Водогрейный котел

Полезная модель относится к устройствам для нагрева воды и может быть использована в теплоэнергетике, в частности, для приготовления горячей воды, подачи тепла и других технологических нужд в производственных, бытовых и жилых помещениях.
Из уровня техники известен водогрейный котел (RU 146582 U1, F24H1/00, 10.10.2014), содержащий корпус с двойными стенками, образующими полость для циркуляции воды, выполненный в форме двух пустотелых призм. На корпусе выполнены патрубки для подвода холодной воды и отвода нагретой воды, патрубок для терморегулятора и дымовыводящий патрубок. Внутренний объем верхней призмы представляет собой газоходное пространство, внутренний объем нижней призмы - топочное пространство. В газоходном пространстве размещен резервуар для воды, сообщающийся с полостью для циркуляции воды. На передней стенке котла расположена загрузочная дверца и створка регулирования подачи воздуха. Топочное пространство выполнено с горизонтально размещенной колосниковой решеткой.
К недостаткам устройства относятся высокая металлоемкость конструкции, недостаточная эффективность теплообмена, невысокая мощность тепловой энергии, отсутствие бездымного горения.
Из уровня техники известен водогрейный котел (RU 75458 U1, F24H1/08, 10.08.2008), содержащий герметичный корпус, в котором размещены топка с газовой горелкой, теплообменник с дымовой коробкой, внутри которого расположены конвективные каналы, разделенные вертикальными стенками на несколько газоходов, патрубки для подачи воздуха в топку к газовой горелке и удаления продуктов сгорания и витой змеевик, установленный в полости теплообменника. В теплообменнике круглого сечения расположены конвективные каналы квадратного сечения, разделенные вертикальными стенками на несколько газоходов.
К недостаткам известного котла можно отнести высокую металлоемкость, недостаточную эффективность теплообмена, невысокую мощность тепловой энергии.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому водогрейному котлу является водогрейный котел (RU 61013 U1, F24H1/08, 10.02.2007), содержащий теплообменник, герметичный корпус, в котором размещены топка с газовой горелкой,  выполненный над ней конвективный газоход с дымовой коробкой телескопический патрубок для подачи воздуха в топку к газовой горелке и выброса продуктов сгорания, соединенный одним концом с дымовой коробкой и выходящий за пределы здания, и систему автоматики, соединенную с газовой горелкой. Конвективный газоход котла имеет вертикальные конвективные каналы трапецеидальной формы, расположенные внутри теплообменника. В полости теплообменника расположен витой змеевик.
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность теплообмена, высокая металлоемкость.
Технической проблемой, на решение которой направлена предложенная полезная модель, является снижение металлоемкости водогрейного котла и повышение его эксплуатационных характеристик.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в снижении металлоемкости устройства, повышении эффективности теплообмена, обеспечении бездымного горения и высокой пожаробезопасности, а также в получении высокой мощности тепловой энергии (до 100 кВт).
Для решения указанной технической проблемы у водогрейного котла, содержащего наружную трубу, теплообменник, горелочную часть с газовой горелкой, патрубок для подачи воздуха в горелочную часть и газоходную часть, теплообменник размещен внутри наружной трубы и содержит корпус, выполненный в виде единой вертикальной трубы, и горизонтальные трубы, расположенные в различном положении относительно друг друга , причем горелочная часть, представляющая собой испаритель, и газоходная часть, в которой размещены горизонтальные трубы, выполнены внутри корпуса теплообменника, в испарителе установлен колосник и расположены патрубок для подачи жидкого топлива и патрубок для подачи воздуха, на наружной трубе расположены патрубки для подачи и вывода теплоносителя, вверху газоходной части теплообменника предусмотрено выхлопное отверстие для вывода продуктов горения, наружная труба сварена с корпусом теплообменника сверху и внизу на уровне окончания горелочной зоны, при этом между наружной трубой и корпусом теплообменника образован контур для теплоносителя.
На фиг. 1 представлен общий вид водогрейного котла.
На фиг. 2 представлена схема подачи и горения топлива в испарителе.
На фиг. 3 представлена схема подачи теплоносителя.
В качестве жидкого топлива для котла может использоваться машинное масло, отработанное машинное масло, мазут и дизельное топливо.
Воздух в испаритель подается с использованием устройства, повышающего скорость потока, например, турбины или вентилятора.
Котел работает следующим образом (на примере использования жидкого топлива – отработанного машинного масла (далее масло)).
Из камеры с жидким топливом (на чертеже не показана) через патрубок для подачи топлива (1) в испаритель 2 подается масло. В испарителе 2 установлен чугунный колосник 3. Масло поджигается газовой горелкой (на чертеже не показана) и под воздействием воздуха, поступающего через патрубок 4 от турбины (на чертеже не показана), вокруг разогретого до 1000 градусов колосника 3 создается вихрь пламени масла, превращая масло в пары - пиролизный газ. Турбина подает воздух с высокой скоростью потока, увеличивая при этом температуру горения и скорость испарения-газообразования. Под давлением воздуха от турбины сгорающие газы поступают во внутреннюю полость теплообменника, образованную корпусом теплообменника 5. Для охлаждения патрубка подачи топлива 1 установлена рубашка-труба 6 в которую врезана труба 7 для подачи теплоносителя. Из рубашки 6 через расположенный на наружной трубе 8 патрубок подачи теплоносителя 9, теплоноситель поступает в камеру 10, образованную наружной трубой 8 и корпусом теплообменника 5, а также в горизонтально расположенные трубы 11. Пламя горения газов проходит по внутренней полости теплообменника, огибая горизонтальные трубы 11 и нагревая протекающий по ним теплоноситель, с максимальной отдачей энергии. Сгоревшие газы выбрасываются под давлением через выхлопное отверстие 12, а через патрубок 13 происходит выход нагретого теплоносителя.
На уровне колосника 3 происходит разделение на первичные и вторичные газы, при этом первичные идут вниз на горение и газообразование, а вторичные - вверх на дожигание. По окончании работы котла колосник 2 и испаритель 2 остаются чистыми, шлак отсутствует.
Герметичность конструкции обеспечивается за счет того, что газоходная труба, образованная корпусом теплообменника, установлена внутри наружной трубы. Наружная труба и корпус теплообменника сварены между собой сверху и на уровне окончания горелочной части. В горелочной части котла предусмотрена герметичная дверка, таким образом обеспечивается выход продуктов горения только в дымоход, а также обеспечивается пожаробезопасность.
Расположение испарителя внутри корпуса теплообменника увеличивает эффективность теплообмена, а турбированное горение, обусловленное конструкцией испарителя и обеспечивающее мгновенное превращение топлива в газ, приводит к увеличению мощности тепловой энергии.