Газовый проточный нагревательный котёл
GAS FLOW HEATING BOILER

Изобретение относится к области отопления, в частности к проточным нагревательным котлам, и может быть использовано в системах отопления путем нагрева текучей среды посредством сжигания газа.
Известен газовый водогрейный проточный котел, содержащий коробчатый металлический кожух, внутри которого расположены подающий и обратный трубопроводы теплоносителя с арматурой, нагревательный узел в виде камеры сгорания, в котором размещены теплообменники, запальник и основные горелки, расположенный под дымовой коробкой, обеспечивающей удаление продуктов сгорания, снабженный системой автоматики и безопасности, газовый коллектор, отличающийся тем, что газовый коллектор за входным газовым клапаном разделен на две автономные ветви, соединяющиеся перед основными горелками, в одной из которых установлен клапан, управляющий режимом "Малое горение", а во второй - клапан, управляющий режимом "Большое горение", причем управляющими клапанами установлен по крайней мере один электромагнитный клапан для управления горением запальной горелкой. (Патент RU №28228 U1. Газовый водогрейный проточный котел. - МПК: F24H 1/12. - Опубл. 10.03.2003).
Известен котел пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания, выполненную в виде цилиндрической полости с закрытым торцом и открытым торцом, в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для отвода продуктов сгорания, емкость для нагреваемого теплоносителя, установленное в камере сгорания запальное устройство со свечой зажигания, а также смесительное устройство, дефлектор. Смесительное устройство через первые и вторые обратные клапаны, и ресиверы подсоединено к устройствам подвода топлива и воздуха соответственно, а дефлектор расположен в камере сгорания с образованием кольцевой щели с полостью смесительного устройства. Устройство отвода продуктов сгорания связано с открытым торцом камеры сгорания посредством, по меньшей мере, одного змеевика, расположенного в полости емкости для нагреваемого теплоносителя. Запальное устройство выполнено съемным в виде размещенного на противоположном относительно камеры сгорания торце смесительного устройства фланца с центральным отверстием и шпильками, на концах которых закреплен дефлектор со свечой зажигания, электроды которой расположены со стороны камеры сгорания. Запальное устройство снабжено турбулизатором воздушно-топливной смеси, выполненным в виде крыльчатки, расположенной в полости смесительного устройства со стороны дефлектора. Обратный клапан воздуха расположен на противоположной от дефлектора стороне фланца. Также устройство отвода продуктов сгорания может быть связано с открытым торцом камеры сгорания посредством изогнутых труб, расположенных в полости емкости для нагреваемого теплоносителя, свеча зажигания может быть расположена в полости смесительного устройства, а запальное устройство может быть снабжено узлом под-жига, включающем трубку подвода топлива, направленную в сторону свечи зажигания. (Патент RU №2293253 С1. Котел пульсирующего горения (варианты). - МПК: F23C 15/00, F24H 1/08. - Опубл. 10.02.2007).
Известен проточный котел пульсирующего горения, содержащий вертикально ориентированный цилиндрический корпус и крышку, изготовленные из теплоизоляционного материала, соединенные фланцами. В корпусе аксиально размещены емкость для теплоносителя с патрубками подвода и отвода потребителю и топка пульсирующего горения с трубами-резонаторами для нагревания теплоносителя, вмонтированными торцами в трубную доску емкости, сообщающимися с коллектором дымовых газов, выполненным с конусообразным днищем, а под крышкой - воздушная камера с клапанно-смесительным устройством, включающим вентилятор наддува воздуха в ресивер с обратными клапанами, смесительную камеру с патрубком подачи горючего газа в ресивер с обратным клапаном, расположенный на уровне отверстий-дозаторов горючего газа. На выходе из смесительной камеры установлены запальная свеча, дефлектор и резонирующая обечайка, образующая со стенкой емкости канал отвода дымовых газов из коллектора в патрубок выхлопной трубы с резонатором и реактивно-активным глушителем шума. Обечайка образует с корпусом котла кольцевой канал подвода воздуха в воздушную камеру из трубы забора атмосферного воздуха, соединенной с нижней частью корпуса. Корпус и обечайка нижними торцами соединены фланцем, к которому присоединено конусообразное днище коллектора с технологическим люком, снабженным снизу заглушкой с возможностью удаления конденсата дымовых газов. Обечайка снабжена радиально ориентированными продольными пластинами для интенсификации подогрева воздуха, поступающего из патрубка подачи атмосферного воздуха по кольцевому каналу в клапанно-смесительное устройство. (Патент RU №2767121 С1. Проточный котел пульсирующего горения. -МПК: F24H 1/00, F23C 15/00. - Опубл. 16.03.2021). Данное техническое решение принято за прототип.
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является сложность конструкции и невозможность использования различных горючих газов и теплоносителей.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции и возможность использования различных теплоносителей и горючих газов, подаваемых в камеру сгорания в составе газовоздушной смеси.
Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение КПД газового проточного нагревательного котла с возможностью использования различных горючих газов..
Указанный технический результат достигается тем, что в известном газовом проточном нагревательном котле, содержащем емкость с патрубками подвода и отвода теплоносителя, в которой аксиально установлена цилиндрическая камера сгорания газовоздушной смеси с открытым и закрытым торцами и запальным устройством со свечой зажигания газовоздушной смеси, сообщающаяся с трубами-резонаторами для нагрева теплоносителя и коллектором отвода дымовых газов через выхлопную трубу, вентилятор наддува воздуха через ресивер с обратным клапаном в смесительную камеру, выполненную с отверстиями-дозаторами для подачи горючего газа, а на выходе из смесительной камеры установлены конусообразный дефлектор, образующий с закрытым торцом камеры сгорания кольцевую щель для изменения направления газо-воздушного потока в сторону свечи зажигания, согласно предложенному техническому решению,
трубы-резонаторы расположены коаксиально концентричными рядами относительно камеры сгорания, последовательно сообщающиеся между собой через газовые кольцевые коллекторы с выхлопной трубой с возможностью поперечного обмывания стенки камеры сгорания и труб-резонаторов нагреваемым теплоносителем, для чего камера сгорания со стороны открытого торца ограничена эллиптической крышкой, образующей со стороны открытого торца камеры сгорания газовый коллектор, сообщающий камеру сгорания с внутренним концентричным рядом труб-резонаторов, а в выхлопной трубе установлены диафрагмы для снижения шума от выброса дымовых газов,, при этом патрубок подвода теплоносителя выполнен на торце емкости со стороны открытого торца камеры сгорания;
закрытый торец камеры сгорания выполнен эллиптическим, образующим с конусообразным дефлектором кольцевую щель для изменения направления газо-воздушного потока к свече зажигания запального устройства и в цилиндрическую стенку камеры сгорания;
котел может быть выполнен вертикально ориентированным, для чего патрубок подвода теплоносителя установлен внизу стенки емкости, а выхлопная труба - снаружи вдоль емкости.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного газового проточного нагревательного котла, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения на преобразование и достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленное техническое решение испытано на объекте теплоснабжения с положительным результатом. Следовательно, заявляемый газовый проточный нагревательный котел соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого горизонтально ориентированного газового проточного нагревательного котла; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема вертикально ориентированного газового проточного нагревательного котла; на фиг. 4 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 3.
Газовый проточный нагревательный горизонтально ориентированный котел (фиг. 1) содержит емкость 1 с патрубком 2 подвода холодного теплоносителя со стороны торца емкости 1 и патрубком 3 отвода нагретого теплоносителя с противоположной стороны. В емкости 1 аксиально установлена цилиндрическая камера 4 сгорания газовоздушной смеси с открытым торцом 5 и закрытым эллиптическим торцом 6, в котором установлена свеча 7 зажигания запального устройства 8 воспламенения газовоздушной смеси и трубы-резонаторы 9 и 10, расположенные коаксиально концентричными рядами относительно камеры сгорания 4 с возможностью поперечного обмывания стенки камеры сгорания 4 и труб-резонаторов 9 и 10 нагреваемым теплоносителем. Котел содержит вентилятор 11 наддува воздуха через ресивер 12 с обратными клапанами 13 в смесительную камеру 14, выполненную с отверстиями-дозаторами 15 для подачи горючего газа через патрубок 16. На выходе из смесительной камеры 14 установлены конусообразный дефлектор 17, образующий с закрытым эллиптическим торцом 6 камеры сгорания 4 кольцевую щель 18 для изменения направления газо-воздушного потока в сторону свечи зажигания 7 запального устройства 8 и в цилиндрическую стенку камеры сгорания 4. Камера сгорания 4 со стороны открытого торца 5 ограничена эллиптической крышкой 19, образующей со стороны открытого торца 5 камеры сгорания 4 газовый коллектор 20, сообщающий камеру сгорания 4 с внутренним концентричным рядом труб-резонаторов 9. Трубы-резонаторы 9 и 10 последовательно сообщаются между собой через газовой кольцевой коллектор 21 и с выхлопной трубой 22 через газовой кольцевой коллектор 23. (фиг. 2). В выхлопной трубе 22 установлены диафрагмы 24 для снижения шума от выброса дымовых газов.
Газовый проточный нагревательный котел может быть выполнен вертикально ориентированным с возможностью размещения их на специальных площадках, для чего патрубок 2 подвода холодного теплоносителя установлен внизу стенки емкости 1, а выхлопная труба 22 установлена снаружи вдоль емкости 1. (фиг. 3 и 4).
Предложенный газовый проточный нагревательный котел работает следующим образом.
Перед розжигом котла на 15-60 сек включают вентилятор 11, с помощью которого за это время поток воздуха поступает через ресивер 12 в смесительную камеру 14 и осуществляют продувку камеры сгорания 4 и труб-резонаторов 9 и 10 с отводом наружу через кольцевой коллектор 23 и выхлопную трубу 22 с диафрагмами 24 для снижения шума от выброса дымовых газов, в результате чего осуществляют проветривание котла от оставшихся в нем остатков несгоревшей газовоздушной смеси. После этого емкость 1 заполняют теплоносителем через патрубок 2 подвода холодного теплоносителя. Затем включают свечу 7 зажигания газовоздушной смеси и через 0,5-1 сек включают вентилятор 11, с помощью которого осуществляют подачу атмосферного воздуха через открытые клапана 13 в ресивер 12, и горючего газа по патрубку 16 через отверстия-дозаторы 15 в смесительную камеру 14, где происходит его смешивание с воздухом, поступающим из ресивера 12, обеспечивая среднюю величину избытка воздуха в пределах от 1,1 до 1,6. Полученная в смесительной камере 14 газовоздушная смесь поступает в камеру сгорания 4 через кольцевую щель 18 с изменением направления газо-воздушного потока в сторону свечи зажигания 7 запального устройства 8 и в цилиндрическую стенку камеры сгорания 4 посредством конусообразного дефлектора 17. Газовоздушная смесь поджигается от свечи зажигания 7, включенной от вышеупомянутого запального устройства 8, и с завихрением, вызываемым конусообразным дефлектором 17, поступает в камеру сгорания 4. При этом первая вспышка газовоздушной смеси приводит к кратковременному повышению давления в камере сгорания 4 и к возникновению в ней акустических волн, представляющем собой акустический резонанс. В этом случае обратные клапаны 13 работают автоматически как пульсирующие клапаны и закрываются, когда давление в камере сгорания 4 превышает давление в ресивере 12, соответственно, что приостанавливает поступление в смесительную камеру 14 воздуха, а, соответственно, газовоздушной смеси в камеры сгорания 4. При этом дымовые газы от сжигания газовоздушной смеси под действием избыточного давления в камере сгорания 4 отводятся через открытый торец 5 и коллектор 20 в трубы-резонаторы 9 и 10, сообщающиеся кольцевым газовым коллектором 21, и далее через коллектор 23 и выхлопную трубу 22 в атмосферу, а теплоноситель нагревается проточным поперечным обмыванием стенки камеры сгорания 4 с эллиптической крышкой 19 и труб-резонаторов 9 и 10 от патрубка 2 подвода холодного теплоносителя до выхода нагретого теплоносителя из патрубка 3.. Таким образом происходит запуск газового проточного нагревательного котла и вывод его на рабочий режим с отводом нагретого теплоносителя потребителю через патрубок 3. Проточный нагрев теплоносителя продолжается до отключения подачи газа в котел.
Предлагаемый газовый проточный нагревательный котел с проточным поперечным обмыванием стенки камеры сгорания 4 с эллиптической крышкой 19 и труб-резонаторов 9 и 10 значительно повышает КПД и может быть эффективно использован в системах водяного или воздушного отопления посредством сжигания газа.