КОТЕЛ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ Российский патент 2015 года по МПК F24H1/08 

Котел нагревательный относится к области рекуперативной техники, преимущественно к системам отопления и горячего водоснабжения.

Известны отопительные и водогрейные котлы, в которых теплообменники выполнены в виде штампованных стальных секций, соединенных с входным и выходным коллекторами, установленными в теплоизоляционном кожухе [Ю.П.Соснин, Е.Н.Бухаркин: Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома; Москва, Стройиздат 1991, г. стр. 46-48, рис. 23].

Основными недостатками секционных котлов являются: большое гидравлическое сопротивление теплообменника, увеличивающееся с ростом числа секций, обеспечивающих, в зависимости от мощности, соответствующую поверхность нагрева, другим недостатком является высокое термическое сопротивление теплообменника, обусловленное низкой конвекцией продуктов горения, затрудняющей доступ воздуха в зону вторичного горения, что приводит к недожогу топлива, образованию сажи и других продуктов, имеющих высокое сопротивление тепловой и лучевой энергии, отложения которых на плоскостях секций увеличивают вторую составляющую термического сопротивления теплообменника.

Наиболее близким к изобретению является водогрейное устройство, в котором теплообменник состоит из входного и выходного коллекторов, соединенных пакетом труб, а в топочной камере установлен тепловой отражатель [Ю.П. Соснин, Е.Н.Бухаркин: Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома; Москва, Стройиздат 1991 г. стр. 67-68, рис. 40]. Этому устройству, ввиду большого числа и высокой плотности упаковки труб в пакете, затрудняющей процессы горения, присущи те же недостатки: высокие гидравлическое и термическое сопротивления теплообменника, снижающие кпд котлов.

Целью изобретения является снижение гидравлического и термического сопротивлений и в конечном счете увеличение к.п.д. котла.

Предложен котел нагревательный, содержащий теплообменник,входной и выходной коллекторы которого соединены между собой пакетом труб, и тепловой отражатель, установленный в топочной камере. С целью уменьшения гидравлического и термического сопротивлений теплообменника число и диаметры труб пакета и коллекторов выбирают из соотношения: $$n=d_k^2/d_{п}^2,$$ каждая из труб пакета изогнута в кривую линию, соответствующую затухающему по амплитуде и частоте колебательному процессу, а их плоскости симметрично наклонены к центральной оси входного коллектора под углом менее 90 градусов.

Кроме того, все стенки кожуха теплообменника наклонены внутрь, их внутренние поверхности облицованы луче- и теплоотражающим материалом, а выходной коллектор и выходной патрубок, установленный в средней точке коллектора под углом 45 градусов к вертикальной оси теплообменника, размещены в вертикальной части кожуха, образующей дымоход.

На фиг. 1 представлена конструкция котла в разрезе вертикальной плоскостью, проходящей через центр выходного коллектора и выходного патрубка.

На фиг. 2 представлен разрез конструкции плоскостью, проходящей через продольную ось выходного коллектора. Конструкция состоит из выходного 1, входного 2 коллекторов, выполненных из труб одного диаметра d_k, пакета труб 3, диаметр d_п которых и число их n в пакете определяется соотношением: $$n=d_k^2/d_{п}^2$$ , при этом все трубы пакета изогнуты в виде кривой линии, соответствующей затухающему по амплитуде и частоте колебательному процессу, а плоскости их, как видно из фиг. 2, симметрично наклонены слева и справа, относительно центра входного коллектора 2, на угол менее 90 градусов. На фиг. 1 и 2 представлены стенки кожуха 4 в разрезе взаимно перпендикулярными плоскостями, из которых видно, что все они наклонены внутрь и облицованы луче- и теплоотражающим материалом (на фиг. 1 и 2 заштрихованы). В верхней вертикальной части кожуха, облицованной луче- и теплоотражающим материалом и представляющей собой отводящую продукты горения трубу-дымоход, размещен выходной коллектор 1, средняя точка которого соединена с выходным патрубком 5 таким образом, что его центральная ось расположена под углом 45 градусов относительно вертикальной оси теплообменника. В нижней вертикальной части кожуха под пакетом труб расположена горелка 6, режим работы которой регулируется датчиком температуры 7, установленным в выходном коллекторе 1.

Работа устройства заключается в следующем. В исходном состоянии температура нагреваемой жидкости в коллекторах 1, 2 и в трубах пакета 3 имеет одинаковую величину, на устройстве управления горелкой 6 (на фиг. 1 и 2 не показано) задано требуемое значение температуры, которое должно поддерживаться в выходном коллекторе 1. При зажигании горелки 6 первая зона пламени, образованная первичным воздухом, проходит первую волну через увеличенные зазоры между трубами пакета, обусловленные симметричным наклоном плоскостей последних на угол менее 90 градусов, обеспечивающим сужение зазоров на каждой следующей волне их изгибов. Такое увеличение зазоров именно в самой холодной части труб практически не ухудшает условия горения факела и уменьшает конденсацию на ней водяного пара. В промежутках между первой и второй, второй и третьей и т.д. волнами, насыщенными вторичным воздухом, протекает вторая зона горения смеси в благоприятных условиях, а именно: минимальная конденсация паров, увеличение скорости конвекции, плотности потока смеси и продуктов горения без образования сажи, а также повышенная температура. Перечисленные факторы обусловлены наклоном внутрь всех стенок кожуха 4 и облицовкой их внутренней поверхности луче- и теплоотражающим материалом.

По мере приближения к дымоходу плотность и скорость потока продуктов горения возрастают, а зазоры между трубами пакета 3 уменьшаются, что способствует повышению теплообмена. Кроме того, при такой форме изгибов труб по мере приближения к выходному коллектору 1 увеличивается и вертикальная составляющая потока нагретой жидкости в трубах 3, уменьшая тем самым гидравлическое сопротивление теплообменника. При достижении в коллекторе 1 заданной температуры датчик 7 изменяет режим работы горелки 6.

Котел нагревательный относится к области рекуперативной техники, преимущественно к системам отопления и горячего водоснабжения. В описываемом котле достигается более высокий кпд за счет выполнения теплообменника, состоящего из входного, выходного коллекторов, выполненных из труб диаметром d_к и пакета соединительных труб диаметром d_п, количество последних выбирают из соотношения: $$n=d_k^2/d_{п}^2,$$ каждая из труб пакета изогнута в кривую линию, соответствующую затухающему по амплитуде и частоте колебательному процессу, а их плоскости симметрично наклонены к центральной оси входного коллектора под углом менее 90 градусов. Выходной коллектор и выходной патрубок, установленный в средней точке последнего и под углом 45 градусов к вертикальной оси теплообменника, размещены в вертикальной части кожуха, образующей дымоход, а все стенки кожуха, наклоненные внутрь, облицованы луче- и теплоотражающим материалом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Котел нагревательный, содержащий теплообменник, входной и выходной коллекторы которого соединены между собой пакетом труб, и тепловой отражатель, установленный в топочной камере, отличающийся тем, что с целью уменьшения гидравлического и термического сопротивлений теплообменника число и диаметры труб пакета и коллекторов выбирают из соотношения: $$n=d_k^2/d_{п}^2,$$ каждая из труб пакета изогнута в кривую линию, соответствующую затухающему по амплитуде и частоте колебательному процессу, а их плоскости симметрично наклонены к центральной оси входного коллектора под углом менее 90 градусов.

2. Котел по п. 1, отличающийся тем, что с целью повышения кпд все стенки кожуха теплообменника наклонены внутрь, их внутренние поверхности облицованы луче- и теплоотражающим материалом, а выходной коллектор и выходной патрубок, установленный в средней точке коллектора под углом 45 градусов к вертикальной оси теплообменника, размещены в вертикальной части кожуха, образующей дымоход.