной камере и между собой на оптимальном расстоянии.

Эффективность и оригинальность указанных отличий находятся в тесной связи с достигаемьм техническим результатом.

Простота формы трубного блока и турбулизаторов обеспечивает простоту конструкции отопительного аппарата при изготовлении.

В сравнении с прототипом заявленное решение позволяет:

- увеличить интенсивность теплообмена;

- повысить КПД;

- снизить затраты газового топлива;

- уменьшить материалоемкость;

- упростить конструкцию теплообменного узла в сравнении с теплообменньми секциями, которые имеют в сечении форму разных треугольников;

- обеспечить простоту технологии изготовления;

- снизить температуру отходящих газов в дымоходе до 150°С;

- упростить чистку поверхностей от осадков продуктов сгорания.

Возможная практическая реализация такой конструкции отопительного аппарата позволяет сделать вывод о соответствии ее критерию “промышленная пригодность”.

На фиг.1 изображен вид отопительного аппарата; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Отопительный аппарат (фиг.1) - это стальной цельносварной корпус 1, верхняя часть которого закрыта съемной крышкой 2, на задней стенке корпуса установлен дымоход 3, в нижней части топки 10 газовая горелка 4. Пространство между наружными и внутренними стенками корпуса заполнено водой. На задней стенке корпуса приварены патрубки 5, 6, которые соединяют отопительный аппарат с отопительной системой. В середине корпуса, в верхней его части размещен трубный блок 7 с трубами прямоугольного сечения, в трубах которого на съемных стержнях 8 вставлены турбулизаторы 9, которые увеличивают коэффициент теплопередачи от газов к теплоносителю (воде).

Отопительный аппарат (фиг.1) работает следующим образом. Газовое топливо поступает на горелку 4, которая размещена в топке 10 отопительного аппарата (фиг.1). В процессе сгорания газового топлива образованная тепловая энергия передается теплоносителю световым излучением на боковые и верхнюю стенки топки, которые размещены на предельно допустимом расстоянии от пламени горелки, и продуктами сгорания, которые поступают в трубный блок 7 с трубами прямоугольного сечения, с установленными в них на съемных стержнях турбулизаторами 9.

Конструкция трубного блока и геометрические размеры турбулизаторов обеспечивают образование турбулентного потока с эффективной передачей тепловой энергии к теплоносителю (воде), исключают образование застойных зон, увеличивают КПД отопительного аппарата.

Отвод продуктов сгорания осуществляется через дымоход 3, который размещен в задней стенке отопительного аппарата (фиг.1).

Изобретение предназначено для применения в теплоэнергетике, а именно в водонагревательных установках для систем отопления домов, сооружений и жилых помещений. Отопительный аппарат имеет корпус с водяной рубашкой, которая охватывает топку и газоход, в верхней части отопительного аппарата размещен теплообменник в виде трубного блока с трубами прямоугольного или квадратного сечения с турбулизаторами, при этом разница между площадями в разрезе трубы теплообменника и турбулизатора по отношению к площади сечения газоотводящего патрубка составляет 1,2-1,6, турбулизаторы свободно вставлены в трубы на стержнях с количеством элементов от 2 до 12 , а элементы турбулизаторов размещены под углом 90° к потоку газов сгорания. Изобретение позволяет увеличить интенсивность теплообмена, снизить температуру отходящих газов, упростить чистку поверхностей от осадков продуктов сгорания, обеспечить простоту технологии изготовления, уменьшить материалоемкость, упростить конструкцию и увеличить КПД отопительного аппарата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Отопительный аппарат, который имеет корпус с водяной рубашкой, которая охватывает топку и газоход, отличающийся тем, что в верхней части отопительного аппарата размещен теплообменник в виде трубного блока с трубами прямоугольного или квадратного сечения с турбулизаторами, при этом разница между площадями в разрезе трубы теплообменника и турбулизатора по отношению к площади сечения газоотводящего патрубка составляет 1,2-1,6.2. Отопительный аппарат по п.1, отличающийся тем, что элементы турбулизаторов размещены под углом 90° к потоку газов сгорания.3. Отопительный аппарат по п.2, отличающийся тем, что турбулизаторы на стержнях с количеством элементов от 2 до 12 свободно вставлены в трубы.