СПОСОБ РАБОТЫ ОТОПИТЕЛЬНОГО КОТЛА В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F24D3/02 F24D3/10 F24D10/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах индивидуального отопления небольших жилых зданий, производственных и гаражных помещений в системе серийного использования котла, предназначенного для работы на природном или сжиженном газе прерывного или длительного горения.

Известны системы горячего водоснабжения, где в первом случае (Авторское свидетельство SU №579501, F24D 17/00 от 05.11.1977), система горячего водоснабжения зданий, содержащая контактно-поверхностный водонагреватель, бак-аккумулятор с насосом, подающий и циркуляционные трубопроводы, промежуточный контур с поверхностным теплообменником для нагрева исходной воды на две последовательные ступени, при этом система снабжена дополнительным поверхностным теплообменником для подогрева циркуляционной воды перед подачей ее в бак-аккумулятор.

Во втором случае (Авторское свидетельство SU №1211530, F24D 17/00 от 15.02.1986), система горячего водоснабжения, содержащая входной коллектор, подключенный параллельно через магистрали холодной, теплой и горячей воды и соответствующие водоразборные стояки к водозаборной и смесительно-водоразборной арматуре, причем стояки теплой и горячей воды соединены между собой кольцующими перемычками, магистраль горячей воды снабжена последовательно по ходу потока включенными через обратный клапан нагревателями первой и второй ступени в зоне между последним и клапаном подключена к напорному патрубку насоса, а магистраль теплой воды снабжена обратным клапаном и подсоединена за последним к всасывающему патрубку этого насоса и перепускному трубопроводу с регулятором температуры теплой воды, при этом система дополнительно содержит аккумулятор с входным и выходным трубопроводами, первый из которых снабжен регулятором температуры, а также включенной параллельно последнему байпасной линией с дроссельной диафрагмой, и подключен к входному коллектору, а выходной трубопровод аккумулятора соединен с магистралью горячей воды после нагревания второй ступени и с перепускным трубопроводом, снабженным автоматическим запорным устройством.

Однако недостатками аналогов являются то, что они предназначены в системе горячего водоснабжения для повышения температуры нагреваемой воды и воды, поступающей на промежуточный теплообменник, а значит, имеют сложную систему горячего водоснабжения. Кроме того, это также является и некоторой задержкой к неудобству в эксплуатации появления из-за водозаборной арматуры горячей воды по контуру обогрева с температурой, близкой к требуемому значению, после ее прохождения по всему контуру обогрева помещения или после некоторого перерыва в ее употреблении. В результате этого может, происходит не достаточный прогрев самого теплообменника с розжигом и связанного с контролем пламени, т.е. недостаточный прогрев стенок теплообменника при поступлении только теплой воды после циркуляции контура помещения и одновременно с подпиткой холодной воды в систему отопительного контура. Поэтому в теплообменнике может, происходит резкий перепад температур значительно ниже требуемой, что является опасным с точки зрения для современных напольных котлов одноконтурных только для отопления, с чугунным теплообменником с электронным розжигом и контролем пламени.

Другим аналогом можно принять способ работы котла для отопления и горячего водоснабжения, включающий подачу воздуха в топочную камеру, нагрев теплоносителя продуктами сгорания газа в теплообменнике контура отопления, отвод продуктов сгорания через патрубок удаления, подачу теплоносителя в буферную емкость, оснащенную теплообменником контура горячего водоснабжения, и далее в подающий трубопровод системы отопления, поступления остывшей воды в обратный трубопровод и оттуда в теплообменник контура отопления, при этом подачу воздуха в камеру сгорания совмещают с его подачей в герметичный корпус котла с подогревом за счет отвода части тепла с патрубком удаления продуктов сгорания и наружной поверхности теплообменника контура отопления, а отвод продуктов сгорания осуществляют одновременно эжекцией подогретого воздуха из герметичного корпуса (Патент RU №2452906, F24D 1/08 от 10.06.2012).

Недостатком данной работы котла является то, что в основном его назначение не только для отопления, но и для горячего водоснабжения. Исходя из этого аналога, является неудобство в эксплуатации, вызванное задержкой появления из водозаборной арматуры горячей воды с температурой, близкой к требуемому значению, после некоторого перерыва в ее потребления, т.е. происходит изменения нагрева воды при отоплении контура помещения. Кроме того, после указанного перерыва может, происходит или не догрев воды в теплообменнике, в результате чего теплообменник с температурой вначале значительно с вышей, затем получает температуру ниже выше требуемой, если подпитывать его холодной водой, что является опасным с точки зрения получения надежной эксплуатации самого теплообменника, например с чугунным теплообменником, с электронным розжигом и контролем пламени.

Прототипом является известная модель котла Италия (Ветта-100/FoNDiTAL/, Модель BALi RTVE-35), представляет собой напольный котел одноконтурный, только для отопления с чугунным теплообменником, с электронным розжигом и контролем пламени. Модель котла поставляется и используется в России, для указанных выше помещениях. Мощность: 18-24-32-36 кВт.

В серийном исполнении котел предназначен для работы на природном или сжиженном газе, работает в автоматическом режиме. Котел FonditaI подходит для бытового, общественного и промышленного использования.

Недостатком прототипа является, как показала практика эксплуатации, неудобство эксплуатации, вызванное задержкой появления из водозаборной арматуры горячей воды с температурой, близкой к требуемому значению, после некоторого перерыва в ее потреблении для обогрева помещения, т.е. в работе котла, когда он держит заданную в автоматическом режиме температуру в системе отопления, вода начинает частично остывать при отключении котла, а затем после некоторого перерыва котел вновь включается в работу. При этом после данного перерыва в работе котла происходит не догрев воды в теплообменнике, в частности при подпитке холодной воды, а так как стенки чугунного теплообменника достаточно являются тонкими по толщине, то происходит зимой их разгерметизация, выраженная в появлении трещин после некоторого времени его эксплуатации, и утечек воды в течение отопительного сезона (приходится менять сам теплообменник, который выполнен из секций и дорого по стоимости приобретения, демонтажу и монтажу котла в целом). Это связано с тем, что происходит непосредственно подпитка холодной воды непосредственно сразу в котел теплообменника, в результате чего вода еще не успевает полностью прогреться до нужной температуры и значительно ниже, чтобы сразу достичь требуемой, что является опасным с точки зрения эксплуатации в зимний период, когда наружный воздух достигает выше -10-15°С. Таким образом, тонкостенный чугунный теплообменник становится менее надежным в работе, а для этого необходимо усовершенствование котла отопления в целом. Следует также отметить, что данное решение связано также с блоком управления электронного розжига с пилотной горелки прерывистого действия. Сам теплообменник является многосекционным чугунным. Таким образом, горение газовой горелки и паров воды, выходящих из трещин чугунного теплообменника, при всех положительных результатов работы автоматики, вызывает увеличение влаги, потение стенок теплообменника и образование конденсата на приборах при нарушении эксплуатации.

Задача, решаемая настоящим изобретением, и достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационных характеристик котла для отопления с чугунным теплообменником с блоком управления электронного розжига и контролем пламени, должно быть надежным в работе, обеспечивающих сохранение его конструкции, повышения температурного нагрева при слиянии непосредственно в самих теплоносителях - воды при слиянии непосредственно для поступления в теплообменник из условия, что температура потока воды при подпитке холодной воды не должна практически влиять на его эксплуатацию в целом.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата заключается в том, что в способе работы отопительного котла в системе отопления, включающий нагрев воды в котле теплообменника отопления, подачу на вход последнего холодной воды и отвод из него в стояк нагретой горячей воды, согласно изобретения, верхний конец стояка трубы нагретой воды системы соединяют с расширительной смесительной трубой с подогретой циркуляционной водой в расширительной смесительной трубе, вода которой является теплоносителем, расположенной перед циркуляционным насосом с краном фильтром выше нижнего основного водяного насоса подачи в стояк нагретой воды, при этом второй конец расширительной смесительной трубы соединяют с входом узла подсоединения трубы с холодной водой и со стояком обратного движения воды в сторону впуска воды котла теплообменника отопления, включающего блок управления с электронным розжигом и контролем пламени.

Кроме того, обеспечивают циркуляцию теплоносителя воды из расширительной смесительной трубы в сторону теплообменника отопления и горячего отопления помещения.

Кроме того, узел соединения верхних концов стояков труб с горячей и холодной воды соединяют с изменяющейся площадью проходного поперечного сечения с расширительной смесительной трубы.

Кроме того, принудительную циркуляцию в расширительной смесительной трубе выполняют между стояками труб горячей воды котла теплообменника отопления и с поводом охлажденной воды системы отопления помещения за счет работы основного водяного насоса подачи воды в систему.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Соединение верхнего конца стояка-трубы горячей воды системы с расширительной смесительной трубой, где вода является теплоносителем, которую подключают одновременно к остывшей воды в обратном стояке-трубопроводе и к входу холодной подпитывающей воды в теплообменник отопления, позволяет вход в него из отопительной системы трубопроводов с температурой близкой к требуемой. Это объясняется тем, что в результате указанного соединения образуется дополнительный подогрев остывшей воды системы отопления и с подпиткой холодной воды для котла секционного чугунного теплообменника отопления. Вода, дополнительно нагретая в расширительной смесительной трубе с остывшей воды системы отопления, поступает в стояк-трубу соединения обратного трубопровода в узле соединения с трубопроводом подпитки холодной воды в сторону на вход теплообменника с нагретой горячей воды.

Таким образом, получившаяся принудительная циркуляция способствует постоянному наличию в стояке-трубопроводе на входе с расширительной смесительной трубы с водой, температура близка которой к требуемому значению, когда стенки чугунного теплообменника еще не остыли и способствуют постоянному сохранения непосредственного тепла в нем. Кроме того, указанная циркуляция исключает перегрев воды в теплообменнике даже прерывистой работы, т.е. выключения - включения котла в автоматическом режиме с блоком управления электронного розжига и контроля пламени. Все это в целом улучшает эксплуатационные характеристики.

Обеспечение принудительной циркуляции через расширительную смесительную трубу перед впуском воды в теплообменник отопления котла позволяет не затрачивать какую-либо другую энергию (кроме водной тепловой) в расположенном отдельном закрытом помещения отопительного котла. Таким образом, нагрев чугунных секций теплообменника теперь работает надежно. Все это улучшает эксплуатационные характеристики и надежность таких газовых котлов для массового производства.

Изменение в зоне соединения верхних концов стояка-трубы горячей воды и стояка-трубопровода обратной охлажденной воды с площадью проходного сечения в расширительной смесительной трубе, позволяет дополнительно делать подогрев поступающей охлажденной воды вместе с поступающей подпитывающей холодной воды в котел отопления и регулировать количество циркулирующей воды в системе через стояки-трубопроводы, что дает возможность, в конечном счете, варьировать температурой данной воды для поступления затем в чугунный секционный теплоноситель при интенсивной работе котла в режиме прерывистого поддержания отопления температуры воды в стояке-трубопроводе, связанное с поступлением охлажденной воды и не превышает требуемое значение (работа котла в автоматическом режиме связана с блоком управления панели). Данная циркуляция проходного сечения расширительной смесительной трубы, где теплоносителем является горячая вода, при этом она закреплена ниже отводящего стояка-трубопровода с установленным насосом рециркуляции (давления воды), с фильтром и шаровым краном, то усиливающая циркуляция горячей воды с помощью водяного насоса, расположенного в нижней части трубопровода ниже расширительной смесительной трубы, это повысит надежность подвода подогретой воды в сторону теплообменника отопления, и улучшит эксплуатационные характеристики.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображена схема работы отопительного котла в системе отопления;

на фиг. 2 - панель управляемого котла горения.

Система отопления одержит отопительный напольный котел 1 одноконтурный, только для отопления, с чугунным теплообменником, имеющим блок управления с электронным розжигом и контролем пламени, патрубком 2 дымохода для удаления продуктов сгорания 3, основанном на сжигании природного или сжиженного газа (дымовая и вытяжная трубы не показаны).

Котел 1 для отопления включает также на панели управления общий выключатель с сетевым индикатором, кнопку разблокирования 4, регулятор подогрева 5, индикатор блокировки от перегрева воды 6, индикатор блокировки отсутствия тяги в дымоходе и давления газа 7 (настройка температурного режима), индикатор блокировки горелки 8, световой индикатор работы горелки 9, термоманометр 10, предохранительный термостат с ручным сбросом 11. Техническая характеристика котла 1 горения: максимальная мощность - 99 кВт, КПД - 99, 6%, максимальный расход природного газа - 11,6 м³/час, максимальный расход сжиженного газа - 8,7 кг/час, диаметр дымового патрубка от отходящего от котла - 250 мм, напряжение от сети - 220 Вт.

Поступление газа в котел 1 связано с прибором подачи газа 12, по трубе 13. Давление воды в котле 1 определяют по прибору 14 со сбросом воздуха. Теплообменник отопления 15 котла 1 входом соединяют с трубой 16 остывшего в контуре помещения воды и с входом трубы 17 с шаровым краном 18, поступающей с подпиткой холодной воды, верхний конец стояка-трубы 16 остывшей воды соединяют с нижней частью расширительной смесительной трубы 19 (в виде горизонтальной трубы большого диаметра), вода является теплоносителем горячей воды смешанной с подводом остывшей воды поступающей из трубопровода 20, вход которого соединен через фильтр 21, насос рециркуляции 22, шаровой кран 23 с верхней частью расширительной смесительной трубы 19, нижним концом расширительную смесительную трубу 19 соединяют со стояком трубопровода 25 горячей воды, который имеет шаровой кран 26. насос отопления 27, шаровой кран 28 и трубы 29 с выходом соединяют с чугунным теплообменником 15 отопления. Расширительная смесительная труба 19, где горячая вода является теплоносителем. На другом конце с верхней частью через шаровой кран 30 соединяют со стояком-трубопроводом 31 горячей воды. Трубопроводы 20 и 31 проходят по замкнутому контуру (системы обогрева) через размещенные на разных этажах помещения (не показано), и которые могут иметь водоразборную отопительную арматуру.

С учетом конструктивных особенностей газового котла 1 теплообменника 15 для отопления, способ его работы включают подачу воздуха с атмосферной газовой горелкой для сжигания газа, нагрев теплообменника 15 циркулирует переходом из одной секции воды в последующую за счет давления насоса 27, отвод продуктов сгорания, элементом которого является дымовая труба короба 32, связанная с патрубком 2 дымовой трубы наружу из закрытого помещения, в котором установлен малогабаритный котел 1 отопления. Котел является одноконтурным. Данный котел оснащен блоком управления с электронным блоком контроля пламени, имеет электронный розжиг и оснащен всеми предохранительными устройствами, предусмотренными действующими нормативами по продукции. Каркас обшивки из элетрооцинкованного листа с покрытием из эпоксидполиэфира. Предусмотрен сливной кран 33 из теплоносителя 15. Государственные стандарты регламентируют температуру отходящих дымовых газов не ниже 116°С, хотя опыт показывает, что российских зим эта температура должна быть 130-150°С. Для данного котла температура продуктов сгорания 110/120°С. Однако указанная высокая температура существенно снижает КПД котла, от рекомендованного. Отсюда попытка увеличения КПД ведет к падению температуры отходящих газов ниже 116°С.

Настоящее изобретение решает надежную работу вышеописанного напольного котла одноконтурного с чугунным теплообменником за счет дополнительного введения в систему отопления расположенного и закрепленного между трубопроводом горячей воды и обратного трубопровода остывшей воды выше котла с расположенной расширительной смесительной трубы 19, теплоносителем которой является горячая нагретая вода с помощью насоса циркуляции 22 и, одновременно смешивая горячую воду с остывшей и подпитывающей холодной воды, поступающей из трубы 17 перед входом в ее в чугунный теплообменник 15, что характерно для прогнозируемого режима работы теплообменника 15 котла 1. Смешанная и подогретая вода, сколько ее требуется для поддержания начальной на входе температуры в теплообменник, будет достаточна, а остальная горячая вода подается одновременно в стояк-трубопровод 31 вверх, при этом отсутствует нарушение и появления трещин в теплообменнике 15 (при прерывной работе, согласно использования блока автоматического управления газовым котлом в целом).

Таким образом, массогабаритные характеристики котла позволяют использовать его в напольном варианте эксплуатации.

Перечисленные совокупности существенных признаков технических решений котла для отопления, его теплообменника связанного с расширительной смесительной трубы, где теплоносителем является горячая вода, с насосом рециркуляции и с другими элементами размещения по высоте, а также раздельной им способ работы котла не позволил выявить решения, в том числе тождественные, обеспечивающие тот же самый технический результат, что позволило сделать вывод о соответствии заявляемого решения условиям охраноспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Способ реализуют следующим образом.

В режиме отопления происходит сжигание природного газа или сжиженного газа, на горение горелки которого поступает атмосферный воздух из помещения, в котором устанавливают напольный котел 1 (огораживают от посторонних лиц) в отведенном месте помещения. Используется закрытая схема работы котла. В теплообменнике 15 отопления, сама расширительная смесительная труба 19, установлена выше котла 1 с поступающей в нее горячей воды с помощью водяного насоса 27 для отопительного контура (системы) всего помещения через шаровой кран 26, соответственно, горячая вода поступает в стояк-трубу 25, нагревая при этом отопительные приборы котла и теплообменника 15. Далее горячая вода через шаровой кран 24 на вход снизу через стояк-трубу 25 поступает в расширительную смесительную трубу 19, при этом остывшая вода по замкнутому контуру (системе) возвращается из стояка-трубопровода 20 через рециркуляционный насос 22 на вход сверху в расширительную смесительную трубу 19, где тепло воды отдается остывшей воде и позволяет нагреваться до заданной температуры, при этом образуя как миниатюрную систему подогрева остывшей воды из обратного стояка-трубопровода 20 после прохождения по системе сети отопления помещения. В результате чего обеспечивается постоянная циркуляция воды, нагрев воды в самой расширительной смесительной трубе 19 и наличие в последней воды с температурой близкой к требуемому значению, которая далее поступает одновременно как вверх в стояк-трубопровод 31 горячей воды, так и в стояк-трубу 16, в которой имеет место врезка трубы 17 подпитывающей холодной воды при открытом шаровом кране 18. В теплообменнике 15 отопительного котла 1 образуется поступление воды с повышенной температурой возвращающегося потока воды, нагретого в расширительной смесительной трубе 19. Объем расширительной смесительной трубы 19 подбирается из условия соотношения разных диаметров трубы 29 и трубопровода 31 между собой при проектировании. Полученного тепла воды будет достаточно, чтобы обеспечить дополнительный нагрев до заданной начальной температуры воды на входе при поступлении воды из трубы 16 на вход теплообменника 15, а также одновременно и в систему отопления помещения для обеспечения нужной температуры за счет поступления горячей воды, созданной котлом 1 теплообменника 1 отопления.

Как видно из описания, все управление работой котла сводится, к отслеживаю заданной температуры смешанной воды в расширительной смесительной трубе 19, где вода является единственным теплоносителем для нее, соответственно, теплообменник 15 будет работать очень надежно, как уже показала практика, при автоматическом контроле режима работы котла 1 с блоком управления - автоматики.

Внедрение изобретения позволит без существенных материальных затрат и усложнения конструкции системы котла отопления с температурой нагрева, близкой к требуемому значению при прерывистой работе в автоматическом режиме котла отопления, который зависит от включения или отключения, согласно схеме блока управления с приборами в автоматическом режиме обогрева помещения, значительно улучшит эксплуатационные характеристики и надежности котла в режиме отопления.

Предложен способ работы котла в системе отопления, заключающийся в следующем. В режиме отопления используют природный или сжиженный газ для нагрева теплообменника. Горячая вода перемещается принудительно насосом отопления по трубе через шаровые краны и поднимается по стояку-трубопроводу горячей воды вверх в расширительную смесительную трубу в виде теплоносителя, и в указанном теплоносителе смешивается с остывшей водой обратного трубопровода, которая насосом рециркуляции подается в расширительную смесительную трубу в виде теплоносителя. В указанном теплоносителе обеспечивается постоянная циркуляция воды, нагрев самого теплоносителя и наличие в последнем воды с температурой, близкой к требуемому значению. Далее смешанная вода поступает в теплообменник дополнительно по пути, смешиваясь с подпитывающей холодной водой уже полученной горячей воды при отводе из теплоносителя и подводе воды в теплообменник. В результате нагретого в теплоносителе смешанного потока воды и смешанного далее с подпитывающей холодной водой поступает вода затем в теплообменник, происходит обеспечение его увеличения интенсивного нагрева остывшей воды по контуру отопления помещения, поступающей из магистрали, и затем в стояк-трубопровода, т.е. для поддержания в теплообменнике необходимой заданной температуры требуется поддержание начальной входной температуры в теплоносителе. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы отопительного котла в системе отопления, включающий нагрев воды в котле теплообменника отопления, подачу на вход последнего холодной воды и отвод из него в стояк нагретой горячей воды, отличающийся тем, что верхний конец стояка трубы нагретой воды системы соединяют с расширительной смесительной трубой с подогретой циркуляционной водой в расширительной смесительной трубе, вода которой является теплоносителем, расположенной перед циркуляционным насосом с краном и фильтром выше нижнего основного водяного насоса подачи в стояк нагретой воды, при этом второй конец расширительной смесительной трубы соединяют с входом узла подсоединения трубы с холодной водой и со стояком трубы обратного движения воды в сторону впуска воды котла теплообменника отопления, включающего блок управления с электронным розжигом и контролем пламени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают циркуляцию теплоносителя воды из расширительной смесительной трубы в сторону теплообменника отопления и горячего отопления помещения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что узел соединения верхних концов стояков труб с горячей и холодной водой соединяют с изменяющейся площадью проходного поперечного сечения расширительной смесительной трубы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что принудительную циркуляцию в расширительной смесительной трубе выполняют между стояками труб горячей воды котла теплообменника отопления и с подводом охлажденной воды системы отопления помещения за счет работы основного водяного насоса подачи воды в систему.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поступление смешанной холодной и горячей воды в сторону котла теплообменника отопления осуществляют принудительно подпиткой с дополнительно прогретой горячей водой из расширительной смесительной трубы, вода которой является теплоносителем.