ЗАЩИТА ОТ КОНДЕНСАТА НАСТЕННЫХ КОНВЕКЦИОННЫХ ГАЗОВЫХ КОТЛОВ С ЗАКРЫТОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F24H1/00 F24H1/08 F24H9/00 F23M9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области тепловой энергетики, в частности к конвекционным настенным котлам с закрытой камерой сгорания, устройствам подвода воздуха для горения и может быть использовано в децентрализованных, индивидуальных системах отопления и горячего водоснабжения зданий с разной высотой и этажностью, одноквартирных домах, коммерческих объектах.

Уровень техники

При проектировании систем отопления с конвекционными газовыми котлами главным принципом является недопущение возникновения конденсата водяных паров с растворенными в них кислотами, находящихся в продуктах сгорания газообразного топлива. Конденсат может образовываться на теплообменниках в камерах сгорания и разрушать их, поскольку теплообменники изготавливаются из меди или чугуна (Торопов А.Л., «Автономные системы теплоснабжения малой мощности. Настенные газовые котлы и тепловые аккумуляторы». - Издательство МИСИ - МГСУ, 2022. - 176 с. ISBN 978-5-7264-3110-9 и Торопов А.Л., «Настенные газовые котлы автономных систем теплоснабжения. История создания. Основные элементы. Классификация. Часть 1. Конвекционные настенные газовые котлы. - - М.: Издательский дом Академии Естествознания, 2020. - 60 с. ISBN 978-5-91327-630-8 DOI 10. 17513/пр.411). Возникновение конденсата на теплообменнике конвекционного газового котла с закрытой камерой возможно при температура входной магистрали котла ниже 55 градусов Цельсия или при стекании конденсата на теплообменник из дымоходов или со стенок камеры сгорания. Последние десятилетия в системах индивидуального теплоснабжения применяются низкотемпературные конвекционные газовые котлы. В осенне-весенний период работы с низкой температурной нагрузкой указанные котлы переходят в режим цикличной работы (включение- пауза- выключение), (Торопов А.Л., статья «Тепловая инерция и цикличность работы систем поквартирного отопления на основе настенных газовых котлов» - Журнал Сантехника, Отопление, Кондиционирование, Учредители: ООО Издательский дом "МЕДИАТЕХНОЛОДЖИ" ISSN: 1682-3524, 2021 г., номер 7 (235), страницы: 32-35 (https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47835103) и Торопов А.Л., статья «Вопросы эффективности работы конвекционных настенных газовых котлов при поквартирном теплоснабжении», Учредители: ООО Издательский дом "МЕДИА ТЕХНОЛОДЖИ" ISSN: 1682-3524, 2021 г., номер: 6 (234), страницы: 42-45 (https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47830646))

В паузах работы котла при работе вентилятора системы дымоудаления холодный атмосферный воздух поступает в закрытую камеру котла и охлаждает теплообменник. Существуют две основные системы дымоудаления настенных конвекционных газовых котлов с закрытой камерой. Первая - с коаксиальными трубами дымоудаления «труба в трубе», при которой выброс продуктов сгорания происходит по внутренней трубе, а всасывание холодного воздуха происходит по каналу между внешней трубой и внутренней (горячей) трубой дымоудаления. В данном случае всасываемый холодный воздух нагревается и возникающий конденсат удаляется самотеком. Вторым вариантом дымоудаления является система с двумя раздельными трубами - для подачи воздуха и отвода горячих продуктов сгорания. В этом случае холодный атмосферный воздух поступает в котел с внешней стороны закрытой камеры сгорания и охлаждает ее. Конденсат образуется внутри закрытой камеры сгорания на ее стенках и стекает либо на теплообменник, либо по стенкам камеры в ее нижнюю зону, постепенно их разрушая.

По технической сути наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент на полезную модель (см. патент на полезную модель RU №202 243, МПК F24H 1/08, МПК F23N 3/02, МПК F23L 1/00, опубликован 08.02.2021).

Котел конвекционного типа с закрытой камерой сгорания, состоящий из горелки, теплообменника, вентилятора удаления дымовых газов, оснащенного электрическим мотором асинхронного типа с постоянной скоростью вращения ротора, промежуточной камерой поступления воздуха из раздельных воздушных каналов, отличающийся тем, что воздух из промежуточной камеры поступает в закрытую камеру сгорания через регулируемое по площади сечение клапана, механизм регулировки проходного сечения которого выведен на внешний корпус котла.

Недостатком данного технического решения является то, что холодный атмосферный воздух попадает в закрытую камеру сгорания через клапан, расположенный в верхней зоне настенного газового котла, на верхнюю часть камеры сгорания, а при отсутствии горения в режимах цикличной работы, холодный воздух охлаждает канал удаления продуктов сгорания. Указанные случаи вызывают возникновение конденсата на внутренней стенке закрытой камеры сгорания с попаданием на поверхность медного первичного теплообменника, что приводит к его постепенному разрушению.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение или значительное снижение возможности возникновения конденсата на поверхности теплообменников, внутренних и наружных стенок закрытых камер сгорания настенных конвекционных газовых котлов с раздельными трубами для дымоудаления и для подачи воздуха в период пауз работы котла, увеличение ресурса работы настенных конвекционных газовых котлов с закрытой камерой.

Образования конденсата происходит на холодной поверхности. В варианте поступления в котел атмосферного холодного воздуха, необходимого для процесса сгорания газообразного топлива, через зазор в коаксиальных дымоходах происходит его предварительный нагрев температурой газов - продуктов сгорания. Образовавшийся конденсат на стенках труб коаксиальных дымоходов стекает под действием сил тяжести. Монтаж коаксиальных труб дымоходов должен исключать попадание конденсата внутрь камер сгорания и на теплообменник. При раздельных трубах дымоходов для дымоудаления и для подачи воздуха в закрытую камеру сгорания настенного конвекционного газового котла холодный атмосферный воздух попадает на поверхность закрытой камеры сгорания и охлаждает ее. Конденсат образуется на внутренней поверхности закрытой камеры сгорания и стекает по ее внутренней поверхности или попадает на первичный теплообменник. Это происходит в момент периодического остывания нагретого теплообменника, возникающего при цикличной работе котла в осенне-весенний период работы, когда требуется мощность котла значительно ниже номинальной.

Для исключения охлаждения поверхности закрытой камеры сгорания потоком холодного атмосферного воздуха предлагается направить поток воздуха, исключая его прямой контакт с поверхностью закрытой камеры сгорания. Таким устройством может быть экранирующая пластина - защитный отражающий экран, закрепленный на задней стенке котла, размеры которого больше отверстия подключения канала подвода атмосферного воздуха в корпусе котла. Поток поступающего в камеру сгорания атмосферного холодного воздуха под давлением, обеспеченным работой вентилятора дымоудаления настенного газового котла, отражаясь от установленного защитного экрана, выполненного из листового материала, направляется вдоль корпуса котла, без попадания на поверхность верхней части закрытой камеры сгорания конвекционного газового котла, исключая ее принудительное охлаждение. Возникновение конденсата на внутренней поверхности верха закрытой камеры сгорания, в рассматриваемом режиме работы котла, исключено.

Технический результат поставленной задачи достигается установкой внутри корпуса настенного конвекционного газового котла между входным отверстием для подключения канала подвода атмосферного воздуха и закрытой камерой сгорания в зоне расположения первичного теплообменника и верхней части закрытой камеры сгорания защитного отражающего экрана из листового материала, исключающего попадание холодного воздуха на верхнюю поверхность закрытой камеры сгорания и направляющий его вниз закрытой камеры сгорания, в зону расположения атмосферной газовой горелки.

В связи с разными возможными вариантами расположения каналов подвода атмосферного воздуха относительно закрытой камеры сгорания, защитные отражающие экраны устанавливаются с двух сторон закрытой камеры сгорания. Если конструктивно настенный конвекционный газовый котел снабжен только одним каналом подвода атмосферного воздуха в корпус котла, то отражающий экран устанавливается один - в зоне расположения входного отверстия подключения канала подвода атмосферного воздуха.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 представлен настенный конвекционный газовый котел с закрытой камерой сгорания со снятой передней крышкой корпуса котла. Передняя крышка и боковая стенка закрытой камеры сгорания установлена.

На фигуре 2 представлен настенный конвекционный газовый котел с закрытой камерой сгорания со снятой передней крышкой корпуса котла. Передняя крышка и боковая стенка закрытой камеры сгорания сняты.

На фигуре 3 представлен защитный отражающий экран.

Настенный конвекционный газовый котел состоит из корпус настенного газового котла 1, закрытой камеры сгорания 2 с передней крышкой камеры сгорания 9, вентилятора удаления продуктов сгорания 3, первичного теплообменника 4, атмосферной газовой горелки 5, в корпусе котла отверстия подключения канала подвода атмосферного воздуха 6, в корпусе котла отверстия для подключения канала удаления продуктов сгорания 7, защитный отражающий экран 8.

Осуществление изобретения

Атмосферный воздух, необходимый для процесса горения газообразного топлива, поступает в корпус настенного газового котла 1 через отверстие для подключения канала подвода атмосферного воздуха 6. Атмосферный воздух имеет температуру, соответствующую времени эксплуатации объекта, и может иметь отрицательное значение температуры. Атмосферный воздух охлаждает внешнюю поверхность закрытой камеры сгорания 2. Продукты сгорания из котла удаляются вентилятором удаления продуктов сгорания 3 через отверстие для подключения канала удаления продуктов сгорания 7. В верхней части закрытой камеры сгорания 2 расположен первичный теплообменник 4. Холодный атмосферный воздух поступает вдоль стенок закрытой камеры сгорания 2 в зону расположения атмосферной газовой горелки 5. В период цикличной работы настенного конвекционного газового котла происходит периодическое его включение-выключение. В период выключенного режима горячий первичный теплообменник 4 охлаждается атмосферным воздухом, движение которого обеспечивается вентилятором удаления продуктов сгорания 3. Холодный атмосферный воздух поступает через отверстие для подключения каналов атмосферного воздуха 6 на поверхность закрытой камеры сгорания 2 и охлаждает ее. На внутренней поверхности закрытой камеры сгорания 2 возникает конденсат, который разрушает медный первичный теплообменник 4. При установке защитного отражающего экрана 8, выполненного из листового материала, происходит направление потока холодного атмосферного воздуха непосредственно в зону расположения атмосферной газовой горелки 5, исключая возможность попадания холодного воздуха в верхнюю зону закрытой камеры сгорания 2, где расположен первичный теплообменник 4 и все его части. Таким образом возникновение конденсата в указанной зоне исключено. Чтобы исключить попадание на поверхность закрытой камеры сгорания 2 конденсата, образовавшегося на поверхности защитного отражающего экрана 7, защитный отражающий экран 7 устанавливается на расстоянии более 5 мм от поверхности закрытой камеры сгорания 2 в любой ее точке и не имеет контакта с ней. Технический результат поставленной задачи выполнен.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями для настенных конвекционных газовых котлов с раздельными трубами для дымоудаления имеет следующие преимущества:

- исключение или значительное снижение возможности возникновения конденсата на поверхности теплообменников, внутренних и наружных стенок закрытых камер сгорания в период пауз работы котла;

- увеличение ресурса работы;

- снижение расходов на ремонт и сервисное обслуживание;

- обеспечивает хорошие показатели ремонтопригодности.

Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость»

Поскольку из уровня техники не известно выполнение конструкции настенного конвекционного газового котла с защитным отражающим экраном, расположенным в зоне между входным отверстием для подключения канала подвода атмосферного воздуха и закрытой камерой сгорания в зоне расположения первичного теплообменника и верхней части закрытой камеры сгорания, исключающего попадание холодного воздуха на верхнюю поверхность закрытой камеры сгорания и направляющий его вниз закрытой камеры сгорания, в зону расположения атмосферной газовой горелки, то можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области тепловой энергетики, в частности к конвекционным настенным котлам с закрытой камерой сгорания, устройствам подвода воздуха для горения, и может быть использовано в децентрализованных, индивидуальных системах отопления и горячего водоснабжения. В настенном конвекционном газовом котле с закрытой камерой сгорания с раздельной системой подачи атмосферного воздуха и удаления продуктов сгорания, внутри корпуса котла, между входным отверстием для подключения канала подвода атмосферного воздуха и закрытой камерой сгорания, в зоне расположения первичного теплообменника и верхней части закрытой камеры сгорания устанавливается защитный отражающий экран, выполненный из листового материала, направляющий поток поступающего для горения газообразного топлива атмосферного воздуха из отверстия в корпусе котла для подключения канала подвода атмосферного воздуха в зону расположения атмосферной газовой горелки камеры сгорания, исключая прямой контакт потока атмосферного воздуха с поверхностью камеры сгорания, расположенной выше первичного теплообменника, и со всеми частями первичного теплообменника. Технический результат – исключение попадания холодного воздуха на верхнюю поверхность закрытой камеры сгорания и направление его вниз закрытой камеры сгорания, в зону расположения атмосферной газовой горелки, снижение возможности возникновения конденсата на поверхности теплообменников и внутренних и наружных стенках закрытых камер сгорания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Настенный конвекционный газовый котел с закрытой камерой сгорания с раздельной системой подачи атмосферного воздуха и удаления продуктов сгорания, отличающийся тем, что внутри корпуса котла между входным отверстием для подключения канала подвода атмосферного воздуха и закрытой камерой сгорания в зоне расположения первичного теплообменника и верхней части закрытой камеры сгорания устанавливается защитный отражающий экран, выполненный из листового материала, направляющий поток поступающего для горения газообразного топлива атмосферного воздуха из отверстия в корпусе котла для подключения канала подвода атмосферного воздуха в зону расположения атмосферной газовой горелки камеры сгорания, исключая прямой контакт потока атмосферного воздуха с поверхностью камеры сгорания, расположенной выше первичного теплообменника, и со всеми частями первичного теплообменника.

2. Настенный конвекционный газовый котел с закрытой камерой сгорания по п. 1, отличающийся тем, что в случае конструкции корпуса котла с несколькими отверстиями для подключения каналов подвода атмосферного воздуха защитные отражающие экраны устанавливаются у каждого входного отверстия подключения каналов подвода атмосферного воздуха.

3. Настенный конвекционный газовый котел с закрытой камерой сгорания по п. 1, отличающийся тем, что для исключения попадания на поверхность закрытой камеры сгорания конденсата, образовавшегося на поверхности защитного отражающего экрана, защитный отражающий экран устанавливается на расстоянии более 5 мм от поверхности закрытой камеры сгорания в любой ее точке и не имеет контакта с ней.