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 (водогрейный котел), содержащий корпус, выполненный в виде цельносваренной металлической конструкции прямоугольной формы, топочную и конвекционные камеры, водяную рубашку с патрубками для поступления холодной и отвода горячей воды, рабочий и пусковой дымоходы, а также, совмещенный с ними газоход, образованный направляющей перегородкой и водяным резервуаром, соединенным с водяной рубашкой (Декларационный патент России на полезную модель №49958 опубл. 10.12.2005 г. Бюл. №34).
Недостатком этого котла является то, что конструкция котла сложна в изготовлении и не позволяет в полной мере использовать объем конвекционной камеры.
Наиболее близким к заявляемому решению является водогрейный котел, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус, топочную и конвекционную камеры, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды. Топочная камера имеет водяные трубы, расположенные зигзагообразно. (Декларационный патент России на полезную модель №59218 опубл. 10.12.2006 г. Бюл. №34).
Недостатком этого котла является то, что при производстве требуется сравнительно большой объем сварочных работ, а трудности очистки от сажи и копоти не позволяют использовать его конструкции в производстве котлов на твердом топливе.
В основу заявляемой полезной модели поставлена задача при сохранении высокого КПД снизить стоимость котла за счет уменьшения металлоемкости, сокращения объема сварочных работ при производстве.
Поставленная задача решается тем, что в водогрейный котел, который содержит корпус, топочную камеру и соединенную с ней через газоход конвекционную камеру, водяную рубашку и резервуар, с установленными на них патрубками соответственно для подвода холодной и отвода горячей воды, дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, в соответствии с полезной моделью газоход выполнен в виде отверстия в верхней полости водяной рубашки для соединения топочной камеры с конвекционной, причем газоход расположен в центре водогрейного котла и через конвекционную камеру соединен с выходным дымоходом, водяной резервуар расположен над конвекционной камерой и соединен с водяной рубашкой спиралевидными трубами, находящимися в конвекционной камере.
Указанные выше изменения обеспечивают оптимальную трассу прохождения воздуха, газа и продуктов сгорания через топочную камеру, газоход, расположенный в центральной части котла, конвекционную камеру, дымоход, при этом обеспечивается практически полная передача тепла от продуктов сгорания теплоносителям. Прохождение наиболее горячего восходящего потока газов через центральную часть конвекционной камеры исключает теплопотери на периферии котла.
Наибольшая эффективность передачи тепла от очага сгорания и от продуктов сгорания топлива достигается при условии размещения теплообменных элементов в зоне высоких температур. Эта зона в топочной камере находится в верхней ее части в первую очередь, затем по вертикальным ее стенкам, являющимся внутренними поверхностями водяной рубашки. Через эти поверхности осуществляется интенсивная передача тепла от очага сгорания топлива теплоносителю.
Благодаря наличию в котле конвекционной камеры, расположенной выше топочной камеры образуется значительный объем для циркуляции продуктов сгорания, а также благодаря тому, что выход продуктов сгорания происходит в нижней части конвекционной камеры, продукты сгорания с более высокой температурой будут находиться в верхней части потому, что их плотность низка. Однако, отдавая тепло, а значит, повышая плотность, они будут опускаться вниз, вытесняемые более горячими продуктами сгорания из топочной камеры. Поэтому в верхней части конвекционной камеры образуется еще одна зона высоких температур. Замена расположенных зигзагообразно водяных труб на спиралевидные позволяет, не уменьшая площади теплообмена и объема конвекционной камеры сократить количество сварочных соединений и отказаться от малоэффективных вертикальных полостей, заменив их на менее металлоемкие вертикальные теплоизолирующие плоскости корпуса котла. Эти плоскости возможно изготавливать съемными, обеспечивающими хороший доступ в конвекционную камеру.
Таким образом, продукты сгорания, поднявшиеся по газоходу из топочной камеры, устремляются в верхнюю часть конвекционной камеры, а затем постепенно отдавая тепло через поверхность этой камеры теплоносителю, будут опускаться вниз к дымоходу, повышая свою плотность, вытесняемые более горячими из топочной камеры.
Теплоноситель, находящийся в отопительной системе, через водяной патрубок поступает в нижнюю часть водяной рубашки, постепенно нагреваясь и снижая свою плотность через водяную рубашку и спиралеобразные трубы, водяной резервуар и выходной патрубок выходит в отопительную систему. При этом встречное движение продуктов сгорания сверху вниз в конвекционной камере и теплоносителя снизу вверх позволяет снизить температуру продуктов сгорания на выходе из котла практически до температуры теплоносителя на входе котла.
Предлагаемая полезная модель позволяет достичь технический результат, заключающийся в снижении стоимости котла за счет уменьшения
металлоемкости котла и снижения объема сварочных работ при производстве котла.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1. представлен общий вид водогрейного котла, на фиг.2 - вид А-А фиг.3, на фиг.3 - вид ББ фиг.2.
Водогрейный котел содержит корпус 1, топочную камеру 2, конвекционную камеру 3, расположенную выше топочной камеры 2, горелочное устройство 4, расположенное в топочной камере, водяную рубашку 5, образованную вертикальными стенками корпуса 1, днищем 6, нижней частью 7 конвекционной камеры 3, вертикальными стенками и верхней частью топочной камеры 2, газоход 8, который выполнен в виде отверстия в верхней полости водяной рубашки для соединения топочной камеры 2 с конвекционной 3, причем газоход расположен в центре водогрейного котла и через конвекционную камеру 3 соединен с выходным дымоходом 9, расположенным в нижней части конвекционной камеры 3, причем конвекционная камера 3 имеет боковые 11, переднюю 12 и заднюю 13 стенки и сверху водяной резервуар 10, водяная рубашка 5 и водяной резервуар 10 соединены между собой спиралевидными трубами 14, водяная рубашка 3 имеет входной патрубок 15 для подвода холодной воды, а водяной резервуар 10 выходной патрубок 16 для отвода горячей воды, патрубки обеспечивают подключение водогрейного котла в отопительную систему, днище образует нижнюю часть водяной рубашки и обеспечивает через отверстия, проделанные в днище, доступ воздуха к очагу сгорания топлива.
Водогрейный котел работает следующим образом. Топливо сгорает в топочной камере. При этом в верхней ее части образуется зона высоких температур и под ее воздействием теплоноситель, поступающий через патрубок 15 из отопительной системы нагревается. Плотность теплоносителя уменьшается и он поднимается сначала в верхнюю часть водяной рубашки, затем в трубы 14. Продукты сгорания, утратив частично тепло, но оставаясь еще достаточно
горячими, через газоход, расположенный в центральной части котла устремляются в верхнюю часть конвекционной камеры 3, где образуется еще одна зона высоких температур. Далее, отдавая тепло через теплообменные поверхности водяного резервуара и спиралеобразных труб 14 конвекционной камеры 3, увеличивая плотность, продукты сгорания опускаются вниз, вытесняемые более горячими (менее плотными), которые поступают с топочной камеры 2, выходят в дымоход 9.
Теплоноситель, постепенно разогреваясь и соответственно уменьшая плотность, по водяным трубам 14 поступает в резервуар 10 и далее через патрубок 16 в отопительную систему.
Таким образом, предлагаемая конструкция водогрейного котла обеспечивает эффективную теплопередачу благодаря применению спиралеобразных труб, что позволяет значительно сократить объем сварочных работ с перемещением трассы прохождения восходящего потока горячих продуктов сгорания в центральную часть конвекционной камеры, отказаться от металлоемкой водяной рубашки конвекционной камеры, заменив ее на теплоизолирующие съемные стенки, что в свою очередь позволяет обеспечить свободный доступ к теплообменным элементам конвекционной камеры. Последнее позволяет использовать предлагаемую модель при проектировании водонагревательных котлов на твердом топливе, так как обеспечивается легкий доступ для удаления сажи.
Кроме того, в данной модели в режиме холостого хода (горелка системой автоматики выключена) холодный воздух, проходящий через топочную камеру и газоход, выходит через нижнюю часть конвекционной камеры в дымоход, минуя основную ее часть, что позволяет практически исключить вымывание тепла из котла в режиме холостого хода, а значит в общем повысить КПД.