Теплогенератор Российский патент 2024 года по МПК F24H1/14 

Изобретение относится к теплообменным устройствам для подогрева жидких сред и может быть использовано в нефтегазовой отрасли, в жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности.

Из уровня техники известен теплогенератор (RU 2591759, МПК F24H1/00, опубл. 20.07.2016 [1], содержащий металлические корпус с воздухозаборниками и смотровым отверстием, хотя бы один змеевик для теплоносителя, хотя бы один кожух змеевика, а также установленное в корпусе соосно горелочное устройство, содержащее один канал подачи топлива и оголовок, выполненный с возможностью подключения к регулируемым системе подачи топлива к горелочному устройству и системе подачи теплоносителя в змеевик.

Недостатком известного технического решения [1] является:

1) Низкая эффективность теплогенератора, вследствие размещения змеевика, по которому поступает нагреваемая текучая среда с наружной части корпуса, что снижает коэффициент полезного использования теплоты дымовых газов;

2) Опыт отработки промышленных теплогенераторов, с конструктивно-компоновочной схемой по патенту [1], показал, что их использование для сжигания попутного нефтяного газа для решения промысловых нужд, при больших его объемах требует создания массивных и габаритных конструкций теплогенераторов. В частности, это связано с увеличением диаметра дымовой трубы, что снижает высокотемпературное воздействие дымовых газов на тело дымовой трубы. Однако при этом существенно увеличивается масса теплогенератора и осложняется доставка его в труднодоступные места вертолетами;

3) Промысловые теплогенераторы обладают существенным экологически вредным воздействием на окружающую среду и поэтому является проблематичным использование теплогенераторов с конструктивно-компоновочной схемой по патенту [1] для использования в городских централизованных системах горячего водоснабжения или отопления, в качестве аварийных источников горячей воды или отопления при разрушении стационарных объектов жизнеобеспечения в результате чрезвычайных ситуаций или террористических актов.

Известен также теплогенератор универсальный (RU 2615301, МПК F24H1/06; F24H1/14; F24H3/08; F23L15/00, опубл. 04.04.2017) [2]. Теплогенератор по независимому пункту формулы изобретения содержит металлический корпус, установленное в нем с открытым радиальным зазором устройство горелочное с хотя бы одним каналом подачи топлива, а также хотя бы один трубопровод для теплоносителя и выполненный с возможностью подключения к системе подачи топлива в горелочное устройство и системе подачи и отвода теплоносителя в трубопровод, при этом горелочное устройство теплогенератора является устройством диффузионно-инжекционного типа.

Недостатком универсального теплогенератора является его низкая технологичность, связанная с тем, что теплогенератор выполнен мобильным, что снижает его надежность. Кроме того, конструкция трубопровода теплогенератора не обеспечивает полное использование тепла дымовых газов. Более того, и для этого аналога теплогенератора во многом характерны те же недостатки, что и для аналога [1].

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа взят теплогенератор (RU 2778027 МПК F 24 H 1/14, F 24 H 1/14, опубл. 12.08.2022) [3]. Теплогенератор-прототип содержит корпус, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями (шиберными окнами), внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменным устройством, закрепленным на цилиндрическом корпусе, и дымовой трубой с дефлектором. При этом, теплообменное устройство выполнено в виде многогранного радиатора с вертикальными ребрами для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе преимущественно в вертикальном направлении; радиатор снабжен кожухом, при этом ниже и выше радиатора в корпусе теплообменного устройства установлены поворотные заслонки для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора, кожух теплообменного устройства изготовлен из теплоизоляционного материала и заполнен промежуточным теплоносителем, к радиатору подведена подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с радиатором посредством фланцевых соединений, при этом, упомянутые трубопроводы снабжены термометрами, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства.

Положительным техническим результатом теплогенератора-прототипа является повышение эффективности теплопередачи от сжигаемого в горелках углеводородного сырья теплоносителю, циркулирующему в многогранном радиаторе теплогенератора, за счет соединения нижнего и верхнего кольцевых каналов радиатора вертикальными ребрами и применением поворотных заслонок, размещенных ниже и выше радиатора, позволяющих изменять направление движения дыма от горелки, что повышает тепловую эффективность устройства. Дополнительным техническим результатом является возможность автоматизации работы теплогенератора за счет возможности применения в его конструкции термометров, позволяющих контролировать температуру циркулирующего в радиаторе теплоносителя, а также системы автоматического поджига и контроля горения факела горелки и узла автоматического регулирования подачи топлива. Более того, авторы изобретения [3] утверждают, что их изобретение относится к водонагревателям, а именно водонагреватели являются котельные установки, входящие в состав городских централизованных систем жизнеобеспечения.

При этом недостатками изобретения-прототипа являются те же, что и в отмеченных выше аналогах. При этом в устройстве-прототипе ограничена зона теплообмена тепла дымовых газов и самого пламени с теплоносителем, а так же отсутствует система тепловой защиты стенки дымовой трубы. Первое обусловлено ограничениями на длину радиатора.

Для зашиты тела дымовой трубы от теплового воздействия дымовых газов из известных способов тепловой защиты наиболее эффективным может оказаться метод (способ) межрубашечного охлаждения, широко используемый для охлаждения корпуса жидкостных ракетных двигателей и их сопловых блоков [4]. Также теплозащитные покрытия широко используются для защиты корпуса ракетного двигателя твердого топлива от температурного воздействия продуктов горения твердого топлива [5]. Теплозащитные устройства в виде отражательных экранов для инфракрасного излучения также широко используются в энергетических объектах. Футеровка внутренних поверхностей топок за счет использования жаропрочных и плохо теплопроводных материалов также широко используются в широком спектре изделий различного назначения. Вариантом такого технического решения могут быть названы пластины, выполненные из композиционного керамического материала, основой которого является оксид алюминия, добавка которого в состав изделия позволяет значительно повысить термостойкость защитных пластин. Один из способов получения такой основы для подобного композиционного материала защищена патентом на изобретение РФ № 2625575 [6]. Пластины, выполненные из такого композиционного материала, закрепленные на внутренней поверхности дымовой трубы теплогенератора, позволяют существенно снизить температурную (тепловую) нагрузку на тело дымовой трубы.

Теплообменный узел теплогенератора, служащий для нагрева проходящего по его трактам теплоносителя за счет отбираемого от дымовых газов тепла, может быть выполнен таким образом, что проходящий по его трактам теплоноситель одновременно выполняет функцию охлаждения той части дымовой трубы, на которой он позиционируется. Такого результата можно добиться, если теплообменный узел выполнить в виде коаксиально расположенных обечаек, внутренняя из которых является непосредственно дымовой трубой, а теплоноситель подавать в кольцевой зазор, образованный этими обечайками. Для равномерного охлаждения всей поверхности дымовой трубы теплоноситель (нагреваемая среда) подается по винтовым каналам аналогичных многозаходному змеевику, образованных металлическими лентами, закрепленными одной из своих кромок по винтовой линии на внешней поверхности внутренней обечайки, которая является дымовой трубой, а на других кромках этих лент закреплен кожух теплообменного узла, который является его внешней обечайкой. На торцах внешней обечайки и, соответственно, на корпусе внутренней обечайки установлены коллекторы, которые формируют совместно с обечайками рабочий объем теплообменного узла. Выполненные в виде змеевиков каналы течения нагреваемой жидкости позволяют увеличить время ее пребывания в зоне теплоотвода от дымовых газов, что позволяет повысить коэффициент полезного использования тепла дымовых газов для нагрева теплоносителя. При этом на кожух теплообменного узла может быть нанесен теплоизоляционный материал. При таком решении теплообменного узла отпадает необходимость использования в теплообменном агрегате наполнителя, что снижает вес теплогенератора. Защита корпуса дымовой трубы от воздействия высокотемпературных дымовых газов позволяет уменьшить диаметр проходного сечения дымовой трубы, уменьшить ее массу, а, соответственно, и массу теплогенератора.

Теплоноситель по трубопроводу и соответствующий патрубок, установленный на верхнем коллекторе, при вертикальном расположении теплогенератора, подается в теплообменный узел. Через патрубок, установленным на нижнем коллекторе, соответственно, отводится по трубопроводу потребителям или подается в случае необходимости на дегазационное устройство для удаления из воды растворенный в ней кислород. Причем патрубки имеют фланцевые соединения с трубопроводами. Упомянутые трубопроводы снабжены штуцерами для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного узла.

Коэффициент полезного использования тепла дымовых газов можно дополнительно увеличить, не только если увеличить время пребывания их в зоне теплообмена, но и путем турбулизации самого потока дымовых газов. Этого можно добиться за счет введения в тракт движения дымовых газов заслонок одинаковой геометрии, последовательно расположенных по высоте дымовой трубы, каждая из которых перекрывает проходное сечение трубы на 25-50%, и плоскость которых перпендикулярна ее продольной оси, и каждая из которых частично перекрывает проходное сечение трубы. Несколько таких заслонок, представляющие собой пластины в виде сегментов круга, причем закрепление каждой заслонки на корпусе дымовой трубы производится по дуге сегмента, а свободные кромки соседних заслонок смещены друг относительно друга на 60°-90°. Предлагаемое расположение заслонок позволяет закрутить поток дымовых газов по часовой стрелке и тем самым повысить интенсивность передачи тепла от дымовых газов теплоносителю. Преобразуя поступательное движение дымовых газов в поступательно-вращательное, можно значительно увеличить длину траектории движения элементарных объемов дымовых газов и, следовательно, увеличить время их нахождения в зоне теплообменных процессов.

Дымовые газы сохраняют вращательное движение при дальнейшем движении по тракту дымовой трубы вплоть до ее выходного среза. Вращательное движение дымовых газов повышает устойчивость движения дымовых газов после прохождения ими среза дымовой трубы, повышает целостность потока дымовых газов в атмосфере, предотвращает распад потока дымовых газов, что по своей физической сущности эквивалентно увеличению длины дымовой трубы, от величины которой зависит концентрация осаждения на окружающую теплогенератор территорию экологически вредных соединений, таких как SO₂ и NO₂. При использовании теплогенераторов в городских условиях это является крайне важным.

Увеличить длину дымовой трубы возможно за счет выполнения ее из двух секций, телескопически связанных друг с другом: внешняя секция дымовой трубы является ее основанием, на которой монтируется теплообменный узел, а вдвигаемая в нее верхняя секция дымовой трубы имеет меньший диаметр и защита ее внутренней поверхности от высоких температур дымовых газов может быть обеспечена за счет облицовки ее изнутри профилированными термостойкими керамическими композиционными пластинами в рецептуре материалов которых используются оксиды алюминия.

Изложенные технические предложения по защите дымовой трубы теплогенератора от воздействия высокотемпературных дымовых газов не только увеличат жизнестойкость дымовой трубы и самого теплогенератора, но и позволяет уменьшить габариты теплогенератора, что повышает его мобильность и оперативность доставки на площадку разворачивания.

При эксплуатации теплогенератора в составе городской централизованной сети горячего водоснабжения, произведенная им горячая вода должна быть дегазирована для снижения скорости коррозионных процессов в раздаточных трубопроводах. Основной задачей процедуры дегазации горячей воды является удаление из нее растворенных в ней газов, главным образом кислорода. Некоторые варианты конструктивно-компоновочных схем дегазаторов, используемых в городских системах централизованного горячего водоснабжения приведены в монографии [7].

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков теплогенератора, является повышение эффективности теплопередачи от сжигаемого жидкого или газообразного топлива теплоносителю, циркулирующему по винтообразным каналам-змеевикам, охватывающим снаружи корпус дымовой трубы и применением заслонок, расположенных в тракте дымовой трубы перпендикулярно ее внутренней образующей и каждая из которых представляет собой сегмент, перекрывающий на 25-50% площадь поперечного сечения трубы и смещенных друг относительно друга на 60°-90°, что обеспечивает правостороннюю закрутку потока дымовых газов и увеличивает время их пребывания в зоне теплообменных процессов. При этом в процессе нагрева теплоносителя при его движении по винтовым каналам (змеевикам), он выполняет функцию охлаждения стенок дымовой трубы, соответствующую механизму межрубашечного охлаждения. Выполнение дымовой трубы из двух секций, телескопически связанных друг с другом, позволяет уменьшить габаритные размеры теплогенератора, что повышает его мобильность. Дополнительным техническим результатом является возможность автоматизации работы теплогенератора, за счет возможности применения в его конструкции термометров, позволяющих контролировать температуру движущегося по винтовым каналам теплоносителя, а также системы автоматического поджига и контроля горения факела горелки и узла автоматического регулирования подачи топлива. Более того, придание вращения дымовым газам позволяет увеличить высоту их подъема над срезом дымовой трубы, что снизит экологическую нагрузку на окружающую среду за счет снижения концентрации осаждения SO₂ и NO₂, зависящие от высоты дымовой трубы [8].

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен внешний вид теплогенератора, который устроен следующим образом.

Его основой является корпус, установленный на основании 1, состоящий из топочной части 2 со служебным люком обслуживания 3 и приточными отверстиями (шиберными окнами) 4, внутри которой установлено горелочное устройство 5. На цилиндрической части 6 теплогенератора по винтовой линии закреплены в несколько заходов ленты 7, которые формируют тракты для тока нагреваемой жидкости по вертикали сверху вниз. На свободные кромки лент 7 установлен кожух-обечайка 8, который завершает формирование теплообменного узла теплогенератора. Перечисленные элементы формируют теплообменный узел, который представляет собой многозаходный змеевик. На торцах кожуха-обечайки 8 и корпуса 6 теплогенератора установлены коллекторы 9 для подвода теплоносителя в теплообменный узел и 10 для отвода теплоносителя. Теплоноситель подается в коллектор 9, по крайней мере через один патрубок 11, а из коллектора 10 отбирается по крайней мере через один патрубок 12. При этом, для обеспечения равномерного заполнения трактов теплообменного узла в коллектор 9 встроена диафрагма 13 с отверстиями 14, причем суммарная площадь отверстий 14 должна составлять 0,98-0,95 площади проходных сечений патрубков 11. При этом, в нижней части теплообменного узла установлены последовательно друг над другом заслонки 15, изготовленные из термостойкого материала, каждая из которых выполнена в виде сегмента, перекрывающего от 25 до 50 % проходного сечения корпуса теплогенератора, причем заслонки закреплены по дуге на внутренней поверхности теплогенератора, причем кромки заслонок смещены последовательно друг относительно друга на одинаковые углы от 60° до 90° градусов, что позволяет закручивать поток дымовых газов по часовой стрелке. На фиг. 1 показан пример размещения заслонок, перекрывающих 50 % проходного сечения и кромки которых смещены на 90 градусов друг относительно друга, обеспечивая правостороннюю закрутку дымовых газов. Такое размещение заслонок позволит турбулизировать поток дымовых газов и повысит интенсивность теплообмена между дымовыми газами и теплоносителем. Подводящий и отводящий патрубки 11 и 12 снабжены штуцерами 16 для установки в них термометров, непоказанные на фиг.1, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного узла.

Для увеличения длины дымовой трубы, внутрь обечайки (корпуса) 6 теплогенератора вложена обечайка 17, которая фактически имеет телескопическое соединение с корпусом 6. Выдвижение обечайки 17 фиксируется крепежными элементами 18 типа «винт-гайка». Для защиты обечайки 17 от высокотемпературных воздействий дымовых газов, внутри обечайки закреплены профилированные термостойкие панели 19, выполненные на основе оксидов алюминия.

Теплоноситель по трубопроводу 20, соединенным с помощью фланцевого соединения с патрубком (патрубками) 12, поступает в дегазационное устройство 21, пройдя который подается потребителям.

Дополнительно горелочное устройство 5 может быть снабжено системой автоматического розжига и контроля горения факела горелки (на фиг. 1 условно не показаны) при этом упомянутая система может включать в себя узел автоматического пьезоэлектрического розжига. В случае использования в качестве топлива газообразных углеводородов система может иметь газовый детектор, а также электромеханический регулятор подачи топочного газа.

Теплогенератор эффективней использовать в собранном виде, с установленным в нем горелочным устройством 5.

Теплогенератор устанавливают на основание 1 – подготовленную для размещения теплогенератора площадку. Далее к горелочному устройству подключают линию подачи топлива, подводящий и отводящий трубопроводы к патрубкам 11 и 12 к системе циркуляции теплоносителя, например, воды. В штуцеры 16 устанавливают термометры. В случае использования средств автоматики для управления работой теплогенератора упомянутые термометры, представляющие собой датчики температуры, а также газовый детектор горелочного устройства 5 подключают к измерительным входам промышленного логического контролера, монтируемого на корпусе теплогенератора, а силовые выходы контроллера подключают к узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топлива.

Далее, внутренняя секция 17 выдвигается из наружной обечайки 6 на необходимую величину и фиксируется узлами 18, типа «винт-гайка». К патрубку 12 подключается трубопровод 20 для подачи теплоносителя в дегазационное устройство 21. После выполненных операций теплогенератор готов к работе.

При работе теплогенератора в ручном режиме первоначально обеспечивают непрерывную подачу теплоносителя в коллектор 9, затем открывают служебный люк обслуживания 3, подают в горелочное устройство 5 ограниченный объем топлива на малое горение и осуществляют его розжиг. После прогрева теплогенератора на малом горении факела горелки в течение пяти мин. Осуществляют перевод горелки на большое горение путем полной подачи топлива в горелку, затем закрывают служебный люк обслуживания 3.

При горении факела дымовые газы, смешиваясь с воздухом, поступающим из проточных отверстий (шиберных окон) 4, поднимаясь вверх по дымовой трубе 6, обеспечивают нагрев теплоносителя, движущегося по трактам теплообменного узла, представляющего собой многозаходный змеевик, формируемый пластинами 7, закрепленными по винтовой линии на корпусе дымовой трубы 6 и наружном кожухе 9. При движении дымовых газов по дымовой трубе заслонки 15, размещенные на внутренней ее поверхности, плоскость которых перпендикулярна продольной ее оси, и следующие друг за другом, причем заслонки выполнены в виде пластин – сегментов, каждая из которых одинаково перекрывает проходное сечение дымовой трубы на 25-50%. При этом кромки соседних заслонок смещены на угол 60°-90°, что позволяет закручивать поток дымовых газов по часовой стрелке. Изменение направления движения дыма по причине заслонок 15 разрушает его ламинарное движение, обеспечивая перемешивание дымовых газов и лучшую передачу тепла от них теплоносителю. Температуру теплоносителя на входе (коллектор 9) и на выходе (коллектор 10), контролируют с помощью термометров, а величину факела горелочного устройства 5 определяют визуально, открывая при необходимости служебный люк обслуживания.

При использовании в составе теплогенератора средств автоматики управление его работой может осуществляться в автоматическом режиме на основе управляющей программы, хранящейся на FLASH-памяти программ промышленного контроллера. В этом случае розжиг горелки и плавное регулирование подачи топлива в горелку осуществляется с помощью команд, подаваемых в силовые выходы контроллера, подключенные, соответственно, к узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топлива. Контроль температуры теплоносителя производится путем опроса датчиков температуры, установленных в штуцера 16, а контроль горения факела и температуру дымовых газов осуществляется путем опроса датчика температуры дымовых газов, непоказанного на фиг. 1. Опрос упомянутых датчиков осуществляется путем анализа состояния измерительных входов контроллера, которые могут представлять собой линии аналого-цифрового преобразователя.

Дымовые газы, пройдя завихритель потока, состоящий из комплекта заслонок 15, приобретают вращательно-поступательное движение и поднимается вверх по дымовой трубе, нагревая теплоноситель путем передачи тепла через стенку 6, который, опускаясь сверху вниз, охлаждает стенку теплогенератора. После прохождения полости дымовой трубы 6, обладающие правосторонней закруткой дымовые газы, поступают в полость второй обечайки 17 дымовой трубы для защиты стенки которой установлены термостойкие пластины 19, которые защищают ее от высокотемпературных воздействий дымовых газов. Пройдя зону дымовой трубы, дымовые газы поступают в атмосферу, поднимаясь на значительное расстояние от среза дымовой трубы, из-за того, что вращательное движение газового потока более устойчиво от разрушения, чем ламинарно-поступательное движение потока.

Этот эффект фактически позволяет увеличить формально длину дымовой трубы, не увеличивая ее материально и, следовательно, снизить концетрацию экологически вредных веществ в дымовых газах на окружающую теплогенератор территорию, не увеличивая длину дымовой трубы, не увеличивая массу теплогенератора.

Таким образом, предложенный теплогенератор является промышленно применимым устройством, обеспечивающим эффективный нагрев теплоносителя, например воды, которая может быть использован не только для отопления отдельных промышленных зданий и сооружений в зимний период, но и в качестве аварийных теплогенераторов, используемых для парирования (ликвидации) последствий разрушения теплогенерирующих установок систем централизованного городского горячего водоснабжения и теплоснабжения по причине террористических актов или боевых действий. Тем самым, теплогенератор может быть использован в городских условиях, поскольку предлагаемый теплогенератор имеет более высокий коэффициент использования теплоты дымовых газов из-за увеличения коэффициента теплоотдачи за счет турбулизации потока дымовых дымовых газов путем установки на внутренней поверхности корпуса теплогенератора в части зоны теплообменного узла жаростойких заслонок, обеспечивающих закрутку по часовой стрелке дымовых газов. Более того, такая закрутка потока дымовых газов позволяет им подняться выше среза дымовой трубы на значительно большую высоту, чем при ламинарном их течении. А изменение конструкции теплообменного узла, выполненного в виде многозаходного змеевика, размещенного на наружной поверхности корпуса теплогенератора, не требует использования дополнительного теплоносителя и позволяет снизить температурную нагрузку на корпус теплогенератора от дымовых газов, за счет охлаждения ее теплоносителем при его движении по каналам змеевика. Выполнение корпуса теплогенератора в виде двух секций – обечаек, имеющих телескопическое соединение друг с другом, причем внутренняя обечайка выполняет сугубо функцию дымовой трубы и выдвигается из наружной обечайки на необходимую длину, а положение позиционирования ее фиксируется узлами фиксации типа «болт-гайка», позволяет увеличить рабочую длину дымовой трубы теплогенератора. При этом, защиты выдвигаемой секции дымовой трубы от от высокотемпературных дымовых газов может быть осуществлена за счет профилированных экранов-пластин из жаростойких композиционных материалов, например, на основе оксида алюминия, установленных на внутренней поверхности выдвигаемой секции дымовой трубы.

Тем самым, предлагаемый теплогенератор обладает более высоким коэффициентом использования тепла дымовых газов, а, соответственно, более высоким коэффициентом полезного действия, более низким экологическим ущербом, наносимым окружающей среде и населению при работе теплогенератора.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение № 2591759. Теплогенератор. МПК: F 24 H 1/00. / Д.В. Арсибеков, В.В. Короткий. – Опубл. 20.07.2016. – Опубл. № 20.

2. Патент РФ на изобретение № 2615301. Теплогенератор универсальный. МПК: F 24 H 1/06; F 24 1/14; F 24 H 3/08; F 23 L 15/04. / В.В. Короткий. – Опубл. 04.04.2017. – Бюл. № 10.

3. Патент РФ на изобретение № 2778027. Теплогенератор. МПК: F 24 H 1/14. / Опубл. 12.08.2022. – Опубл. № 23.

4. Волков Е.Б. Жидкостные ракетные двигатели / Е.Б. Волков, Л.Г. Головков, Т.А. Сырицын, М.: Воениздат, 1970. – 592 с.

5. Волков Л.И. Баллистическая ракета на твердом топливе / Л.И. Волков, А.И. Львов, А.М. Синюков, А.М. Шишков. Под ред. А.М. Синюкова. – М.: Воениздат, 1972 с. – 511 с.

6. Патент РФ на изобретение № 2625575. Способ получения оксида алюминия. МПК: С 01 F 7/02; C 01 F 7/46; F 23 G 7/00. / А.Е. Голубев, А.Н. Поник, В.С. Постников, О.И. Самонина, А.А. Мартынова, Н.Ю. Карпова. – Опубл. 17.07.2017.

7. Кузнецов Н.П. Технико-экономические аспекты городского централизованного водоснабжения / Н.П. Кузнецов, В.А. Пономаренко, А.И. Салтыков, Е.В. Бухтулова. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 480 с.

8. Кирсанов Ю.Г. Оценка воздействия выбросов вредных веществ на атмосферный воздух / Ю.Г. Кирсанов. – Екатеринбург, Издательство Уральского университета, 2018. – 108 с.

Изобретение относится к нагревателям текучей среды, в том числе воды, состоящим из корпуса и трех основных узлов – горелочного узла, теплообменного узла и дымовой трубы, при этом горелочный узел является средством получения тепла и может работать на углеводородном топливе. Технической задачей изобретения, совпадающей с положительным результатом его применения, является повышение эффективности нагрева теплоносителя в теплообменном узле, выполненном в виде многозаходного змеевика, образованного металлическими лентами, закрепленными одной из своих кромок на корпусе теплогенератора, а на противоположных кромках закреплен кожух теплообменного узла, по каждому из каналов змеевика обеспечивается ток теплоносителя преимущественно сверху вниз, что позволяет снизить высокотемпературное воздействие дымовых газов на корпус теплогенератора. Для повышения коэффициента использования тепла дымовых газов для нагрева теплоносителя в корпусе теплогенератора в зоне, соответствующей размещению теплообменного узла, установлены перпендикулярно продольной оси теплогенератора поворотные заслонки, выполненные в виде сегмента, перекрывающие на 25%-50% площадь поперечного проходного сечения корпуса теплогенератора. При этом кромки поворотных заслонок смещены друг относительно друга на угол в 60°-90°, таким образом, чтобы осуществлялась бы закрутка дымовых газов по часовой стрелке, что позволило бы не только вихревое движение дымовых газов при их движении по дымовой трубе и увеличить коэффициент использования их тепла за счет турбулизации потока. Выполнение дымовой трубы в виде двух секций, телескопически связанных друг с другом, позволит при выдвижении одной секции дымовой трубы из другой секции увеличить высоту дымовой трубы теплогенератора и снизить величину экологического ущерба, наносимого окружающей среде за счет увеличения высоты дымовой трубы. А защита дымовой трубы от высокотемпературных дымовых газов может быть обеспечена за счет установки внутри дымовой трубы из жаростойкого материала, из которого выполнены и поворотные заслонки. При этом вихревое движение дымовых газов за срезом дымовой трубы позволит значительно увеличить высоту подъема дымовых газов, что также снизит концентрацию вредных веществ, осаждаемых из дымовых газов на окружающую теплогенератор территорию. В состав теплогенератора может входить дегазатор, установленный на выходе из теплообменного узла, для удаления из теплоносителя растворенных газов для снижения скорости коррозионных процессов в раздаточных трубопроводах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплогенератор, содержащий цилиндрический корпус, в нижней части которого расположена топочная часть со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями, внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменный узел, закрепленный на корпусе, дымовую трубу, являющуюся верхней частью корпуса, установленные в внутри корпуса в зоне теплообменного узла заслонки, отличающийся тем, что теплообменный узел выполнен в виде многозаходного змеевика, каждый канал которого образован внешней поверхностью корпуса теплогенератора, металлическими лентами, одна из кромок которых закреплена по винтовой линии на корпусе теплогенератора, а на других кромках крепится обечайка коаксиально корпусу теплогенератора, являющаяся кожухом теплообменного узла, а подача теплоносителя в змеевики теплообменного узла и отбор нагретой среды производится, соответственно, в приемный и раздаточный коллекторы, к патрубкам которых подведены подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с патрубками коллекторов посредством фланцевых соединений, при этом заполнения заполнения всех каналов теплообменного узла теплоносителем, в приемном коллекторе установлена кольцевая диафрагма с отверстиями, суммарная площадь которых равна 95%-98% суммарной площади проходных сечений подводящих патрубков, при этом отводящий трубопровод подсоединен к дегазационному устройству для удаления из теплоносителя растворенных газов, а заслонки выполнены из жаропрочного материала в виде пластин и представляют собой сегменты круга с диаметром, равным диаметру проходного сечения корпуса теплогенератора, и закрепленные своей дуговой кромкой на внутренней поверхности корпуса теплогенератора в нижней части зоны теплообменного узла, причем все заслонки имеют одинаковую геометрию и располагаются последовательно друг над другом, причем каждая из заслонок перекрывает 25%-50% площади проходного сечения теплогенератора, а хорды соседних заслонок смещены друг относительно друга на 60°-90° таким образом, чтобы обеспечить правостороннюю закрутку дымовых газов.

2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что корпус теплогенератора выполнен в виде двух обечаек, телескопически связанных друг с другом, причем внутренняя обечайка выполняет функцию дымовой трубы теплогенератора и частично утоплена в полости наружной обечайки, которая является корпусом теплогенератора, вплоть до зоны расположения заслонок, а при работе теплогенератора может быть выдвинута из наружной оболочки и зафиксирована с помощью фиксаторов типа «болт-гайка», а корпус внутренней обечайки защищен от воздействия высокотемпературных дымовых газов профилированными жаростойкими пластинами, закрепленными на внутренней поверхности внутренней обечайки.