СПОСОБ РАБОТЫ ОТОПИТЕЛЬНОГО КОТЛА В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F24D3/02 

Изобретение относиться 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 непрерывного горения, а также с системами естественного и принудительного поступления нагретого воздуха из отапливаемого помещения.

Отопление - технологический процесс теплоснабжения здания, который должен за счет получения тепловой энергии от теплоносителя обеспечить в течение отопительного периода поддержание в отапливаемых помещениях постоянной заданной температуры воздуха не ниже значения нормативно расчетной внутренней температуры.

Следует отметить, что все требования к дымоходным каналам прописаны в нормативных документах - СНиП 2.04.05-91 и ДБН В.2.5-20-2021. Их выполнение -обязательно. Если обобщить, то все можно свести к нескольким пунктам:

- Сечение (диаметр) дымохода не может быть меньше чем выходной патрубок на котле. То есть, если выход газового котла 150 мм, то дымоход должен иметь внутреннее сечение не менее 150 мм. Больше - можно, меньше нет.

- Дымоход должен идти вертикально вверх.

- На всем протяжении дымохода он не должен иметь искривлений и заужений. Это относится для напольного газового котла (с выходом затем дымохода снаружи помещения).

-Дымоход необходимо делать из газонепроницаемых материалов.

- Стыки тщательно изолировать - они должны быть герметичными.

- Так как дымовые газы на выходе современных газовых котлов имеют невысокую температуру, возможность образования конденсата. Поэтому при устройстве дымохода в нижней его части необходимо предусмотреть конденсатосборник.

- Дымоход для газового котла должен иметь такую высоту, которая будет обеспечивать хорошую тягу. Поэтому конец трубы дымохода должен возвышаться над коньком крыши не менее чем на 50 см.

- На конце трубы дымохода и других рядом вытяжных труб установленных рядом желательно установить защитную сетку, козырек-зонтик от мусора, птиц и осадков.

В целом все это обеспечивают степень безопасности.

Следует отметить также то, что в практике возникают непредвиденные (недостаточные) условия использования открытой схемы работы котла, в частности современные газовые котлы для таких зданий (помещений) устанавливают в самих отапливаемых помещениях, ограниченные специальными малогабаритными закрытыми помещениями для установки отопительного котла, а также от посторонних хождений людей. Примером может, служит установка малогабаритных современных в гаражных отапливаемых помещениях котлов отдельно, которые автор предложения в настоящее обслуживает при эксплуатации их, о чем ниже будет отмечено более подробно с примерами. В таких небольших по объему замкнутых помещениях, огороженных со всех сторон стенами и крышей при открытой схеме работы газового котла, происходит не надежное его эксплуатация из-за недостачи теплого поступающего атмосферного воздуха с кислородом из отапливаемого рядом помещения, тоже закрытого, но большого по объему, даже, несмотря на то, что происходит отвод дымовых газов и вытяжка воздуха наружу.

Задача на сегодняшний день актуальна и до конца не решена на практике в чем автор предложения при обслуживании таких напольных малогабаритных котлов отопления (серийного производства) смог на практике убедиться (причины эти также будут отмечены ниже в описании аналогов). То есть существует необходимость учета естественной тяги за счет регулирования скорости подачи нагретого воздуха из отапливаемого большого помещения затем в малое закрытое по объему помещение в месте установки отопительного котла. В связи с этим стоит актуальная задача иметь (создать) избыток нагретого количество свежего теплого объема воздуха за счет его поступления через боковую встроенную трубу в стене, огороженной для установленного напольного котла отопления, т.е. специальным дополнительным конструированием данного устройства в способе предлагаемого технического нового решения автора изобретения, воздух, который, смешиваясь, в закрытом небольшом помещении, позволяет горелочными устройствами поддерживать лучшее и безопаснее горение газа за счет свежего теплого воздуха (поступление большего количества кислорода), т.е. через горение газовых горелок в работе котла, а значит, происходит процесс оптимальной работы котла - увеличивается отдача тепла, где подается ровно столько подогретого воздуха, сколько требуется для хорошего поддержания процесса горения природного газа, поскольку при этом дымовой газ активно уносит за собой черную газовую смесь, создающей дополнительные трудности с эксплуатацией современных малогабаритных котлов и его надежности в работе. При этом необходимо обеспечить их тиражирование. Таким образом - это одно из «слабых» мест при установке газовых котлов в небольших замкнутых непосредственно в отапливаемых помещениях.

Можно получить удовлетворительные результаты работы газового котла, но для этого необходимо поступление дополнительно нагретого свежего воздуха, и исключить создание дополнительных трудностей при эксплуатации и требуемой степени безопасности котла и его надежностью и долговечностью.

Известен способ работы отопительного котла в системе горячего водоснабжения, включающий нагрев в котле теплообменника отопления, постоянный нагрев теплообменника горячего водоснабжения, подачу на вход последнего холодной воды и отвод из него в стояк нагретой горячей воды, при этом верхний конец стояка горячей воды системы соединяют с верхним концом стояка холодной воды, нижний конец которого подключают к входу теплообменника горячего водоснабжения (Патент RU №2652974, F24D 10/00, F24D 17/00 от 03.05.2018).

В качестве теплообменника используются горизонтально расположенные по высоте трубы отопления в контуре отопления емкости, а выход с входом трехходового крана, теплоноситель перемещается естественным путем (или с помощью насоса). Поэтому у котлов подобной конструкции высока металлоемкость, а также габаритные размеры увеличены. Кроме того, способ не рассматривает для сжигания топлива дополнительно поступления воздуха из отапливаемого помещения в места установки напольного котла в закрытое помещение ограниченного размерами, а также удаление активно продукта горения при работе на природном или сжиженном газе, например, размещение дополнительно вблизи воздуховода в сторону плиты, на которую устанавливают сверху котел отопления, при этом необходимо воздуховод увязать с принудительной подачи нагретого воздуха через боковую стену закрытого небольшого помещения, в котором размещен котел, подаваемыми вентилятором малой мощности или за счет естественной тяги, возникающей из-за разницы давления выходного патрубка котла, связанного с подключением к нему наружной дымовой и вытяжной вертикальными трубами.

Известен водогрейный котел для горячего водоснабжения и отопления, содержащий корпус, топочную камеру, размещенную в корпусе с образованием водяной рубашки между ними, патрубок подвода холодной (обратной) воды и горелочное устройство, которые размещены в нижней части соответственно водяной рубашки и топочной камеры, патрубок отвода горячей воды и дымоотводящий патрубок, при этом в нижней части топочной камеры над горелочным устройством установлен теплообменник в виде пучка труб, размещенных наклонно и закрепленных обоими концами в соответствующих противоположных стенках топочной камеры с образованием коллекторов соответственно входного и выходного, причем входной коллектор размещен ниже, чем выходной, и соединен с водяной рубашкой, а выходной коллектор соединен с патрубком отвода горячей воды, при этом над пучком труб размещен дополнительный теплообменник для утилизации остатков тепла дымовых газов (Патент RU №2273802, F24H 1/44 от 10.04.2006). Котел отличается увеличенной поверхностью теплообмена, ступенчатой теплопередачей и гравитационной циркуляцией воды, повышенной эффективностью использования дымовых газов, повышенным КПД, а также независимостью работы от электроэнергии.

Недостатком данной конструкции котла является повышенная металлоемкость и низкая ремонтопригодность. Кроме этого, для сжигания топлива используется воздух того помещения, в котором он установлен на полу, что не позволяет устанавливать котел в помещениях малого закрытого по объему. Выделение большого количества продукта сгорания в процессе горения газа из горелок еще не достаточно, чтобы этот продукт сгорания получил еще больше кислорода, в части закрытой комнате, поэтому могут происходить и осаждения на поверхностях контура теплообменников части недогоревших продуктов (в виде мелких пылеватых частиц золы), уменьшена тяга, соответственно, происходит засорение свободных зазоров продуктами сгорания, что существенно снижает тягу в сторону патрубка дымового, связанного с тягой дымохода, а это связано в дальнейшем и с пожарной безопасностью в целом и влияет на работу приборов автоматики управления котла.

Известен серийно выпускаемый водогрейный котел, предназначенный для раздельного отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых многоэтажных домах и индивидуальных жилых зданиях, с системами естественной и принудительной циркуляции воды. Котел содержит расширительный бачок и герметичный корпус, в котором размещены топочная камера с газовой горелкой, теплообменнику контура отопления с дымовой коробкой, буферная емкость прямоугольного сечения, с теплообменником (змеевиком) контура горячего водоснабжения, патрубки для подачи воздуха в топку к газовой горелке и удаления продуктов сгорания, расположенные в верхней части котла, патрубки подвода-отвода опрокидывания тяги и блок безопасности газовой горелки (Патент RU №88113, F24H 1/08 от 27.10.2009).

К недостаткам котла следует отнести повышенную металлоемкость и, как следствие, высокую инерционность в работе, для устранения которой требуется применения дорогостоящих датчиков и сложной системой управления. Герметичный корпус котла обеспечивает возможность гарантированного забора воздуха только с улицы (но не из отапливаемого помещения, и даже самого закрытого малого помещения) и гарантированный отвод продуктов горения наружу. Тем не менее, остается возможность за счет обратной тяги ухудшить показатели горения газовой горелки, вплоть до полного гашения пламени свежим воздухом или собственными продуктами сгорания. В частности вызванное получением выделяющегося большого количества сгоревшего продукта сгорания в процессе горения, в случае его применения в закрытом малом помещения (комнаты) газа из горелок и осаждения на поверхности контура теплообменников части сгоревших продуктов (в виде мелких пылеватых частиц золы), происходит засорение свободных зазоров продуктами сгорания, что существенно снижает тягу в сторону патрубка дымового связанного с тягой дымохода.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выполняемой функции является серийно выпускаемый отопительный котел в системе отопления, включающий нагрев горячей воды, при этом верхний конец стояка трубы нагретой воды системы соединяют с расширительной смесительной трубы, вода которой является теплоносителем, расположенной перед циркуляционным насосом с краном и с фильтром, при этом второй конец расширительной трубы соединяют со стояком трубы обратного движения воды в сторону впуска воды котла, включающего блок управления с электронным розжигом и контролем пламени, при этом котел, включающий теплообменник, состоит из секций теплообменников с контуром нагрева их стенок, в нижней части которых размещены горелочные устройства по всей длине, ряда параллельных перфорированных труб с отверстиями, концы которых заглушены и имеют штыри для соединения с отверстиями задней стенки котла, в промежутках между боковыми стенками размещенных горелочных устройств, преимущественно снизу со стороны пола, размещают дополнительно параллельные напорные воздуховоды с отверстиями с закрепленными в них насадками инжектируемой среды в виде сопел распыления сжатого нагретого горячего воздуха с помощью подсоединенного компрессора, подающего под давлением воздух в систему устройства с нагревательными элементами, при этом насадки выполняют прямыми вертикально и удлиненными относительно свободного зазора между стенками секций внутри теплообменника для их обдува и выноса одновременно засоряемого продукта сгорания в сторону дымового патрубка, соединенного с тягой дымохода (Патент RU №2736684, F24D 3/02, F24D 3/10, F24D 10/00 от 27.03.20200.

К недостаткам котла следует отнести повышенную металлоемкость, в части дополнительно устройства параллельных многочисленных напорных воздуховодов с насадками, и как следствие, высокую инерционность в работе для устранения, которой требуется применение нагревательных элементов и дорогостоящих датчиков и сложной системы управления. Герметичный корпус котла обеспечивает возможность гарантированного забора воздуха только с расширением площади помещения с неплотным закрывающей дверью данного помещения (комнаты). Помещение выполнено для отсутствия проникновения в него посторонних лиц и соблюдения техники безопасности при обслуживании стандартного газового котла, работающего в основном на природном газе. В настоящее время автор изобретения обслуживает три таких котла в течение нескольких уже лет, имея уже определенный опыт, именно для размещенных газовых котлов в гаражных отдельно друг от друга помещений ООО «НИВА», с. Добрынское, район Боголюбово, Владимирская область. Котел, серийно выпускаемый в Италии (Ветта-100/F_o NDi TAL). Модель котла одноконтурный, его верхняя и боковая части стенок закрыты теплоизоляционным материалом при нагреве чугунного теплообменника в целом с корпусом. Котел имеет электронный розжиг и контроль пламени с автоматикой узла управления. Модель котла, поставляемая в Россию, использована для выше указанных помещений. Мощность: от 18 до 36 кВт.

В серийном исполнении котел предназначен для работы на природном или сжиженном газе, работает в автоматическом режиме. Котел Fondital подходит для бытового, общественного и промышленного использования. Недостатки такого применения котла подробно описаны по патенту RU №2736684 от 27.03.2020 (здесь для сокращения описания не приводится). Тем не менее, как показывает практика за несколько лет эксплуатации, он быстро начинает накапливать между зазорами и сверху теплообменника контура, засоряя осаждающими легкими продуктами сгорания из-за недостаточной тяги, вызванной недостаточной степени пламени горения при недостаточном поступающим атмосферным воздухом (кислородом) в закрытом малогабаритном помещении (комнаты), геометрические размеры на практике проектирования и монтажа котла, как выяснилось, недостаточно надежны, о чем также ниже будет отмечено с конкретным примером, т.е. вынуждены дополнительно после каждой зимней эксплуатации разбирать котел, делать работу в пыли сажи обдувом воздуха отдельно компрессором вне помещения через протягивание шланга, компрессор, который установлен вдали - вне данного помещения котла, а также с регулированием подачи воздуха под определенным давлением сжатого воздуха. Оператору котла приходилось надевать дополнительно противогаз и другие защитные предметы. Работа достаточно вредна для дыхательных органов человека непосредственно в малом помещение, где оно полностью находится в саже в виде осаждающего после продукта сгорания в виде газа.

Следовательно, из-за указанных выше причин, установка серийного исполнения котла в малом закрытом помещении снижает требуемый КПД, поскольку в нем не решен вопрос сомоочистки нагреваемой поверхности чугунного теплообменника от газовых продуктов горения, которые выполняют функцию теплоизолятора, снижая эффективность теплопередачи от горючих газов к чугунному теплообменнику, а также нарушающих тягу за счет забивки промежутков пространственных свободных проходов для горячего дыма в сторону дымового патрубка над котлом. При этом тяга также резко уменьшается (происходит накопление на поверхность снизу), а значит, ухудшаются в целом условия эксплуатации таких котлов, для которых разработаны стандарты его применения.

Задача, решаемая настоящим изобретением, и достигаемый технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления дополнительных устройств для котла отопления, и как следствие этого, улучшения эксплуатационных характеристик котла и одновременно использовать поступление теплого атмосферного воздуха из отапливаемого рядом помещения, отгороженного внутренней стеной, за счет капитальных и эксплуатационных затрат на обслуживание котла в автоматическом режиме высокого горения при хорошей тяге и сохранения на требуемом нормами государственных стандартов уровне. Кроме того, технический результат достигается для повышения КПД котла за счет интенсификации нагрева стенок теплообменника путем обеспечения самоочистки их поверхностей за счет более лучшего уносимых дымовыми газами продуктов горения и предотвращения их оседания.

Технический результат достигается тем, что способ работы отопительного котла в системе отопления, содержащего блок управления розжигом пламени запальником горелки котла, секции теплообменника с контуром нагрева их стенок, в нижней части которых размещен запальник горелки с горелочными устройствами, включающий размещение котла в малом помещении, оснащенном внешней вертикальной вытяжной трубой, подачу нагретой в котле воды через стояк трубопровода в систему отопления помещения, при этом к стояку трубопровода на выходе подсоединяют расширительную горизонтальную смесительную трубу, которая также соединяется с трубопроводом подпитывающей холодной воды, и в которой смешивание горячей воды из котла с холодной подпитывающей водой, затем смешанную воду отводят из смесительной трубы в верхней стояк трубопровода, движение воды по которому осуществляется за счет повышающего давления циркуляционного насоса отопления, согласно изобретения, дополнительно размещают в нижней части боковой стенки малого помещения сквозной патрубок круглого сечения и перпендикулярно к нему параллельно полу малого помещения подсоединяют воздуховодную трубу, на боковой части которой с равным шагом выполнены отверстия для подачи воздуха, диаметр которых увеличивается вдоль трубы по ходу потока воздуха, причем подачу воздуха осуществляют из соседнего отапливаемого помещения через патрубок при помощи напорного вентилятора, установленного в отапливаемом помещении, воздуховодные отверстия прикрывают криволинейным козырьком, предотвращающим прямое воздействие поступающего от вентилятора воздуха на горелочные устройства котла для исключения гашения пламени.

Кроме того, вентилятор при помощи блока управления соединяют с терморегулятором, получающим данные от датчика температур, установленного в отапливаемом помещении, и обеспечивают при этом регулирование работы вентилятора.

Таким образом, существующими также признаками обеспечивается их причинно-следственной связью с техническим результатом, отмеченном выше. При этом такое горение газовых горелок в нижней части пола в сторону промежутков (каналов) теплообменника, состоящего из секций, обеспечивает равномерность по его длине и высоте обтекания все ребристые поверхности секций котла одноконтурного горячими газами, что исключает неравномерное осаждение на его поверхности упомянутых продуктов горения, обеспечивая равномерный нагрев, положительно влияющий на КПД теплообменника котла отопления. Образования яркого горения газовых горелок с пламенем по ходу горячих газов, увеличивают в этой зоне скорость прохождения горячих газов, несущих легкие частицы продуктов горения газа, что дополнительно связано и с хорошей тягой через вертикальную дымовую трубу, минимизирует осаждение этих частиц на внутренней ребристой поверхности корпуса теплообменника на внешней его поверхности. Наличие таких легких частиц на указанных поверхностях одноконтурного теплообменника, выполняющих функцию теплоизоляционного материала, проводило бы к значительному снижению теплообмена между горячими газами и поверхностями секций теплообменника, заполняемого внутри водой, что отрицательно влияло бы на КПД теплообменника котла отопления, т.е. при заполнении его водой в целом. Пламя горения происходит сильнее с поступлением достаточного атмосферного теплого воздуха, насыщенного кислородом из отапливаемого большого помещения за счет предложенного устройства в стене подачи в малое помещение с установкой котла отопления - обеспечит интенсивный нагрев всех секций одноконтурного чугунного теплообменника по все поверхности, положительно влияет на КПД котла отопления. Наличие дополнительных устройств, размещенных через боковую теплую стену внутри помещения в сторону котла размещенного на железобетонной плите пола, повышает дополнительно поступление теплого атмосферного воздуха из отапливаемого помещения (это до сих неизвестно в аналогах) при соблюдении указанных выше условий.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата закрытое малое по объему помещение, в котором размещают газовый котел (длина - 3,5 м, ширина -4 м, высота 3,0 м, конкретно уже построенного в отапливаемом и отгороженном в высотном помещении в виде гаража для стоянки автотранспорта потребителя) включает со стороны отапливаемого помещения установку малой мощности напорного вентилятора (изолированного от малого помещения с котлом) принудительно с дутьем (нагнетанием) теплого атмосферного воздуха, насыщенного достаточно кислородом, и с дальнейшим им поступлением его через сквозной патрубок, закрепленный в боковой стене отгораживающего помещения (комнаты). При этом сквозной патрубок соединяют с поперечной трубой, размещенной уже непосредственно в самом малом по объему помещения котла отопления, воздуходувных отверстий выполненные в зависимости от диаметра трубы, скорости воздушного потока на входе в трубу, местоположения воздуходувных отверстий рассредоточенных по длине трубы с одинаковым шагом. Такое конструктивное новое решение обеспечивает подачу теплого воздуха из отапливаемого помещения в закрытое малое помещение с установкой напольного котла отопления, сгорания полностью продуктов горения и отвода и, удаления продуктов сгорания с наружной поверхности теплообменника контура отопления. Кроме того, конструктивное исполнение диаметра воздуходувных отверстий, позволяют заполнить закрытое по объему малое помещение котла отопления, т.е. зависит от геометрических размеров помещения. Таким образом, необходимо подавать воздух принудительно из отапливаемого помещения с малой мощности использования напорного вентилятора, возможно применение и естественной подачи теплого воздуха из отапливаемого помещения (с отключением и ремонтом напорного вентилятора), учитывая при этом тягу, возникающую между объемом малого помещения, в котором размещен котел отопления, и связи с подключением самого помещения с наружными вертикальными вытяжными трубами большого диаметра (в нашем пример - установлены с наружи вертикальные трубы диаметром 300 мм на бетонной плите), а в целом все это повышает КПД и эффективность отопительного котла. Доставка теплого воздуха из отапливаемого помещения в малое закрытое помещение котла осуществляется в горизонтальном и вертикальном его наполнении заполнением всего объема помещения (комнаты). Кроме того, со стороны выхода воздуха из воздуходувных отверстий закреплен защитный криволинейный козырек по длине поперечной трубы с перфорацией, что предохраняет прямые удары поступающего теплого воздуха непосредственно в сторону котла с горелочными устройствами (их пламя не гасится) от принудительной подачи воздуха из отапливаемого помещения напорным вентилятором. При этом малое помещение заполняется сначала снизу в своем объеме наполнения по высоте, ширине и длине, соответственно, воздух равномерно насыщен кислородом не опасным для горения продуктов сгорания и, сразу поступает в сторону горелочных устройств, закрепленные снизу котла на уровне опорной плиты с установкой котла отопления (в нашем примере высота плиты 20 см от плоскости пола помещения).

Другим решением в отапливаемом помещении с установкой напорного в нем вентилятора является то, что последний связан с его автоматическим включением или отключением с терморегулятором встроенным в блок управления, т.е. в замкнутом пространстве отапливаемого помещения, установлен датчик температуры воздуха в отапливаемом помещении, позволяющего непрерывно контролировать управление работой напорного вентилятора. При этом эта связь существует и в связи с закрытым малым по объему помещения котла отопления, применяемого в данном конкретном случае, как типовой котел марки: котел «ХОПЕР» (производство РФ г. Воронеж) или котел ВЕТТА-100 (производство - страна Италия), последний описан подробно выше, который нами здесь непосредственно, кА взят за прототип, и рассматривается в целом в работе отопления (его работа связана уже с практикой эксплуатации автора обслуживающего котла отопления). А в целом, и сам котел снаружи поддерживается вокруг эффективно окружающим его теплым дополнительным воздухом в смешанном состоянии, не давая быстро остывать теплообменника контура снаружи в помещении, при этом создается лучшая тяга в сторону дымохода.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

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

на фиг.2 - панель управления котла горения;

на фиг.3 изображена схема установки на опорной плите котла отопления с вытяжной дымовой трубой с устройством подачи теплого воздуха из отапливаемого помещения, разрез;

на фиг.4 изображена схема размещения котла отопления с вытяжными трубами и с устройством подачи теплого воздуха из отапливаемого помещения (без потолка перекрытия малого помещения - комнаты), вид сверху.

на фиг.5 - план расположения горелочных устройств, вид сверху.

Для осуществления способа работы отопительного котла в системе отопления, устройства его содержит отопительную сборную конструкцию отопительного напольного котла 1 одноконтурный, только для отопления, с чугунным теплообменником (может быть и другой, согласно применения котла отопления по стандарту модели), состоящим из отдельных сборных секций (в нашем случае из 10 секций), имеющим блок управления с электронным розжигом и контролем пламени, патрубок 2 для удаления продуктов сгорания 3, основанном на сжигании природного или сжиженного газа, дымовая вертикальная труба 4 и вытяжная труба 5 из помещения котла, вертикальные трубы установлены на бетонной плите 6 с наружи здания.

Котел 1 для отопления включает также на панели управлении общий выключатель с сетевым индикатором, кнопку разблокирования 7, регулятор подогрева 8, индикатор блокировки от перегрева 9, индикатор блокировки отсутствия в дымоходе тяги и давления газа 10 (настройка температуры режима), индикатор блокировки горелки 11, световой индикатор работы горелки 12, термометр 13, предохранительный термостат с ручным сбросом 14. 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 отходящего от котла - 250 мм, напряжение от сети - 220 Вт, насос отопительного контура - UPS - 32-120F, насос рециркуляционный UPS 25/40; изоляция из минеральной ваты толщиной 50 мм с алюминиевым каркасом, обшивка каркаса из электрооцинкового листа с покрытием из эпоксиднополиэфира, количество форсунок основной горелки - 3 шт., диаметр форсунок основной горелки максимальный - 5,2 мм, диаметр форсунки запальной горелки - 2 мм. Поступление газа в котел 1 связано с приборами подачи газа 15, по трубе 16. Давление воды в котле определяют по прибору 17 со сбросом воздуха. Теплообменник отопления 18 включает 10 секций котла 1, выходом соединяют с трубой 19 горячей воды с входом с короткой расширительной горизонтальной трубы 20 (горизонтальная труба большого диаметра), к которой снизу подсоединяют вертикальный стояк-трубку 21 с тройником 22, с шаровым краном 23. Вертикальный стояк-трубку 21 через тройник 22 соединяют в нижней части с входом подпитывающей трубы 24 с шаровым регулирующим краном 25 поступающей холодной воды с обратным клапаном 26. Верхний конец стояка-трубы 27 горячей воды соединяют с верхней частью с расширительной смесительной горизонтальной трубы 20, вода является теплоносителем горячей воды, смешанной с поступающей подпиткой холодной воды снизу со стороны вертикального стояка-трубки 21. Далее стояк-труба 27 с шаровым краном 28, переходит в линию подающего напорного трубопровода 29. Из подающего напорного трубопровода 29 расположенный внутри помещения (не показано) под потолком вверху, далее вода проходит весь контур отапливаемого здания и поступает в обратный трубопровод 30, соединенный в конце через шаровой кран 31, циркуляционный насос 32, шаровой кран 33, последний со стояком-трубой 34, и в конце соединен с верхней частью короткой второй расширительной горизонтальной трубы 35 (горизонтальная труба большого диаметра), создающего гидравлическое сопротивление от гидроудара обратного трубопровода. Расширительную трубу 35 снизу соединяют со стояком трубопровода 36 (обратный трубопровод), шаровой кран 37, фильтр 38, основной насос повышенного давления 39 (насос отопления), емкость в виде расширительного бака 40, установленного для устранения гидроудара при входе воды в теплообменник 18, линия трубопровода 41 обратной воды с шаровым краном 42 соединяют с патрубком отопления 43 и входом соединяют с теплообменником 18 отопления, состоящим из 10 чугунных секций котла 1.

При э том следует отметить, что разводка отопительных трубопроводов на другие помещения и этажи (не показано) может иметь обычную известную схему по известным аналогам отопления зданий с водоразборной отопительной арматурой (не показано).

С учетом конструктивных особенностей газового котла 1 теплообменника 18 отопления, способ его работы включает подачу воздуха с атмосферными газовыми горелками 44 для сжигания газа в нижних расположенных горелочных устройствах в виде ряда перфорированных оцинкованных труб 45, концы которых заглушены и соединяют с помощью штырей 47 в отверстия (не показаны) задней стенки котла 1. При этом при нагревании теплообменника 18, состоящего из десяти секций по длине сборного котла 1 вода, нагреваясь, циркулирует переходом из одной секции воды в последующую за счет давления основного насоса 39 повышенного давления, отвод продуктов сгорания, элементом которого является дымовая труба короба 48, связанная с патрубком 2, далее с дымовой трубой 4 наружу из закрытого малого помещения, в котором размещен малогабаритный котел 1 отопления. Котел является одноконтурным, и оснащен блоком управления с электронным блоком контроля пламени, имеет электронный розжиг и оснащен всеми предохранительными устройствами, предусмотренными действующими нормативами по продукции. Каркас обшивки из электроцинкового листа с покрытием из эпоксидполиэфира. Предусмотрен сливной кран 49 из теплообменника 18 снизу. Государственные стандарты регламентируют температуру отводящих дымовых газов не ниже 116°С, хотя опыт показывает, что для 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 110°С.

В связи с вышеизложенным в работе котла 1 отопления, как показала практика эксплуатации заявителем выявлено в том, что эксплуатация данного котла в течение уже 2-3 лет выходит из строя из-за его активного засорения в виде осевшей сажи при недостаточно ярким пламени горения горелок активно, т.е. пламя горения газа с продуктами сгорания в виде дыма, между зазорами секций теплообменника 18, происходит некоторая часть постепенно осаждаться и накапливаться в виде мелких несгоревших пылеватых частиц сажи (налипания на стенки контура теплообменника), т.е. часть потока несгораемого продукта гасится при развороте и обдува горячими дымовыми газами, двигаясь к выходному патрубку 2 дымовой трубы 4, последняя установлена вертикально с наружи помещения с определенной заданной высотой для создания тяги дымохода.

Следует отметить, что котел 1 отопления установлен в закрытом малом помещении с размерами на практике: где - длина помещения, b - ширина помещения, h - высота помещения. Проанализировав его недостатки в части продуктов газового сгорания, на практике выяснилось, что серьезнейшей проблемой при создании замкнутых (закрытых) малогабаритных котлов отопления малой и средней мощности в таких малых помещениях (комнатах), является то, что они недостаточно полно учитывают возможность полного наполнения атмосферным воздухом с кислородом для обеспечения хорошего горения горелочных устройств, а также отсутствия возможности поступления нагретого воздуха из отапливаемого помещения, во много раз большого по своему объему. Примером может, служит эксплуатация на объекте малого предприятия, как ООО «НИВА», суздальский район, Владимирская область, где помещение оборудовано для стоянки и хранения автомобилей и другой техники в осеннее-зимний-весенний периоды холодное время года.

Таким образом, из «слабых» мест малых помещений - это недостача атмосферного теплого воздуха, насыщенного кислородом с возможностью более активного горения продуктов горения, как природного газа, так и сжиженного газа, а значит, недостаточная хорошая эксплуатация для работы котла, что отрицательно влияет на эксплуатацию малогабаритных массовых при использовании котлов горения, а значит, его надежность и долговечность не достаточно обеспечены. А это в свою очередь не достаточно гарантирует возможности обеспечения максимально возможного забора воздуха из данного помещения и, требует дополнительного поступления теплого (нагретого) воздуха из отапливаемого помещения из большого по объему его, а также увеличения при этом тяги для отвода продуктов горения и выход наружу за счет поддержания лучшего горения в газовых горелках, образования более яркого пламени от дополнительно поступающего кислорода со свежим теплым воздухом, а значит, возможность сгорания продуктов горения. Такой подход до сих пор не рассматривался другими авторами изобретения. Кроме того, происходит дополнительное автоматическое поддержание заданной температуры в малом помещении (учитывая устройство вытяжки в виде второй вертикальной трубы с наружи помещения). Все это в целом сказывается и на надежности сохранения теплообменника в работе.

Для устранения данного недостатка и улучшения эффективности работы котла 1 дополнительно посредством устройства сквозного патрубка 50 через боковую стену над полом помещения, из отапливаемого помещения подают теплый атмосферный воздух в большом количестве напорным вентилятором с управлением в сторону нижней части пола малого помещения, в котором установлен котел 1 отопления на плите высотой 30 см. от пола помещения. Сквозной патрубок 50 имеет круглое поперечное сечение, к которому крепится поперечная воздуходувная труба 51 (в предложенном случае, длина 3 м, диаметр 0,05 м) цилиндрической формы и, которая имеет круглые отверстия 52 от 18 до 21 мм, суммарная площадь которых достаточна, чтобы забирать теплый воздух из отапливаемого помещения, насыщенного кислородом в сторону закрытого малого помещения за счет малой мощности вентилятора 53. Таким образом, подача воздуха вентилятором, осуществляется с подключением через круглый патрубок 50, устроенный в нижней части боковой стены (комнаты со стороны отапливаемого помещения с принудительным поступлением в воздуходувную трубу 51 с круглыми отверстиями 52, что позволяет в закрытом малом помещении (комнате) котла 1 осуществить ее наполнение, начиная снизу (от пола) нагретым воздухом из отапливаемого помещения большого по объему и лучшего поддержания горения газовых горелок (3 штуки) 44 и для надежного сжигания газа в нижней их расположении над полом установки котла 1 на бетонной плите (тумбе), высота которой равна 30 см над полом помещения, а значит, возможность полного сгорания природного газа и выноса продуктов сгорания в сторону дымового патрубка 2 короба 48, далее проход через тягу дымоходной вертикальной трубы 4 с наружной стороны помещения.

При этом отверстия перфорации воздуходувной трубы 51 закрыты тонкой нержавеющей сеткой, затем эластичной резиновой прокладкой, разрезанной по диаметру до контура отверстий (для упрощения чертежа не показано)). Сетка и резиновая прокладка прижата к отверстию воздуходувной трубы 51 металлическими кольцами и винтами (не показано) с целью отсутствия попадания мусора и других инородных тел в сторону установки котла отопления 1, размещенного в изолированном отдельном помещении. Один конец поперечной воздуходувной трубы 51 с торца закрыт съемной заглушкой 54, а вся длина ее сбоку со стороны отверстий 52 на некотором расстоянии прикрыта стационарным изогнутым козырьком 55.

В варианте выполнения дополнительного устройства подачи теплого воздуха через полость самого вентилятора (при его отключении) из отапливаемого помещения может также осуществляться через круглый патрубок 50 далее в воздуходувную трубу 51 с круглыми отверстиями за счет возникающей разницы давления между давлением в малом помещении с установкой вытяжной трубы 5 с наружи помещения, вход которой связан через большой патрубок в боковой стене выше котла отопления.

Напорный вентилятор 53 может быть выполнен соединением с настенным креплением регулятора скорости включения-отключения с автоматической системой управления. Это позволяет включать или отключать его в работе по необходимости, экономя расход электроэнергии, что приводит к повышению также эффективности в целом.

Таким образом, возможно регулятором регулирования числа оборотов малой мощности напорного вентилятора 53 скорости его вращения путем задания вручную регулятором переключателя с рисками скорости (наподобие подогрева или охлаждения в салоне автомобиля), например, в трех положениях: малое его вращение, среднее и максимальное для подачи нагретого воздуха насыщенного кислородом из отапливаемого помещения или с помощью автоматического устройства. В этом случае программа автоматического устройства (не показано), например, по периодам суток, настроенного блока управления в виде программируемого терморегулятора. Он включает в себя панель с жидкокристаллическим экраном (не показано) основанного на программируемым терморегуляторе для таких систем с жидкокристаллическим экраном и включает: режим антизамерзания, режим - программы. Ручной режим, индикатор события, время (учитывающий температуру отапливаемого помещения), текущий темпер, день, недели, кнопка «Вниз/минус», кнопка «ВКЛ/ВЫКЛ.». Технические характеристики блока (не показаны) управления, напряжение - 220 В (возможно 110В - 14В; потребная мощность 2 Вт; диапазон температур 50° - 60°С, переключение дифференциал 0,5°С; температура монтажа 5°С; уровень защиты корпуса LP 20; материал корпуса - негорючий пластполимер. Функция управления ручной режим - все программные установки не действуют. Терморегулятор постоянно связан с температурой окружающего воздуха отапливаемого помещения (не показано); программный режим - сутки разделяются на шесть периодов и терморегулятор работает автоматически по заданной температуре и времени.

Стандартные терморегуляторы рекомендуются для управления электрического и водного обогрева. Кроме того, его можно соединить по линии связи с персональным компьютером (не показан) в режиме «online». Однако, в любом случае, установка котла отопления 1 с малым объемом помещения должна по ГОСТУ иметь обязательно Естественную вентиляцию, выполненную в виде наружной вертикальной вытяжной трубы 5 рядом с дымовой вертикальной трубой 4, установленных на одной бетонной плите и с одной высотой расположения.

Настоящее изобретение в целом решает многоцелевую задачу работы выше описанного напольного котла одноконтурного с чугунным или иным теплообменником за счет указанных выше устройств, а также отсутствует нарушение использования и блока автоматического управления газовым котлом в целом.

Таким образом, малогабаритные характеристики любого котла позволяют использовать в напольном варианте эксплуатации. Кроме того, работа топочных газовых горелок способны лучше сглаживать, например, горение пламени при поступлении больше кислорода из атмосферы подогретого отапливаемого помещения, без использования сложной системы управления продува сгоревших продуктов сгорания между зазорами теплообменника (по сравнению с прототипом). Кроме этого, в малом по размерам помещении (комнаты), где традиционно используются или должны использоваться котлы малой и средней мощности, сложно устанавливать габаритный металлоемкий котел, тем более на малой напольной плите, и в малом помещении по объему своему, а значит, новое предложение в конструкции котла в сочетании с его микропроцессорным управлением позволяет решить проблему снижения массогабаритных характеристик и оперативно учитывать дополнительное устройство подачи теплого воздуха из отапливаемого помещения (до сих пор этого не известно в практике эксплуатации) с работой одноконтурного напольного котла. При этом даже за счет естественной тяги регулируется скорость подачи нагретого воздуха из отапливаемого помещения в сторону малого помещения, в котором размещен котел отопления, установленного на уровне расположения снизу горелочных устройств, при этом отсутствует снизу охлаждение и самого малого помещения (со стороны пола). Подается ровно столько подогретого воздуха из отапливаемого помещения, сколько требуется для поддержания лучшего процесса горения природного газа, поскольку избыток подогретого нагнетаемого воздуха напорным вентилятором в помещение, затем будет, уходит далее в вытяжную трубу 5 с наружи помещения. Следует также отметить в этом, случае, например, надува сверху в дымовую трубу сильного ветра с наружи помещения, так как оно будет «самортизирован» объемом заполняемым воздухом малого помещения напорным вентилятором 53 (дополнительным давлением), а также при этом гашение газовых горелок 44 не произойдет. А это значит, позволяет обеспечить безаварийную работы котла отопления 1 в целом, т.е. при использовании дополнительных простейших, но наиболее надежных устройств подачи дополнительного нагретого воздуха из отапливаемого помещения, имеющего намного больше геометрические размеры.

Перечисленные совокупности существенных признаков технических решений размещения котла отопления в малых помещениях (комнатах), с примером, уже построенных и обслуживаемых автором изобретения, а также реализуемый с помощью дополнительных простейших устройств в способе работы отопительного котла не позволили выявить решения, в том числе тождественные, обеспечивающие технический результат, что позволило сделать вывод о соответствии заявляемых решений условиям охраноспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Рассмотрим теоретический пример создания условий равномерной полдачи атмосферного воздуха, по длине перфорированной воздухонадувной трубы 51 с круглыми отверстиями 52, где использованы уравнения неразрывности Эйлера, применительно к предложенной схеме, изображенной на фиг.4.

Пример 1. На основании численного решения эмпирических уравнений с учетом граничных условий по распределению скорости воздушного потока по длине трубы (м/с), имеем: (1), где V_o - скорость воздушного потока на входе в трубу, м/с; х - координата расположения отверстия вдоль оси трубы, м.

Диаметр отверстий в воздуходувной трубе в зависимости от их местоположения определяется выражением: (2), где d(x) - зависимость диаметра отверстий от их местоположения, м; d - диаметр воздуходувной перфорированной трубы, м; u(х) - зависимость относительной скорости воздушного потока от местоположения вдоль трубы; n - количество рядов отверстий; u(x) = V(x)/V_o.

Для равномерного расхода воздуха из воздуходувной трубы диаметры круглых отверстий увеличиваются с 18 мм до 21 мм при начальной скорости воздушного потока V_o=12,4 м/с, при диаметре трубы d=0,05 м и длина трубы 3 м, количество рядов отверстий n=4 шт.

Высокий КПД котла отопления будет обеспечиваться в результате использования изобретения созданным предложенным дополнительным устройством с сохранением его улучшенных эксплуатационных характеристик с чугунным или иным теплообменником, когда снизу поступает дополнительно нагретый воздух насыщенный достаточно кислородом для горения в малом помещении, в котором находится котел, где продукты горения активно удаляются в дымовую трубу с учетом ее тяги, как и при этом выход в вытяжную трубу, установленные снаружи помещения.

Такая совокупность и оригинальность практического применения предлагаемого изобретения очевидна путем подачи дополнительного теплого воздуха насыщенного кислородом снизу над полом в сторону котла отопления, котел, который выполнен в серийном исполнении производства, это дает возможность устранения более простым способом устранения засорения продуктами сгорания при сжигании природного газа и движения верх с выносом продуктов сгорания вместе с дымовыми газами от горения газа с горелками, и сохранения КПД, на уровне требуемого по техническому обслуживанию данных выпускаемых производством котлов, условия которых также повысилась надежность работы котла отопления, и упростилось его обслуживание.

Изобретение может быть использовано в системах индивидуального отопления небольших жилых зданий, производственных и гаражных помещений. Способ работы отопительного котла в системе отопления включает размещение котла в малом помещении, оснащенном внешней вертикальной вытяжной трубой, подачу нагретой в котле воды через стояк трубопровода в систему отопления помещения. К стояку трубопровода на выходе подсоединяют расширительную горизонтальную смесительную трубу, которая также соединяется с трубопроводом подпитывающей холодной воды и в которой происходит смешивание горячей воды из котла с холодной подпитывающей водой. Затем смешанную воду отводят из смесительной трубы в верхний стояк трубопровода, движение воды по которому осуществляется за счет повышающего давление циркуляционного насоса отопления. Дополнительно размещают в нижней части боковой стенки малого помещения сквозной патрубок круглого сечения и перпендикулярно к нему параллельно полу малого помещения подсоединяют воздуховодную трубу. На боковой части возхдуховодной трубы с равным шагом выполнены отверстия для подачи воздуха, диаметр которых увеличивается вдоль трубы по ходу потока воздуха. Подачу воздуха осуществляют из соседнего отапливаемого помещения через патрубок при помощи напорного вентилятора, установленного в отапливаемом помещении. Воздуховодные отверстия прикрывают криволинейным козырьком, предотвращающим прямое воздействие поступающего от вентилятора воздуха на горелочные устройства котла для исключения гашения пламени. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ работы отопительного котла в системе отопления, содержащего блок управления розжигом пламени запальником горелки котла, секции теплообменника с контуром нагрева их стенок, в нижней части которых размещен запальник горелки с горелочными устройствами, включающий размещение котла в малом помещении, оснащенном внешней вертикальной вытяжной трубой, подачу нагретой в котле воды через стояк трубопровода в систему отопления помещения, при этом к стояку трубопровода на выходе подсоединяют расширительную горизонтальную смесительную трубу, которая также соединяется с трубопроводом подпитывающей холодной воды, и в которой смешивание горячей воды из котла с холодной подпитывающей водой, затем смешанную воду отводят из смесительной трубы в верхней стояк трубопровода, движение воды по которому осуществляется за счет повышающего давления циркуляционного насоса отопления, отличающийся тем, что дополнительно размещают в нижней части боковой стенки малого помещения сквозной патрубок круглого сечения и перпендикулярно к нему параллельно полу малого помещения подсоединяют воздуховодную трубу, на боковой части которой с равным шагом выполнены отверстия для подачи воздуха, диаметр которых увеличивается вдоль трубы по ходу потока воздуха, причем подачу воздуха осуществляют из соседнего отапливаемого помещения через патрубок при помощи напорного вентилятора, установленного в отапливаемом помещении, воздуховодные отверстия прикрывают криволинейным козырьком, предотвращающим прямое воздействие поступающего от вентилятора воздуха на горелочные устройства котла для исключения гашения пламени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вентилятор при помощи блока управления соединяют с терморегулятором, получающим данные отдатчика температур, установленного в отапливаемом помещении, и обеспечивают при этом регулирование работы вентилятора.