Двухконтурный настенный газовый котел
DOUBLE-CIRCUIT WALL-MOUNTED GAS BOILER

Изобретение относится к области конструкции устройств для сжигания топливного природного газа с целью получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления и воды для горячего водоснабжения. Изобретение может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве для отопления и горячего водоснабжения, в автономных передвижных и стационарных объектах при выработке тепловой энергии за счет сжигания топливного природного газа.
Известен котел содержащий вентилятор, главный теплообменник, контрольный датчик температуры, газовую горелку, трубу подачи топливного газа, электрозапальник, датчик наличия факела, механизм перемещения электрозапальника, блок электронного регулирования, датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения, газовый вентиль, датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения, запорные электромагнитные клапаны, датчик давления отопительной воды, датчик работы вентилятора, автоматический выпускной клапан, предохранительный клапан, вторичный теплообменник, водяной насос, напорную трубу контура отопительной воды, обратную трубу контура отопительной воды, подающую трубу контура нагреваемой воды для горячего водоснабжения, обратную трубу контура для горячего водоснабжения, трубу подпитки, обратный клапан, подпиточный насос, бак с подпиточной водой, газоанализатор окислов азота в продуктах сгорания, датчик температуры наружного воздуха на горение, газоанализатор состава топливного газа, подаваемого на горение, датчик температуры наружного воздуха, подаваемого на горение (см. описание патента РФ на полезную модель №168389, 23.06.2016, МПК F24H 1/00).
Недостатки известного устройства:
1. При большом повышении давления отопительной воды вследствие ее нагрева срабатывает автоматический выпускной клапан, который не подсоединен блоку электронного регулирования, и значительная часть воды выбрасывается через этот клапан из контура отопительной воды, давление в отопительном контуре понижается ниже допустимого и котел выключается из-за срабатывания предохранительного клапана, соединенного с блоком электронного регулирования.
2. После автоматического выключения котла из-за срабатывания предохранительного клапана, пуск котла в работу возможен только в ручном режиме и только после подпитки котла в ручном режиме, так как блок электронного управления на дисплее показывает неисправность котла.
Указанные недостатки устранены в заявляемой конструкции, которая направлена на решение задачи повышения надежности работы котла, предупреждения аварийного выключения котла вследствие срабатывания автоматического выпускного клапана.
Указанная задача в заявляемом изобретении технически решена путем замены автоматического выпускного клапана на расширительный бак, имеющий внутри разделительную упругую мембрану, отделяющую контур отопительной воды от атмосферы. Мембрана уравновешена с одной стороны давлением воды в отопительном контуре, а с другой стороны давлением сжатого воздуха, предварительно нагнетаемого компрессором. При повышении давления воды в отопительном контуре вследствие роста температуры мембрана прогибается, сжимая воздух с ее противоположной стороны, и выброса воды с резким снижением ее давления не происходит и котел в аварийном режиме не останавливается.
На чертеже показана схема заявляемой конструкции.
Позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 – вентилятор,
2 – главный теплообменник,
3 – контрольный датчик температуры,
4 – газовая горелка,
5 – блок электронного регулирования,
6 – датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения,
7 – газовый вентиль,
8 – датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения,
9 – запорные электромагнитные клапаны,
10 – датчик давления отопительной воды,
11 – датчик работы вентилятора,
12 – расширительный бак,
13 – предохранительный клапан,
14 – вторичный теплообменник,
15 – водяной насос,
16 – напорная труба контура отопительной воды,
17 – обратная труба контура отопительной воды,
18 – подающая труба контура нагреваемой воды для горячего водоснабжения,
19 – обратная труба контура для горячего водоснабжения,
20 – труба подпитки,
21 – обратный клапан,
22 – подпиточный насос,
23 – бак с подпиточной водой,
24 – электрозапальник,
25 – датчик наличия факела,
26 – механизм перемещения электрозапальника,
27 – газоанализатор окислов азота в продуктах сгорания,
28 – газоанализатор состава топливного газа, подаваемого на горение,
29 – датчик температуры наружного воздуха, подаваемого на горение,
30 – компрессор,
31 – регулирующий электромагнитный клапан,
32 – датчик давления воздуха в расширительном баке,
33 – труба подачи топливного газа,
34 – мембрана расширительного бака.
На чертеже пунктирными линиями обозначены электрические связи между управляющим блоком электронного регулирования и контрольно-измерительными и исполнительными элементами.
Котел располагается внутри отапливаемого здания вертикально на стене.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Вентилятор 1 служит для подачи воздуха снаружи помещения в зону горения и удаления из зоны горения продуктов сгорания. Воздух засасывается через наружную трубу коаксиального дымохода (на фиг. дымоход не показан). Удаление продуктов горения происходит через внутреннюю трубу коаксиального дымохода.
Главный теплообменник 2 служит для передачи теплоты от сгорания газа к отопительной воде, циркулирующей с помощью насоса 15. Главный теплообменник 2 выполнен герметичным и состоит непосредственно из теплообменника и камеры сгорания, в которой располагаются горелка 4, электрозапальник 24, датчик наличия факела 25 и механизм 26 для перемещения электрозапальника.
Контрольный датчик 3 служит для определения температуры нагрева циркулирующей воды и передачи электрического сигнала в блок электронного регулирования 5.
Газовая горелка 4 с электрозапальником 24 служат для подачи топливного газа в зону горения и воспламенения смеси топливного газа с воздухом при пуске.
Блок электронного регулирования 5 служит для программного управления режимами работы котла на основе сигналов с датчиков температуры и давления.
Датчик 6 протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения служит для контроля наличия необходимого давления воды для открытия клапана 9 и подачи отопительной воды во вторичный теплообменник 14 из напорной трубы 16.
Датчик температуры 8 служит для контроля температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения. При достижении необходимой температуры по сигналу с датчика 8, передаваемому на блок 5, происходит закрытие вентиля 9 на линии от напорной трубы 16 перед вторичным теплообменником 14.
Запорные электромагнитные клапаны 9 служат для закрытия или открытия циркуляционных контуров вторичного теплообменника и отопления в соответствии с сигналом от блока электронного регулирования 5.
Датчик давления отопительной воды 10 служит для измерения давления в системе отопления, развиваемого циркуляционным водяным насосом 15.
Датчик работы вентилятора 11 предназначен для контроля давления в камере сгорания.
Расширительный бак 12 предназначен для компенсации роста давления воды в отопительном контуре вследствие ее температурного расширения.
Наличие расширительного бака 12 является отличительным признаком, обеспечивающим получение положительного технического результата в заявляемом изобретении по повышению надежности работы котла за счет устранения выброса отопительной воды и последующего аварийного понижения давления воды в напорной трубе отопительного контура.
Предохранительный клапан 13 служит для отключения водяного насоса 15 при превышении давления циркуляционной отопительной воды в системе отопления. Предохранительный клапан 13 при аварийном понижении давления в отопительном контуре останавливает работу котла.
Вторичный теплообменник 14 служит для подогрева воды для горячего водоснабжения.
Водяной насос 15 обеспечивает циркуляцию воды в системе отопления. Напорная, подающая и обратные трубы контура отопительной воды и горячего водоснабжения 16,17,18,19 обеспечивают отвод подогретой воды и подвод холодной воды к котлу для целей отопления и горячего водоснабжения.
Труба подпитки 20 служит для восполнения потерь воды в системе отопления.
Обратный клапан 21, подпиточный насос 22, бак с подпиточной водой 23 обеспечивают функционирование подпитки в системе отопления.
Механизм перемещения 26 электрозапальника служит для подвода электроконтактов запальника 24 в зону воспламенения газовоздушной смеси. Датчик 25 наличия факела служит для выработки электрического сигнала о наличии факела и передачи его в блок 5 электронного регулирования.
Газоанализатор окислов азота 27 предназначен для измерения концентрации окислов азота в камере сгорания и при их превышении ограничивать с помощью блока 5 подачу топливного газа через газовый вентиль 7.
Газоанализатор топливного газа 28 служит для определения состава топливного газа и его теплоты сгорания с помощью блока 5. При росте теплоты сгорания топливного газа его расход в камеру сгорания уменьшается вентилем 7 по компьютерной команде блока 5.
Датчик температуры наружного воздуха 29 предназначен для измерения температуры наружного воздуха, подаваемого на горение, и передачи первичного электрического сигнала в блок 5, который, в соответствии с температурой наружного воздуха, регулирует подачу топливного газа с помощью вентиля 7.
Компрессор 30 служит для поддержания давления воздуха в воздушной полости расширительного бака 12 и восполнения потерь воздуха.
Регулирующий электромагнитный клапан 31 соединен электрической связью с блоком 5 и предназначен для поддержания давления воздуха в воздушной полости расширительного бака 12 при помощи компрессора 30.
При понижении давления воздуха в воздушной полости расширительного бака 12 по компьютерной команде блока 5 включается компрессор и открывается клапан 31 для подачи воздуха в воздушную полость расширительного бака 12. При достижении необходимого давления в этой полости клапан 31 закрывается и компрессор 30 выключается.
Наличие компрессора 30 включаемого по компьютерной команде от блока 5, регулирующего клапана 31, расширительного бака 12 с мембраной 34 является отличительным признаком заявляемого изобретения, который позволяет достигнуть положительного технического результата в повышении надежности работы котла за счет поддержания постоянного давления в воздушной полости.
Датчик давления 32 служит для измерения давления в воздушной полости расширительного бака и передачи первичной информации по электрической связи в блок 5.
Труба 33 предназначена для подвода топливного газа к горелке 4.
Упругая мембрана 34 разделяет расширительный бак 12 на воздушную и водяную полости и служит для компенсации колебаний давления воды в отопительном контуре, предотвращая утечку и выброс воды из отопительного контура. Наличие компрессора 30, клапана 31, расширительного бака 12 с мембраной 34 является отличительным признаком, обеспечивающим получение положительного технического результата – повышения надежности работы котла за счет устранения выброса отопительной воды.
Заявляемый котел работает следующим образом.
При включении котла при подсоединенных к отопительным приборам трубам 16 и 17 для подачи и возврата отопительной воды по сигналу с блока электронного регулирования 5 включается вентилятор 1 и водяной насос 15, открывается один из электромагнитных клапанов 9 на линии отопительной воды или на линии горячего водоснабжения в зависимости от вида теплопотребления.
На основе электрического сигнала с датчика 25 блоком электронного регулирования 5 с помощью исполнительного узла механизма 26 производится подвод электроконтактов запальника 24 в зону соплового отверстия выхода газа от горелки 4 (на фиг. сопловое отверстие не показано). После подвода электрозапальника в зону воспламенения блоком 5 подается электрический сигнал на электрозапальник 24 для получения электрического разряда. При этом с незначительной задержкой по времени подается электрический сигнал на исполнительный механизм для открытия газового вентиля 7.
При выходе из соплового отверстия горелки 4 самого минимального количества топливного газа в присутствии воздуха получается горючая смесь, которая тут же воспламеняется, так как электроконтакты запальника и непосредственно электроискровой разряд располагаются в центре газовоздушной смеси.
После воспламенения газовоздушной смеси образуется факел, который одномоментно регистрируется датчиком 25 наличия факела и электрический сигнал подается в блок 5 электронного регулирования.
Блок 5 вырабатывает электрический сигнал обратной связи, который передается на исполнительный узел механизма 26 и электрозапальник отводится от зоны горения факела.
За счет сгорания газа нагревается отопительная вода в главном теплообменнике 2.
Продукты сгорания выбрасываются вентилятором 1 через внутреннюю трубу коаксиального дымохода (на фиг. дымоход не показан) в наружу отапливаемого здания.
Одновременно вентилятором 1 через наружную коаксиальную трубу дымохода (не показана) засасывается свежий воздух, подаваемый на горение. Нагретая отопительная вода под давлением водяного насоса 15 подается к отопительным приборам, после которых возвращается обратно в котел.
При открытом водоразборном кране горячей воды в соответствии с сигналом от датчика протока 6 закрываются запорные электромагнитные клапаны 9 на трубах 16 и 17 и открывается клапан 9 перед вторичным теплообменником 14. Происходит подогрев воды для горячего водоснабжения.
При прекращении расхода горячей воды датчиком 6 вырабатывается электрический сигнал, передаваемый в блок 5, от которого поступает электрический сигнал на закрытие клапана 9 перед вторичным теплообменником 14. Регулирование температуры – количественное, то есть изменением расхода отопительной воды через теплообменник 14.
При достижении необходимой температуры для отопления датчик температуры 3 выдает сигнал в блок 5 для закрытия электроприводного газового вентиля 7.
При потухании факела или при его отрыве датчик 25 также выдает сигнал в блок 5 для закрытия вентиля 7. При отсутствии разрежения в зоне горения срабатывает датчик 11, который выдает сигнал в блок 5 для закрытия электроприводного газового вентиля 7.
При удалении воздуха из отопительных приборов вместе с воздухом происходит унос воды из отопительного контура, количество которой автоматически по компьютерной команде блока 5 компенсируется путем включения подпиточного насоса 22, открытия обратного клапана 21 и подачи из бака 23 необходимого количества воды для восполнения потерь. После восполнения потерь воды насос 22 выключается и клапан 21 закрывается.
При повышении давления воды вследствие температурного расширения в отопительном контуре гибкая мембрана 34 расширительного бака 12, преодолевая уравновешивающее давление воздуха воздушной полости, прогибается вовнутрь этой полости и выброс воды из контура отопления предотвращается. Аварийного понижения давления воды не происходит и котел продолжает работать. Этим достигается положительный технический результат заявляемого изобретения.