ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к отопительной технике и может быть использована для отопления жилых и других помещений, а также для горячего водоснабжения.
Известно водогрейное устройство (аппарат отопительный), содержащий корпус, выполненный в виде цельносваренной металлической конструкции прямоугольной формы, топочную камеру, газогорелочное устройство, дымоход и патрубки подвода и отвода воды (см. Аппарат отопительный АОТГ-16. Руководство по эксплуатации АОТГ 16.00.000 РЭ. МП «Маяк», г. Змиев, Харьковской обл., 1997 г). Между топочной камерой и стенками корпуса образована водяная рубашка. Боковые стенки и верхняя часть корпуса облицованы стальным листом, топочная камера отделена разделительным листом. Газогорелочное устройство с автоматикой регулирования размещено в прорези на панели дверцы, которая расположена на передней стенке корпуса устройства.
Недостатком данного устройство является низкий коэффициент полезного действия, обусловленный большим объемом топочной камеры и небольшой поверхностью площади теплообмена, которая не позволяет полностью забирать тепло. В результате этого большая часть тепла уходит вместе с дымовыми газами. Кроме того, устройство является габаритным и металлоемким. Уменьшение габаритов устройства приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия.
Наиболее близким к заявляемому решению является водогрейный котел, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус и топочную камеру, водяную
рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство (см. Патент Российской Федерации №2187766, МПК F 24 H 1/24, опубл. 26.06.2000 г.). Рабочий дымоход размещен в верхней части корпуса в противоположных по длине топочной камеры крайних ее частях. Причем газоход образован несколькими направляющими перегородками, которые установлены вертикально поперек движению продуктов сгорания, образуя каналы для их прохода попеременно с задней и передней стенками. Благодаря такому расположению направляющих перегородок улучшается теплообмен.
Однако данный котел имеет недостатки, обусловленные тем, что теплообмен возрастает незначительно вследствие того, что теплопередача идет от продуктов сгорания к небольшой поверхности теплообмена, а значительная часть тепла уходит через дымоход с дымовыми газами. При этом водяная рубашка, несмотря на значительный объем, имеет небольшую площадь конвективного теплообмена, что не позволяет значительно увеличить коэффициент полезного действия. Кроме того, уменьшение габаритных размеров котла приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования водогрейного котла, в котором путем увеличения площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива достигается значительное повышение коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.
Поставленная задача решается тем, что в известном водогрейном котле, содержащем корпус и топочную камеру, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, согласно полезной модели имеет конвекционную камеру, расположенную в
целом выше топочной камеры, и соединенную с ней посредством газохода, рабочий дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, и пусковой дымоход, расположенный в верхней части конвекционной камеры, а между газоходом и горелочным устройством расположен водяной резервуар, соединенный с водяной рубашкой.
Кроме того, водяной резервуар имеет нижнюю поверхность, расположенную горизонтально в зоне высоких температур.
Кроме того, водяной резервуар имеет верхнюю поверхность, выполненную наклонно.
Предпочтительно, когда конвекционная камера включает водяные полости, расположенные зигзагообразно.
Целесообразно, когда направляющая перегородка газохода выполнена в виде водяной полости.
Наибольшая эффективность передачи тепла от продуктов сгорания топлива и от очага сгорания топлива достигается при условии размещения теплообменных элементов в зоне высоких температур. Эта зона расположена в топочной камере над горелочным устройством. Размещение такого теплообменного элемента, как водяной резервуар, непосредственно между газоходом и горелочным устройством позволяет эффективно отбирать тепло, так как таким образом обеспечивается увеличение площади конвективного теплообмена в результате того, что поверхность резервуара отбирает тепло и от горелочного устройства, и от газохода. Кроме того, максимально передача тепла от горелочного устройства к теплообменному элементу происходит при расположении нижней поверхности резервуара горизонтально в зоне высоких температур. Циркуляция воды в резервуаре обеспечивается тем, что резервуар соединен с водяной рубашкой, что также оказывает положительное влияние на теплообмен. При этом выполнение верхней поверхности водяного резервуара наклонной улучшает циркуляцию теплоносителя.
Благодаря наличию в котле конвекционной камеры, расположенной в целом выше топочной камеры, образуется значительный объем для циркуляции
продуктов сгорания топлива. В результате этого увеличивается период ротации продуктов сгорания в котле, улучшается циркуляция теплоносителя и увеличивается время теплопередачи. Кроме того, в зоне потолочной стенки конвекционной камеры образуется еще одна зона высоких температур. Размещение теплообменных элементов, таких как водяные полости, в конвекционной камере позволяет эффективно осуществлять теплообмен и отбирать тепло из зоны высокой температуры. Расположение водяных полостей зигзагообразно улучшает циркуляцию воды и также способствует лучшему теплообмену.
Кроме того, возможно изменение габаритов котла без существенного изменения коэффициента полезного действия. Это достигается в результате того, что при изменении размеров конвекционной камеры и высоты котла можно варьировать количеством водяных полостей, расположенных в конвекционной камере.
Выполнение направляющей перегородки, образующей газоход в виде водяной полости, позволяет дополнительно увеличить площадь конвективного теплообмена.
Размещение рабочего дымохода в нижней части корпуса способствует тому, что горячие продукты сгорания топлива, поднимаясь вверх в топочной камере и далее в конвекционной камере, не уходят через дымоход, расположенный в верхней части корпуса, а опускаются вниз, отдавая тепло водяным полостям и водяной рубашке. Это происходит в результате того, что после достижения рабочей температуры в котле, выход продуктов сгорания через пусковой дымоход, расположенный в верхней части корпуса, перекрывается заслонкой. Продукты сгорания, поднявшиеся по наклонно расположенному газоходу вверх к потолочной стенке конвекционной камеры, отдают тепло водяным полостям и водяной рубашке, в результате чего плотность продуктов сгорания увеличивается, продукты сгорания охлаждаются и опускаются вниз, а затем отводятся по рабочему дымоходу. Таким образом, обеспечивается турбулизация потока газообразных продуктов сгорания
топлива. При этом встречное движение продуктов сгорания сверху вниз и теплоносителя снизу вверх позволяет снизить температуру продуктов сгорания на выходе из котла практически до температуры теплоносителя на входе котла.
Таким образом, предложенная конструкция водогрейного котла позволяет увеличить площадь конвективного теплообмена и турбулизацию газообразных продуктов сгорания топлива и обеспечивает значительное повышение коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.
Сущность предложенной полезной модели поясняется на чертежах, где на фиг.1 представлен общий вид водогрейного котла, на фиг.2 - вид А-А фиг.1, на фиг.3 - вид Б-Б фиг.2.
Водогрейный котел содержит корпус 1, топочную камеру 2, имеющую нижнюю часть 3, конвекционную камеру 4, расположенную в целом выше топочной камеры 2, горелочное устройство 5, расположенное в нижней части 3 топочной камеры 2, при этом конвекционная камера 4 имеет потолочную 6, вертикальные боковые 7, 8, переднюю 9 и заднюю 10 стенки, водяную рубашку 11, которая образована стенками корпуса 1, стенками топочной камеры 2 и стенками конвекционной камеры 4, патрубок подвода холодной воды 12, расположенный в нижней части корпуса 1, и патрубок отвода горячей воды 13, расположенный в верхней части корпуса 1, при этом патрубки обеспечивают подключение котла в систему отопления, водяной резервуар 14, обеспечивающий увеличение площади конвективного теплообмена и установленный между газоходом 15 и горелочным устройством 5, причем конвекционная камера 4 соединена посредством газохода 15 с топочной камерой 2, а газоход 15 образован направляющей перегородкой 16, выполненной в виде водяной полости из листовой стали, которая соединена с водяной рубашкой 11, при этом газоход 15 соединен также с пусковым дымоходом 17, расположенным в верхней части корпуса 1 и предназначенным для запуска котла и с рабочим дымоходом 18, расположенным над патрубком подвода воды 12 в нижней части корпуса 1, водяные полости 19,
расположенные зигзагообразно в конвекционной камере 4, обеспечивающие дополнительную теплоотдачу, и которые соединены с водяной рубашкой 11, поддон 20, расположенный в нижней части корпуса 1, и дверцу 21, расположенную в верхней части котла и обеспечивающую доступ ко всем элементам котла при очистки его от золы и сажи, заслонок 22, 23, расположенные в дымоходах 17 и 18 соответственно, и открывающие или закрывающие при необходимости дымоходы.
Водогрейный котел работает таким образом.
Топливо подается при помощи горелочного устройства 5 в топочную камеру 2 и поджигается. При этом заслонки 22 и 23 в дымоходе 17 и 18 предварительно открываются. При достижении рабочей температуры в котле заслонка 22 закрывается, перекрывая выход продуктов сгорания через пусковой дымоход 17. При этом над горелочным устройством 5 образуется зона высоких температур, под действием которых в резервуаре 14 в основном в нижней его части происходит нагрев теплоносителя. Нагретый теплоноситель расширяется, плотность его уменьшается, и он устремляется в верхнюю часть водяной рубашки 11. При этом часть тепловой энергии остается в продуктах сгорания, которые поступают в газоход 15 и далее в конвекционную камеру 4. Проходя по газоходу 15, часть тепла отбирается направляющей перегородкой 16, которая выполнена в виде водяной полости, что позволяет дополнительно увеличить площадь конвективного теплообмена. Полость направляющей перегородки соединена с водяной рубашкой 11, что создает циркуляцию теплоносителя. Пройдя газоход 15, горячие продукты сгорания топлива устремляются в конвекционную камеру 4. В зоне потолочной стенки конвекционной камеры 4 образуется зона высоких температур. Передача тепла от этой зоны происходит через потолочную стенку 6 к водяной рубашке 11 и водяным полостям 19, расположенным в конвекционной камере 4. В верхней части водяной рубашки 11 теплоноситель, нагретый в водяном резервуаре 14, в направляющей перегородке 16, в водяных полостях 19 конвекционной камеры 4, перемешивается и далее поступает через патрубок 13 в отопительную
систему. Продукты сгорания топлива, потеряв тепловую энергию и увеличив при этом плотность, постепенно вытесняются в нижнюю часть конвекционной камеры 4, создавая турбулизацию потока, и выходят через дымоход 18. В нижней части конвекционной камеры 4 происходит дальнейший теплообмен между встречными потоками, теряющими температуру продуктами сгорания и постепенно нагревающейся обратной водой, вновь поступившей из отопительной системы.
Горелочное устройство обеспечено автоматической регулировкой режимов работы.
Таким образом, предложенная конструкция водогрейного котла обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу в теплообменных элементах благодаря увеличению площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива, позволяет снизить температуру выходящих газов и достичь значительного повышения коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.