ТЕПЛООБМЕННИК ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F28D1/04 F24H1/00 

Изобретение относится к области отопления, в частности к отопительным устройствам, и может быть использовано в водо- и воздухонагревателях для подготовки транспортных средств к работе и обогрева пассажирских салонов, жилых и производственных помещений в условиях низких температур.

Известны котлы жидкостных подогревателей с наружной жидкостной рубашкой, как прямоточные, так и с разворотом направления газов, которые могут быть жаротрубными и водотрубными (Николаев Л.А., Сташевич А.П. и Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. М.: «Машиностроение», 1977, с.42). Недостатком представленных девяти типов котлов является неполное сгорание топлива и выброс в атмосферу большого количества вредных веществ, таких как оксид углерода, сажа, из-за непосредственного контакта продуктов сгорания с холодными стенками котла-теплообменника.

Известен теплообменник для автомобильного отопителя, содержащий наружный и внутренний корпусы в виде горшка с расположенными в направлении продольной оси корпуса периферийными стенками и днищами, между которыми выполнена проточная камера для нагреваемой текучей среды. Внутренний корпус на участке своей периферийной стенки выполнен таким образом, что на наружной стороне периферийной стенки, обращенной к проточной камере для текучей среды, и на внутренней стороне периферийной стенки, обращенной к проточной камере для отработавших газов, образовано расположенное вдоль продольной оси винтообразное устройство с выпуклостями и прогибами. Такое устройство позволяет существенно увеличить площадь теплообмена, интенсифицировать теплопередачу за счет турбулизации газового потока и тем самым повысить эффективность котла (патент RU №2264925 С1. Теплообменник для отопителя, в частности для автомобильного отопителя. - МПК⁷: В60Н 1/22. - 27.11.2005. Бюл. №33). Недостатком известного устройства является сложность конструкции теплообменника.

Известен котел жидкостного отопителя, выполненный в виде теплообменника, имеющего наружную жидкостную рубашку, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны его днища, образующую с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал, в последней расположена внутренняя жидкостная рубашка, выполненная в виде трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале вокруг жаровой трубы, оси которых параллельны оси котла, а также патрубок вывода продуктов сгорания, патрубок ввода/вывода со стороны днища котла, сообщающийся через коллектор с наружной и внутренней жидкостными рубашками, патрубок вывода/ввода со стороны передней части, соединенный с внутренней жидкостной рубашкой через кольцевой коллектор, и фланец крепления горелочного устройства (патент RU №62172 на полезную модель «Котел жидкостного отопителя (варианты)». - МПК: F02N 17/02, F02N 17/04/ - 2007.03.27). Недостатком известного аналога является малая эффективность из-за низкой интенсивности теплопередачи в наружную и внутреннюю рубашки теплообменника.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является водогрейный котел, содержащий корпус с крышкой, закрепленную в центральной части крышки горелку, размещенные в корпусе водяной объем, топочную камеру, поворотную камеру дымовых газов и дымогарные трубы, сообщенные входными участками с поворотной камерой дымовых газов, а выходными - с коллекторами дымовых газов, связанными с дымовой трубой, водяной коллектор, расположенный в донной части котла, нагревательные элементы в виде труб, каждая из которых помещена с кольцевым зазором в дымогарную трубу, причем впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему воду трубопроводу, а выпускные - к водяному объему котла. В каналах, образованных кольцевыми зазорами между нагревательными элементами и дымогарными трубами, установлены турбулизаторы газового потока, поворотная камера дымовых газов образована днищами водяного объема и топочной камеры, впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему трубопроводу через водяной коллектор, а выпускные - непосредственно к водяному объему, при этом водяной коллектор образован днищами котла и топочной камеры, а коллектор дымовых газов - крышкой котла и обращенными к крышке поверхностями водяного объема (патент RU №2187763 С1. Водогрейный котел. - МПК⁷: F24H 1/00. - Опубл. 20.08.2002). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известного водогрейного котла, принятого за прототип, является наличие совмещенных дымогарных труб и турбулизаторов газового потока, что значительно усложняет конструкцию котла.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции теплообменника без снижения технического уровня эксплуатации системы отопления.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является упрощение конструкции и улучшение рабочих характеристик теплообменника.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном теплообменнике жидкостной системы отопления, содержащем корпус с крышкой, последняя в центральной части выполнена с гнездом для установки горелки, размещенные в корпусе жаровую трубу, последняя сообщается с поворотным коллектором дымовых газов, при этом жаровая труба образует с корпусом жидкостной объем, переднюю и заднюю трубные решетки, в которых закреплены дымогарные трубы, расположенные с зазором относительно корпуса и жаровой трубы, направленные входными участками в поворотный коллектор, а выходными - в кольцевой коллектор дымовых газов, сообщающийся с дымовой трубой, входную жидкостную камеру, размещенную между торцовыми стенками поворотного коллектора дымовых газов и корпуса, сообщающуюся с жидкостным объемом и патрубком подвода жидкости, и патрубок отвода жидкости, сообщающийся с жидкостным объемом, согласно предложенному техническому решению.

Торцовая стенка поворотного коллектора дымовых газов сопряжена с периферией передней трубной решетки и образует с корпусом кольцевой канал сообщения входной жидкостной камеры с жидкостным объемом, а кольцевой коллектор дымовых газов образован стенкой, концентричной жаровой трубе, соединенной с периферией задней трубной решетки и крышкой корпуса, которая, в свою очередь, образует с корпусом кольцевую жидкостную полость, охватывающую кольцевой коллектор дымовых газов, сообщающуюся с жидкостным объемом и патрубком отвода жидкости, при этом дымовая труба от кольцевого коллектора проходит через кольцевую жидкостную полость.

В жаровой трубе расположен кольцевой стабилизатор догорания топливно-воздушной смеси, установленный на уровне задней трубной решетки.

На дымогарных трубах выполнены интенсификаторы теплообмена.

На фиг.1 показана схема теплообменника жидкостной системы отопления, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1.

Теплообменник жидкостной системы отопления содержит корпус 1 с крышкой 2, последняя в центральной части выполнена с гнездом 3 для установки горелки (условно не показана), а с противоположной стороны присоединена жаровая труба 4, которая размещена в корпусе 1 и сообщается с поворотным коллектором 5 дымовых газов. Жаровая труба 4 образует с корпусом 1 жидкостной объем 6, ограниченный передней 7 и задней 8 трубными решетками, в которых закреплены дымогарные трубы 9, равномерно расположенные в жидкостном объеме 6 вокруг жаровой трубы 4, оси которых параллельны оси теплообменника (Фиг.1). Дымогарные трубы 9 расположены с зазорами ε₁ относительно корпуса 1 и ε₂ относительно жаровой трубы 4 и направлены входными участками в поворотный коллектор 5, а выходными - в кольцевой коллектор 10 дымовых газов, сообщающийся с дымовой трубой 11 (Фиг.2). Между торцовой стенкой 12 поворотного коллектора 5 дымовых газов и торцовой стенкой 13 корпуса 1 образована входная жидкостная камера 14, сообщающаяся с патрубком 15 подвода жидкости. Торцовая стенка 12 поворотного коллектора 5 дымовых газов сопряжена с периферией передней трубной решетки 7 и образует с корпусом 1 кольцевой канал 16 сообщения входной жидкостной камеры 14 с жидкостным объемом 6. Кольцевой коллектор 10 дымовых газов образован стенкой 17, концентричной жаровой трубе 4, соединенной с периферией задней трубной решетки 8 и крышкой 2 корпуса 1, которая, в свою очередь, образует с корпусом 1 кольцевую жидкостную полость 18, охватывающую кольцевой коллектор 10 дымовых газов, сообщающуюся с жидкостным объемом 6 и патрубком 19 отвода жидкости. При этом дымовая труба 11 от кольцевого коллектора 10 проходит через кольцевую жидкостную полость 18. В жаровой трубе 4 расположен кольцевой стабилизатор 20 догорания остатков топливно-воздушной смеси, установленный на уровне задней трубной решетки 8. На дымогарных трубах 9 выполнены интенсификаторы теплообмена (не показаны).

Работа теплообменника жидкостной системы отопления осуществляется следующим образом.

После заполнения системы отопления жидкостью, например водой, включают в работу циркуляцию жидкости в системе отопления и горелку отопителя. Жидкость из патрубка 15 поступает во входную жидкостную камеру 14, в которой жидкость подогревается от торцовой стенки 12 поворотного коллектора 5 дымовых газов, выходящих из жаровой трубы 4, и через кольцевой канал 16 перетекает в жидкостной объем 6, в котором происходит основной нагрев жидкости. Горячие дымовые газы от горелки проходят через жаровую трубу 4, стабилизатор 20 догорания остатков топливно-воздушной смеси и поворотный коллектор 5 дымовых газов, поступают в дымогарные трубы 9, выполненные с интенсификаторами теплообмена, стенки которых, нагреваясь от горячих дымовых газов, отдают полученное тепло ранее подогретой жидкости, циркулирующей в жидкостном объеме 6, в котором происходит основной нагрев жидкости путем непосредственного контакта горячих дымовых газов и нагреваемой жидкости через стенки дымогарных труб 9. Затем дымовые газы из дымогарных труб 9 перемещаются в кольцевой коллектор 10, а из последнего в дымовую трубу 11. По мере нагрева жидкости в жидкостном объеме 6 от жаровой трубы 4 и дымогарных трубы 9 жидкость перемещается в кольцевую жидкостную полость 18, охватывающую кольцевой коллектор 10 дымовых газов, выходящих из дымогарных труб 9, из которой нагретая жидкость отводится через патрубок 19 к потребителю.

Реализация заявляемого технического решения теплообменника жидкостной системы отопления позволяет осуществлять теплосъем от всего объема дымовых газов на всем пути их следования от горелки через жаровую трубу 4, поворотный коллектор 5, дымогарные трубы 9, кольцевой коллектор 10 и дымовую трубу 19.

Предложенный теплообменник жидкостной системы отопления позволяет значительно повысить эффективность теплообмена, уменьшить массу и упростить конструкцию.

Изобретение относится к области отопления и может быть использовано в водо- и воздухонагревателях. Теплообменник жидкостной системы отопления содержит корпус с крышкой с гнездом для установки горелки, с противоположной стороны присоединена жаровая труба, сообщающаяся с поворотным коллектором дымовых газов. Жаровая труба образует с корпусом жидкостной объем, ограниченный передней и задней трубными решетками, с закрепленными в них дымогарными трубами, равномерно расположенными вокруг жаровой трубы с зазорами относительно корпуса и жаровой трубы. Входные участки труб направлены в поворотный коллектор, а выходные - в кольцевой коллектор дымовых газов. Между торцовыми стенками поворотного коллектора дымовых газов и корпуса образована входная жидкостная камера, сообщающаяся с патрубком подвода жидкости. Торцовая стенка поворотного коллектора дымовых газов сопряжена с периферией передней трубной решетки и образует с корпусом кольцевой канал сообщения входной жидкостной камеры с жидкостным объемом. Кольцевой коллектор дымовых газов образован стенкой, концентричной жаровой трубе, соединенной с периферией задней трубной решетки и крышкой корпуса, которая, в свою очередь, образует с корпусом кольцевую жидкостную полость, охватывающую кольцевой коллектор дымовых газов, сообщающуюся с жидкостным объемом и патрубком отвода жидкости. При этом дымовая труба от кольцевого коллектора проходит через кольцевую жидкостную полость. Технический результат - упрощение конструкции и улучшение рабочих характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменник жидкостной системы отопления, содержащий корпус с крышкой, последняя в центральной части выполнена с гнездом для установки горелки, размещенные в корпусе жаровую трубу, последняя сообщается с поворотным коллектором дымовых газов, при этом жаровая труба образует с корпусом жидкостный объем, переднюю и заднюю трубные решетки, в которых закреплены дымогарные трубы, расположенные с зазором относительно корпуса и жаровой трубы, направленные входными участками в поворотный коллектор, а выходными - в кольцевой коллектор дымовых газов, сообщающийся с дымовой трубой, входную жидкостную камеру, размещенную между торцовыми стенками поворотного коллектора дымовых газов и корпуса, сообщающуюся с жидкостным объемом и патрубком подвода жидкости, и патрубок отвода жидкости, сообщающийся с жидкостным объемом, отличающийся тем, что торцовая стенка поворотного коллектора дымовых газов сопряжена с периферией передней трубной решетки и образует с корпусом кольцевой канал сообщения входной жидкостной камеры с жидкостным объемом, а кольцевой коллектор дымовых газов образован стенкой, концентричной жаровой трубе, соединенной с периферией задней трубной решетки и крышкой корпуса, которая, в свою очередь, образует с корпусом кольцевую жидкостную полость, охватывающую кольцевой коллектор дымовых газов, сообщающуюся с жидкостным объемом и патрубком отвода жидкости, при этом дымовая труба от кольцевого коллектора проходит через кольцевую жидкостную полость.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в жаровой трубе расположен кольцевой стабилизатор догорания топливно-воздушной смеси, установленный на уровне задней трубной решетки.

3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что на дымогарных трубах выполнены интенсификаторы теплообмена.