СЕКЦИОННЫЙ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ ИЗ ЧУГУНА ИЛИ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F24H1/32 

Настоящее изобретение относится к секционному отопительному котлу из чугуна или алюминия, прежде всего к конденсационному котлу (котлу с утилизацией теплоты конденсации уходящих газов), согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Подобные секционные отопительные котлы состоят из нескольких цельнолитых секций, которые расположены последовательно одна за другой и сообщаются между собой через отверстия в соединяющих их бобышках. При этом вода проходит на участке между присоединением для обратной линии и присоединением для подводящей линии по образованным секциями котла водяным каналам и узким водяным проходам. Секционные отопительные котлы указанного в начале описания типа обычно имеют нижнее присоединение для обратной линии и расположенное сверху присоединение для подводящей линии, каждое из которых преимущественно расположено в соответствующей бобышке. Высоконагретые дымовые газы, образующиеся в топочной камере (топочном пространстве), проходят из нее через сообщающиеся с ней газоходы к патрубку для трубопровода уходящих газов и на этом своем пути отдают тепло котловой воде.

Во всех известных в настоящее время котлах подобного типа образующие их секции расположены последовательно одна за другой. Котел состоит, в частности, из кольцевой передней секции, на которой может быть закреплена ведущая в топочную камеру дверца или пластина с горелками, из одной или нескольких в зависимости от нагрузки котла средних секций одинаковой конструкции, а также из задней секции. При этом топочная камера проходит через переднюю секцию и средние секции до задней секции, которая будучи выполнена в виде крышки образует стенку топочной камеры. Все секции котла в подобных вариантах его выполнения имеют одинаковые наружные размеры, поскольку они по всему поперечному сечению котла образуют части топочной камеры, газоходов и водяного пространства. Помимо этого известны также котлы, рассчитанные на небольшую нагрузку и состоящие поэтому только из двух секций или даже только из одной секции.

С точки зрения отвода уходящих (дымовых) газов и коэффициента полезного действия отопительных котлов различают технику использования низшей теплоты сгорания топлива и технику максимального использования теплоты сгорания топлива (технику с утилизацией теплоты конденсации уходящих газов). По причине экономии энергии все более широкое применение находят конденсационные отопительные котлы. Конструкция их теплообменника обеспечивает возможность охлаждения образующихся в процессе работы котла при сжигании топлива и воздуха влажных уходящих газов до температуры ниже их точки росы. При этом влага, содержащаяся в уходящих газах, выделяется из них в виде конденсата, и воде-теплоносителю дополнительно к физическому теплу передается теплота конденсации.

При использовании в качестве конденсационного отопительного котла особое внимание должно уделяться выбору материалов для его изготовления, поскольку из-за состава используемого топлива и особенностей режима его сгорания уходящие (дымовые) газы содержат вредные вещества, а выделяющийся конденсат содержит различные кислоты в небольшой концентрации. Поэтому соприкасающиеся с конденсатом конструктивные элементы, такие как поверхности нагрева, коллектор уходящих газов и трубопровод уходящих газов, должны обладать кислотостойкостью, в связи с чем подобные конструктивные элементы принято изготавливать из высококачественной стали, алюминия или пластмассы. Особенно в технике максимального использования теплоты сгорания жидкого топлива обычно используются сварные теплообменники из высококачественной стали, которые, например, описаны также в DE 102004023711 B3 и выполнены в виде змеевиков. Преимущество таких теплообменников состоит в наличии у них способности выдерживать воздействие кислот без возникновения коррозии. К недостаткам подобных теплообменников следует отнести их высокую стоимость, связанную с высокой стоимостью используемых для их изготовления материалов, а также прежде всего в случае сварных конструкций из листового металла неблагоприятные возможности пропорционального изменения их размеров и большие габариты, осложняющие их монтаж в условиях ограниченного пространства.

Теплообменники обычных отопительных котлов (нагревательных устройств) часто изготавливают из чугуна. Такие теплообменники обладают высокой эксплуатационной надежностью и длительным сроком службы. Их конструкция, состоящая из обычно идентичных литых секций, обеспечивает возможность их рентабельного изготовления и возможность легкого пропорционального изменения их размеров для согласования с различной нагрузкой, а также предоставляет хорошие возможности для монтажа даже в условиях ограниченного монтажного пространства. Указанный материал - чугун - очень хорошо выдерживает непродолжительные фазы конденсации влаги из уходящих газов на начальном этапе работы и при холодном теплообменнике. Лишь для работы в режиме с максимальным использованием теплоты сгорания топлива и с дольше продолжающимся выделением конденсата чугун в сегодняшних своих форме и виде не пригоден.

Из DE 29621817 U1 известен далее конденсационный котел с интегрированным и гидравлически последовательно подсоединенным компактным теплообменником из коррозионно-стойкого материала. Такой компактный теплообменник в виде отдельного конструктивного элемента окружен двумя секциями котла и имеет отдельные присоединения для водопроводов. Недостаток всех котлов с последовательно подсоединенным теплообменником состоит в повышении затрат на монтаж из-за необходимости использовать дополнительные трубные детали и в увеличении сопротивления потоку воды (гидродинамического сопротивления). Размещение теплообменника в виде отдельного, располагаемого снаружи конструктивного элемента связано также с потерями от его охлаждения, для сокращения которых приходится предусматривать приемлемую теплоизоляцию.

В основу изобретения была положена задача оптимизировать секционный отопительный котел из чугуна или алюминия прежде всего касательно придания ему компактности и повышения эксплуатационной надежности.

Указанная задача решается согласно изобретению в секционном отопительном котле из чугуна или алюминия, прежде всего в котле с утилизацией теплоты конденсации уходящих газов, состоящем из в основном кольцевых секций, которыми являются передняя секция (1), имеющая форму крышки задняя секция (2) и по меньшей мере одна средняя секция (3), которые образуют топочную камеру (4) с в основном охватывающими ее газоходами для прохода высоконагретых дымовых газов и кольцевые водяные полости (5) которых соединены между собой отверстиями в бобышках (6, 6'), и имеющим нижнее присоединение для обратной линии и верхнее присоединение для подающей линии, а также по меньшей мере два стяжных стержня (11), скрепляющих между собой секции в единый блок, тем, что в качестве газоходов для прохода высоконагретых дымовых газов между каждыми двумя соседними между собой секциями (1, 2, 3) предусмотрено по кольцевой щели (7), каждая из которых проходит начиная от топочной камеры (4) примерно радиально наружу и оканчивается в коллекторе (8) уходящих газов с радиально наружной стороны секций.

При этом возможны различные варианты выполнения щели.

Для образования кольцевой щели (7) две соседние между собой секции (1, 2, 3) имеют взаимосогласованную геометрию, кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по прямой под прямым углом к центральной оси топочной камеры (4),или кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по изогнутой линии, или кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по прямой под наклоном к центральной оси топочной камеры (4, или кольцевая щель (7) проходит в радиальном направлении наружу по волнообразной линии.

Кроме того, ширина и/или свободное сечение кольцевой щели (7) на участке от топочной камеры (4) до выхода с радиально наружной стороны секций (1, 2, 3) уменьшаются/уменьшается, контактирующие с высоконагретыми дымовыми газами поверхности секций (1, 2, 3), но по меньшей мере образующие щель (7) поверхности снабжены антикоррозионным покрытием. Коллектор (8) уходящих газов с радиально наружной стороны секций (1, 2, 3), в котором оканчиваются кольцевые щели (7), в виде полого цилиндра охватывает наружные боковые поверхности секций (1, 2, 3) и снаружи ограничен кожухом (9), который герметично закреплен между выступающими радиально наружу кольцевыми ребрами (10), предусмотренными с наружной стороны передней и задней секций (1, 2). Два стяжных стержня (11), скрепляющих между собой секции в единый блок, пропущены через отверстия в бобышках (6, 6').

Для скрепления между собой секций в единый блок предназначены/предназначена расположенные/расположенная в отверстиях в бобышках (6, 6') труба для питания обратной водой и/или труба для отбора прямой воды.

Для образования контура однократной принудительной циркуляции воды на участке между присоединениями для подающей и обратной линий отверстия в верхних и нижних бобышках (6, 6') попеременно закрыты заглушками (12), которые расположены на стяжных стержнях (11), на трубе для питания обратной водой и/или на трубе для отбора прямой воды.

В каждой секции (1, 2, 3) для соблюдения точного размера щели между двумя соседними секциями (1, 2, 3) предусмотрены по меньшей мере две отражающие размеры необработанной отливки и погрешности ее размеров и формы центрирующие точки или поверхности (13), которые являются определяющими для механической обработки уплотняющих, соответственно соприкасающихся поверхностей на бобышках (6, 6').

Предлагаемое в изобретении решение позволяет получить секционный отопительный котел, который в наибольшей степени пригоден для работы в условиях максимального использования теплоты сгорания топлива и в конструкции которого целенаправленно используются положительные качества чугуна или алюминия в качестве конструкционного материала для достижения высоких теплопередающих свойств, а также для придания котлу компактности и обеспечения его эксплуатационной надежности. Помимо этого обеспечивается защита от вызывающих коррозию нагрузок. Кроме того, самб антикоррозийное покрытие согласно изобретению не только просто наносить и контролировать, но и оно защищено в щелях от возможных механических воздействий. Наряду с простотой изготовления преимущество секционной конструкции отопительного котла состоит также в возможности варьировать его длину путем добавления дополнительных средних секций, регулируя ее в соответствии с требуемой мощностью топки и мощностью теплообменника. Несмотря на это все расположенные с торцов конструктивные компоненты, а также все соединения в водяном контуре остаются неизменными. При этом варьируется лишь длина охватывающего коллектор уходящих газов кожуха. Поскольку уходящие газы имеют сравнительно низкую температуру, кожух можно даже изготавливать из пластмассы.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - общий вид в аксонометрии секционного отопительного котла из чугуна или алюминия с частичным разрезом в верхней части,

на фиг.2 - вид в вертикальном продольном разрезе половины всего блока секций котла и

на фиг.3 - вид в аксонометрии средней секции.

Секционный отопительный котел состоит в основном из кольцевых секций, а именно: из передней секции 1, из имеющей форму крышки задней секции 2 и нескольких средних секций 3. Все такие секции образуют топочную камеру 4, а их кольцевые водяные полости 5 соединены между собой отверстиями в бобышках 6, 6'.

В качестве газоходов для прохода высоконагретых дымовых газов между каждыми двумя соседними между собой секциями 1, 2, 3 предусмотрено по кольцевой щели 7, каждая из которых проходит начиная от топочной камеры (топочного пространства) 4 примерно радиально наружу и оканчивается в коллекторе 8 уходящих газов: Для образования кольцевой щели 7 по две соседние секции 1, 2, 3 имеют взаимосогласованную геометрию. В показанном на чертежах примере секции 1, 2, 3 выполнены с выпукло-вогнутым профилем и образуют между собой четыре радиально изогнутые, кольцевые щели 7.

Коллектор 8 уходящих газов в виде полого цилиндра охватывает наружные боковые поверхности секций 1, 2, 3 и снаружи ограничен кожухом 9, который герметично закреплен между выступающими радиально наружу кольцевыми ребрами 10, предусмотренными с наружной стороны передней и задней секций 1, 2.

Секции скреплены между собой в единый блок двумя стяжными стержнями 11, пропущенными через отверстия в бобышках 6, 6'. На стержнях закреплены дисковидные заглушки 12, которые попеременно закрывают отверстия в верхних и нижних бобышках 6, 6' для образования таким путем контура однократной принудительной циркуляции воды на участке между присоединениями для подающей и обратной линий.

Помимо этого в каждой секции 1, 2, 3 для соблюдения точного размера щели между двумя соседними секциями 1, 2, 3 на прилитых выступах расположены три центрирующие поверхности 13, назначение которых состоит в том, чтобы точно определять на их основании фактические размеры после процесса литья и использовать их для обработки секций в зоне их бобышек.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в отопительных котлах. Предлагается секционный отопительный котел из чугуна или алюминия, состоящий из кольцевых секций, которыми являются передняя секция, имеющая форму крышки, задняя секция и по меньшей мере одна средняя секция, которые образуют топочную камеру с охватывающими ее газоходами для прохода высоконагретых дымовых газов, и кольцевые водяные полости секций соединены между собой отверстиями в бобышках, имеют нижнее присоединение для обратной линии и верхнее присоединение для подающей линии, а также по меньшей мере два стяжных стержня, скрепляющих между собой секции в единый блок. В основу изобретения была положена задача оптимизировать подобный секционный отопительный котел прежде всего касательно придания ему компактности и повышения эксплуатационной надежности. Указанная задача решается благодаря тому, что в качестве газоходов для прохода высоконагретых дымовых газов между каждыми двумя соседними между собой секциями предусмотрено по кольцевой щели, каждая из которых проходит начиная от топочной камеры примерно радиально наружу и оканчивается в коллекторе уходящих газов с радиально наружной стороны секций. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Секционный отопительный котел из чугуна или алюминия, прежде всего котел с утилизацией теплоты конденсации уходящих газов, состоящий из в основном кольцевых секций, которыми являются передняя секция (1), имеющая форму крышки задняя секция (2) и по меньшей мере одна средняя секция (3), которые образуют топочную камеру (4) с в основном охватывающими ее газоходами для прохода высоконагретых дымовых газов, и кольцевые водяные полости (5) которых соединены между собой отверстиями в бобышках (6, 6'), и имеющий нижнее присоединение для обратной линии и верхнее присоединение для подающей линии, а также по меньшей мере два стяжных стержня (11), скрепляющих между собой секции в единый блок, отличающийся тем, что в качестве газоходов для прохода высоконагретых дымовых газов между каждыми двумя соседними между собой секциями (1, 2, 3) предусмотрено по кольцевой щели (7), каждая из которых проходит, начиная от топочной камеры (4), примерно радиально наружу и оканчивается в коллекторе (8) уходящих газов с радиально наружной стороны секций.

2. Секционный отопительный котел по п.1, отличающийся тем, что для образования кольцевой щели (7) по две соседние между собой секции (1, 2, 3) имеют взаимосогласованную геометрию.

3. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по прямой под прямым углом к центральной оси топочной камеры (4).

4. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по изогнутой линии.

5. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая щель (7) проходит радиально наружу по прямой под наклоном к центральной оси топочной камеры (4).

6. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая щель (7) проходит в радиальном направлении наружу по волнообразной линии.

7. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что ширина и/или свободное сечение кольцевой щели (7) на участке от топочной камеры (4) до выхода с радиально наружной стороны секций (1, 2, 3) уменьшаются/уменьшается.

8. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что контактирующие с высоконагретыми дымовыми газами поверхности секций (1, 2, 3), но по меньшей мере образующие щель (7) поверхности снабжены антикоррозионным покрытием.

9. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что коллектор (8) уходящих газов с радиально наружной стороны секций (1, 2, 3), в котором оканчиваются кольцевые щели (7), в виде полого цилиндра охватывает наружные боковые поверхности секций (1, 2, 3) и снаружи ограничен кожухом (9), который герметично закреплен между выступающими радиально наружу кольцевыми ребрами (10), предусмотренными с наружной стороны передней и задней секций (1, 2).

10. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что два стяжных стержня (11), скрепляющих между собой секции в единый блок, пропущены через отверстия в бобышках (6, 6').

11. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что для скрепления между собой секций в единый блок предназначены/предназначена расположенные/расположенная в отверстиях в бобышках (6, 6') труба для питания обратной водой и/или труба для отбора прямой воды.

12. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что для образования контура однократной принудительной циркуляции воды на участке между присоединениями для подающей и обратной линий отверстия в верхних и нижних бобышках (6, 6') попеременно закрыты заглушками (12), которые расположены на стяжных стержнях (11), на трубе для питания обратной водой и/или на трубе для отбора прямой воды.

13. Секционный отопительный котел по п.1 или 2, отличающийся тем, что в каждой секции (1, 2, 3) для соблюдения точного размера щели между двумя соседними секциями (1, 2, 3) предусмотрены по меньшей мере две отражающие размеры необработанной отливки и погрешности ее размеров и формы центрирующие точки или поверхности (13), которые являются определяющими для механической обработки уплотняющих, соответственно соприкасающихся поверхностей на бобышках (6, 6').