Система нагрева котла Российский патент 2021 года по МПК F24H1/00 F24B9/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области методов нагрева котлов

Уровень техники

В настоящее время системы нагрева котла в основном основаны на отоплении электричеством и газом. Эти системы характеризуются множеством недостатков. Например, одним из недостатков является скорость нагрева, поэтому было предпринято много попыток увеличить скорость нагрева воды.

Кроме того, после нескольких сеансов нагрева с помощью электрического нагревательного элемента на нагревательном элементе 20 накапливается накипь. Накипь изолирует нагревательный элемент от нагреваемой воды, поэтому не только скорость нагрева замедляется, но и потребляется больше энергии.

Кроме того, для замены нагревательного элемента, покрытого накипью, воду, находящуюся в котле, необходимо слить, и, следовательно, эта вода тратится впустую. Кроме того, очистка от накипи - сложная и обременительная операция, поэтому иногда заменяют весь нагревательный элемент.

Таким образом, современные технологии нагрева воды характеризуются низкой скоростью нагрева, потерей энергии, амортизацией и техническим обслуживанием.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить решение вышеупомянутых и других проблем предшествующего уровня техники.

Другие цели и преимущества изобретения станут очевидными по ходу описания.

Сущность изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение представляет собой систему (100) нагрева котла, содержащую:

цилиндр (12) с полыми стенками для хранения в нем воды для нагрева;

перегородку (13) в форме цилиндра, расположенную внутри цилиндра (12) с полыми стенками на расстоянии от его вертикальных стенок,

при этом перегородка имеет верхний водяной канал (18) и нижний водяной канал (19) для обеспечения перехода воды между внутренней стороной перегородки (камера H) и внешней стороной перегородки (камера A);

нагревательный элемент (15), расположенный внутри внутреннего пространства цилиндра с полыми стенками (камера С);

впускное отверстие (10) для воды, расположенное на нижней стороне цилиндра (12) с полыми стенками; и

выпускное отверстие для воды (11), расположенное на верхней стороне цилиндра (12) с полыми стенками,

таким образом, чтобы (а) обеспечить возможность нагрева упомянутой воды без прямого контакта между упомянутым нагревательным элементом и упомянутой водой, что приводит к отсутствию накопления накипи, и (b) обеспечить возможность разделения между восходящей и нисходящей водой для ускорения нагрева упомянутой воды.

Система может дополнительно содержать крышку (17) внутреннего пространства (камеры C), в которой расположен нагревательный элемент (15), для регулирования скорости нагрева системы.

Система может дополнительно содержать средства для регулирования пространства внутри перегородки (не показаны), такие как телескопическая форма перегородки, чтобы регулировать скорость нагрева воды.

Нагревательный элемент может быть как электрическим, так и основанным на сгорании, например пламени.

Согласно одному примеру осуществления изобретения пространство камеры A разделено перегородками (24), каждая из которых имеет отверстие (25) для снижения скорости охлаждения нагретой воды.

Согласно одному примеру осуществления изобретения нагревательный элемент (15) выполнен в виде спирали.

Номера позиций использованы для указания элементов в примерах осуществления изобретения, описанных и проиллюстрированных в данном документе, для облегчения понимания изобретения. Они предназначены только для иллюстрации, а не для ограничения. Кроме того, вышеупомянутые примеры осуществления изобретения были описаны и проиллюстрированы вместе с их системами и способами, которые предназначены только для иллюстрации, а не для ограничения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные примеры осуществления изобретения, особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения описаны здесь вместе со следующими чертежами:

Фиг. 1 наглядно иллюстрирует систему 100 нагрева котла согласно одному примеру осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе системы нагрева котла.

Фиг. 3 представляет собой вид спереди системы нагрева котла, в котором определено сечение A-A.

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе сечения A-A.

Фиг. 5 представляет собой вид спереди сечения A-A.

Фиг. 6 представляет собой вид спереди сечения A-A, на котором показана циркуляция воды в нем.

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе системы нагрева котла в соответствии с дополнительным примером осуществления настоящего изобретения.

Следует понимать, что рисунки необязательно представлены в масштабе.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет понятно из нижеследующего подробного описания предпочтительных примеров осуществления изобретения («лучших примеров»), которые предназначены для описания, а не ограничения. Для краткости некоторые хорошо известные особенности, методы, системы, процедуры, компоненты, схемы и т.д. подробно не описываются.

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ

Бак системы 100 имеет форму вертикального цилиндра с полыми стенками, в котором накапливается вода. Таким образом, в то время как в предшествующем уровне техники котел имеет резервуар в виде сосуда, резервуар для воды в соответствии с настоящим изобретением представляет собой вертикальный цилиндр, имеющий полые стенки, в которых расположена вода. Соответственно, центр резервуара представляет собой полый цилиндр.

Нагревательный элемент размещен внутри пространства в центре полого цилиндра. Таким образом, нагревательный элемент может быть электрическим, например, спиралью, или даже огневым.

Пространство полых стенок цилиндра разделено перегородкой в виде вертикального цилиндра. Тем не менее, разделительный цилиндр позволяет воде проходить с его верхней стороны и с его нижней стороны для обеспечения циркуляции, как подробно описано ниже.

Фиг. 1 наглядно иллюстрирует систему 100 нагрева котла согласно одному примеру осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе системы нагрева котла.

Фиг. 3 представляет собой вид спереди системы нагрева котла, в котором определено сечение A-A.

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе сечения A-A.

Фиг. 5 представляет собой вид спереди сечения A-A.

Резервуар для воды ограничен внешней стенкой 12 цилиндра и внутренней стенкой 14 цилиндра, а также верхней и нижней "крышками" 22 и 23 соответственно.

Внутри резервуара для воды расположена перегородка в виде вертикального цилиндра 13. Перегородка препятствует прохождению воды через нее. Перегородка 13 не соприкасается с «крышками» 22 и 23 и, кроме того, между цилиндром 13 и «крышками» 22 и 23 имеются зазоры 18 и 19, позволяющие воде проходить через зазоры. Зазоры лучше видны на фиг.5.

Согласно еще одному примеру осуществления изобретения перегородка 13 имеет контакт с «крышками» 22 и 23, а зазоры заменены отверстиями в верхней и нижней стороне перегородки 13. Для краткости этот пример осуществления изобретения не проиллюстрирован.

Таким образом, эта структура определяет три камеры:

- Камера C, которая является внутренней стороной цилиндра 14. Камера C именуется здесь топочной камерой;

- Камера H, ограниченная цилиндрами 13 и 14, то есть пространство между перегородкой 13 и цилиндром 14. Эта камера именуется здесь нагревательной камерой; и

- Камера A, которая представляет собой пространство, ограниченное цилиндром 12 и цилиндром 14, за исключением пространства камеры H. Эта камера упоминается здесь как камера аккумуляции.

Резервуар представляет собой пространство камер A и H.

Ссылочная позиция 10 обозначает входное отверстие, через которое не нагретая вода попадает в резервуар для воды из котла, и ссылочной позицией 11 обозначен выпускной канал из резервуара, через который нагретая вода выходит из резервуара.

РАБОТА СИСТЕМЫ

Фиг. 6 представляет собой вид спереди сечения AA, на котором показана циркуляция воды в иллюстрируемой системе.

Цилиндр 14 нагревается нагревательным элементом 15. В результате вода, находящаяся в камере H, нагревается и поэтому движется вверх.

Благодаря отверстиям 18 и 19 между перегородкой 13 и «крышками» 22 и 23 нагретая вода камеры H контактирует с водой камеры A. В результате вода камеры A, которая является более холодной, чем вода камеры H, движется вниз. Таким образом, вода внутри резервуара циркулирует, как показано на этом рисунке стрелками.

Соотношение между пространством нагревательной камеры H и пространством камеры A аккумуляции определяет скорость нагрева воды в резервуаре.

Поскольку в настоящем изобретении вода в резервуаре не находится в прямом контакте с нагревательным элементом 15, накипь не образуется. В результате система работает дольше, чем системы, в которых вода нагревается при непосредственном контакте с нагревательным элементом. Кроме того, в настоящем изобретении требуется меньшая работа по техническому обслуживанию, поскольку основная работа по техническому обслуживанию в котлах предшествующего уровня техники связана с накоплением накипи.

В котле в соответствии с настоящим изобретением вода нагревается за меньшее время, чем в котле из известного уровня техники с такими же характеристиками, поэтому энергия, потребляемая котлом в соответствии с настоящим изобретением, меньше по сравнению энергией для котла из уровня техники. Причина этого состоит в разделении восходящей и нисходящей воды внутри котла, в отличие от котлов предшествующего уровня техники, в которых поток восходящей воды смешивается с потоком нисходящей воды, мешая друг другу.

На Фиг. 1 крышка 17 используется для закрытия топочной камеры C, для удержания таким образом нагретого воздуха в топочной камере, и потому используется меньше энергии для нагрева котла. Крышка 17 может быть частично открыта, так что образованное отверстие между крышкой и «горловиной» 16 регулируется, тем самым регулируется скорость нагрева воды в котле.

Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения размеры перегородки 13 можно регулировать. В результате изменения размера перегородки 13 соотношение между объемами камеры A и камеры H изменяется, и, следовательно, изменяется скорость нагрева системы.

Регулировку размеров перегородки можно производить разными способами. Например, перегородка 13 может быть телескопической, поэтому ее длина может регулироваться. Управление выдвижением телескопического цилиндра может осуществляться штоком, соединенным с одной частью телескопического цилиндра, так что шток выступает из одной из граней 23 или 24.

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе системы нагрева котла в соответствии с дополнительным примером осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 7 также показан увеличенный фрагмент системы.

Как показано, в камере установлено множество перегородок 24. Каждая перегородка содержит отверстие 25, которое используется в качестве канала для воды между вспомогательными камерами. Перегородки делят пространство камеры A на субкамеры A1, A2, …, An.

Поскольку субкамеры отделены друг от друга, такое расположение обеспечивает некоторую изоляцию, которая снижает скорость охлаждения нагретой воды.

Предпочтительно, чтобы цилиндры 12, 13 и 14, а также грани 22 и 23 были выполнены из металла, но, конечно, могут быть использованы и другие материалы, известные в котельной промышленности.

На фигурах и/или в описании были упомянуты следующие ссылочные позиции (список ссылочных обозначений):

- число 100 обозначает систему нагрева котла согласно одному примеру осуществления изобретения;

- буква С обозначает топочную камеру;

- буква H обозначает нагревательную камеру;

- буква А обозначает камеру аккумуляции;

- число 10 обозначает вход в систему 100 нагрева котла;

- число 11 обозначает выход из системы 100 нагрева котла;

- число 12 обозначает первый цилиндр;

- число 13 обозначает второй цилиндр, функционирующий как перегородка;

- число 14 обозначает третий цилиндр;

- число 15 обозначает нагревательный элемент;

- число 16 обозначает горлышко, соответствующее крышке 17;

- число 17 обозначает крышку;

- число 18 обозначает пространство между верхним краем второго цилиндра 13 и верхней стенкой камеры A;

- число 19 обозначает пространство между нижним краем второго цилиндра 13 и нижней стенкой камеры A;

- число 20 обозначает ватерлинию;

- число 21 обозначает воду внутри котла;

- число 22 обозначает верхняя «крышка» (грань) вертикального цилиндра, заключенная между цилиндрами 12 и 14;

- число 23 обозначает нижнюю «крышку» (грань) вертикального цилиндра, заключенного между цилиндрами 12 и 14;

- число 24 обозначает перегородку, которая разделяет камеру A на дополнительные камеры; и

- число 25 обозначает канал для воды в каждой из перегородок 24.

Вышеприведенное описание и иллюстрации примеров осуществления изобретения были представлены в целях иллюстрации. Оно не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение приведенным выше описанием в какой-либо форме.

Любой термин, который был определен выше и использован в пунктах формулы изобретения, следует интерпретировать в соответствии с этим определением.

Изобретение относится к области нагрева котлов. Технический результат – увеличение скорости нагрева воды, отсутствие накипи на нагревательном элементе, увеличение длительности работоспособности системы. Система нагрева котла содержит: цилиндр с полыми стенками для хранения в нем воды для нагрева, перегородку в форме цилиндра, расположенную внутри цилиндра с полыми стенками на расстоянии от его вертикальных стенок, нагревательный элемент, расположенный внутри внутреннего пространства цилиндра с полыми стенками, впускное отверстие для воды, расположенное на нижней стороне цилиндра с полыми стенками, и выпускное отверстие для воды, расположенное на верхней стороне цилиндра с полыми стенками. При этом перегородка имеет верхний водяной канал и нижний водяной канал для обеспечения перехода воды между внутренней стороной перегородки и внешней стороной перегородки. Система нагрева котла содержит средства для регулирования пространства внутри перегородки, чтобы обеспечить возможность нагрева воды без прямого контакта между нагревательным элементом и водой, обеспечить возможность разделения между восходящей и нисходящей водой для ускорения нагрева упомянутой воды и обеспечить возможность регулировать скорость нагрева воды. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система нагрева котла, содержащая:

цилиндр с полыми стенками для хранения в нем воды для нагрева;

перегородку в форме цилиндра, расположенную внутри упомянутого цилиндра с полыми стенками на расстоянии от его вертикальных стенок;

при этом упомянутая перегородка имеет верхний водяной канал и нижний водяной канал для обеспечения перехода воды между внутренней стороной указанной перегородки и внешней стороной указанной перегородки;

нагревательный элемент, расположенный внутри внутреннего пространства упомянутого цилиндра с полыми стенками;

впускное отверстие для воды, расположенное на нижней стороне упомянутого цилиндра с полыми стенками; и

выпускное отверстие для воды, расположенное на верхней стороне упомянутого цилиндра с полыми стенками,

средства для регулирования пространства внутри упомянутой перегородки,

чтобы (а) обеспечить возможность нагрева упомянутой воды без прямого контакта между упомянутым нагревательным элементом и упомянутой водой, что приводит к отсутствию накопления накипи, (b) обеспечить возможность разделения между восходящей и нисходящей водой для ускорения нагрева упомянутой воды, (с) обеспечить возможность регулировать скорость нагрева упомянутой воды.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая крышку упомянутого внутреннего пространства, в котором расположен упомянутый нагревательный элемент, для регулирования скорости нагрева системы.

3. Система по п. 3, в которой упомянутое средство для регулирования пространства внутри упомянутой перегородки представляет собой телескопическую форму упомянутой перегородки.

4. Система по п. 1, в которой упомянутый нагревательный элемент является электрическим.

5. Система по п. 1, в которой упомянутый нагревательный элемент основан на сгорании.

6. Система по п. 1, в которой пространство упомянутой внешней стороны упомянутой перегородки разделено перегородками, имеющими отверстие, для снижения скорости охлаждения нагретой воды.

7. Система по п. 1, в которой упомянутый нагревательный элемент выполнен в виде спирали.