ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ
HEATING BOILER

Изобретение относится к области отопления, а именно к конструкции отопительных устройств для обогрева бытовых, технических и промышленных помещений. Например, для обогрева гаражей, станций технического обслуживания, заводских цехов и т.д. Указанный водонагревательный котел работает на жидких углеводородах, таких как дизельное топливо, отработанное масло различных двигателей внутреннего сгорания, трансмиссионное масло и растительное масло.
Уровень техники
Известно множество технических решений, применяемых для обогрева помещений, в которых для получения тепла используют жидкое топливо.
Из уровня техники известен (RU 2363888, F24B 1/183 (2006.01), F24H 1/12, опубл. 10.08.2009) водогрейный твердотопливный котел, содержащий корпус со стальными двойными стенками, образующими водяную рубашку, по меньшей мере, один конвективный воздушно-газовый проход, расположенный между водонагревательными трубами и соединенный с газосборным коллектором, засыпной бункер, замыкающийся на топочную камеру с колосниковой решеткой, под которой расположены средство подачи первичного воздуха и зольный бункер, нижний трубопровод подвода холодной воды и верхний трубопровод отвода горячей воды, отличающийся тем, что во внутреннем пространстве корпуса двойные стенки образуют дополнительную водяную рубашку в виде фронтально расположенных верхнего и нижнего выступов, где на нижнем выступе водяной рубашки установлен теплоотражающий барьер из огнеупорного материала, образующий с верхним выступом направленное вверх щелевое сопло, расположенное в зоне горения и своими торцами упирающееся в наружные противоположные стенки корпуса, в которых встречно друг другу выполнено, по меньшей мере, по одному сквозному отверстию для подачи вторичного воздуха в щелевое сопло в зону горения, при этом водонагревательные трубы проточно соединены с водяной рубашкой наружных противоположных стенок корпуса, а газосборный коллектор расположен в нижней части топочной камеры в наружной стенке корпуса. Недостатком указанного технического решения является слабая эффективность сгорания топлива, низкий КПД.
Также из уровня техники известен бытовой водогрейный котел (RU 77028, F24H 1/00, опубл. 10.10.2008), содержащий топочную камеру, обрамленную водяной рубашкой, с колосниковой решеткой и дверцей, зольной камерой, водогрейными трубами, соединенную с дымовой трубой, и оборудованный дополнительным подогревателем - электротэнами в полости водяной рубашки, имеющих термодатчик, термореле и пускатель, отличающийся тем, что содержит камеру сжигания жидкого топлива, которое подают капельно из навесного бака, установленного на наружной стороне котла, противоположной той стороне котла, около которой расположена топочная камера, причем топочная камера, работающая на твердом топливе, занимает только часть внутреннего пространства котла, ее колосники и боковая стенка, противоположная той стенке топочной камеры, которая прилегает к водяной рубашке, выполнена из полых труб, наполненных теплоносителем, которые торцами соединяются с водяной рубашкой котла, свободное от топочной камеры пространство используют в качестве камеры сгорания жидкого топлива, подаваемого из бака; через обе камеры, топочную и сгорания, проходит труба наддува, через которую вентилятор наддува, укрепленный рядом с баком, подает наружный воздух до места на поду камеры сгорания, куда выливают жидкое топливо по трубопроводу, при этом труба наддува имеет технологическую прорезь подачи раскаленного воздуха на место сгорания жидкого топлива, и заканчивается заглушкой. Недостатком указанного технического решения является слабая эффективность сгорания топлива, низкий КПД.
Еще одним аналогом заявленного изобретения является водогрейный отопительный котел (RU 2186302, F24H 1/40, опубл. 27.07.2002), содержащий камерную топку с колосниковой решеткой, вертикальную камеру догорания, состоящую из двух соосных обечаек с встроенным трубным конвективным пучком, систему охлаждения топки и нагрева в ней теплоносителя и переднюю загрузочную дверцу, отличающийся тем, что система охлаждения топки выполнена в виде одно- или многоходовой трубной решетки, подвешенной с помощью патрубка к камере догорания, при этом котел оборудован дополнительно задним загрузочным устройством, системой рециркуляции дымовых газов со щелевым эжекторным отбором, системой топливоподачи низкосортных органических топлив и резервным электроподогревом теплоносителя. Недостатком указанного технического решения является слабая эффективность сгорания топлива, низкий КПД.
Из уровня техники известна еще одна отопительная печь (см. RU 12721 U1, F24C 13/00, опубл. 27.01.2000), содержащая теплообменник, корпус, внутри которого размещена топочная камера с колосниковой решеткой и расположенным под ней зольником, причем печь выполнена разборной, корпус выполнен из кирпича, при этом кирпичи укреплены каркасом, просверлены, нанизаны на стержни, нижние концы которых прикреплены к днищу каркаса, причем печь снабжена горелочным устройством, размещенным на боковой стенке топочной камеры, теплообменник установлен на корпусе, закреплен прижимной рамой каркаса к корпусу, а радиационной частью обращен к топочной камере, при этом форма теплообменника выполнена в виде призмы, например, восьмигранной. Недостатком указанного технического решения является слабая эффективность сгорания топлива, низкий КПД.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является водонагревательный котел (см. RU 2293258, F24H 1/24, опубл. 10.02.2007), содержащий топку с горелкой, включающей отверстие для подачи топлива, газоход и теплообменник, выполненный в виде трех концентрически установленных цилиндров, образующих соединенные между собой внешний и внутренний резервуары, заполненные теплоносителем, и промежуточную полость, размещенную между резервуарами, причем газоход состоит из линейной части и части спиралевидной формы, образованной установленной в промежуточной полости спиралевидной стенкой, снабжен воздуховодом верхнего уровня горения с щелевидными пазами, расположенными в верхней части топки, при этом горелка выполнена расширяющейся кверху чашеобразной формы с щелевидными пазами на боковой поверхности для подачи воздуха на горение топлива, а отверстие для подачи топлива выполнено в ее нижней части. Недостатком указанного технического решения является слабая эффективность сгорания топлива, низкий КПД.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является увеличение КПД котла, повышение пожарной безопасности и надежности отопительного котла, обеспечение пожарной безопасности и технологичности производства, а также увеличение площади отапливаемого помещения.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации процессов горения и теплообмена, повышении эффективности сгорания топлива.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что отопительный котел, содержащий вертикальный цилиндрический корпус котла, кожух котла, установленный на корпусе котла с образованием водяной рубашки, цилиндрический теплообменник, установленный в верхней части корпуса котла с зазором, камеру сгорания, установленную в нижней части корпуса котла и в которой выполнено отверстие для подачи топлива, дверной проем, средство подачи воздуха, отличающийся тем, что в камеру сгорания топлива установлена наклонная испарительная площадка так, что верхний край наклонной испарительной площадки расположен со стороны дверного проема, а отверстие для подачи топлива выполнено со стороны дверного проема, в которое установлена трубка подачи топлива, при этом трубка подачи топлива установлена непосредственно на верхний край наклонной испарительной площадки, а средство подачи воздуха выполнено в виде вентилятора, закрепленного на дне кожуха котла.
По варианту исполнения заявленного изобретения в теплообменнике дополнительно выполнены три сквозных вертикальных канала.
По варианту исполнения заявленного изобретения отверстия подачи воздуха в камеру сгорания выполнены под углом к вертикальной оси котла.
По варианту исполнения заявленного изобретения отверстие подачи топлива выполнено под углом к вертикальной оси котла, а трубка подачи топлива установлена с наклоном к вертикали.
По варианту исполнения заявленного изобретения наклонная испарительная площадка выполнена с углублением.
По варианту исполнения заявленного изобретения вентилятор выполнен съемным и закреплен на корпусе котла посредством пружинного подвеса.
По варианту исполнения заявленного изобретения между камерой сгорания топлива и вентилятором дополнительно установлены термозащитные экраны.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеприведенного описания примеров реализации заявленного отопительного котла с использованием чертежей (фиг.1-5).
На фиг.1 - конструкция отопительного котла в разрезе.
На фиг.2 - теплообменник котла в разрезе.
На фиг.3 - камера сгорания топлива.
На фиг.4 - наклонная испарительная площадка.
На фиг.5 - показано расположение термоэкранов относительно друг друга.
На фиг.6 - корпус котла с установленной наклонной испарительной площадкой.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции: 1 - корпус котла; 2 - кожух котла; 3 - теплообменник; 4 - камера сгорания топлива; 5 - отверстия подачи воздуха; 6 - трубка подачи топлива; 7 - наклонная испарительная площадка; 8 - дверной проем; 9 - вентилятор; 10 - сквозные каналы теплообменника; 11 - термозащитные экраны; 12 - отверстия подачи теплоносителя; 13 - соединительные трубки; 14 - крышка котла; 15 - ножки котла; 16 - отверстия отвода теплоносителя; 17 - патрубок отвода отходящих газов.
Раскрытие изобретения
Котел состоит из корпуса (1), кожуха (2), закрепленного на корпусе котла с образованием герметичной водяной рубашки, теплообменника (3), установленного в верхней части корпуса котла и соединенного с водяной рубашкой котла посредством соединительных трубок (13); камеры сгорания (4), установленной в нижней части корпуса (1) котла, вентилятора (9) подачи воздуха, трубки (6) подачи топлива.
Корпус (1) котла выполнен из полого вертикального стального цилиндра, внутри верхней части которого с зазором установлен теплообменник (3). В нижнюю часть корпуса котла установлена цилиндрическая камера сгорания (4) топлива. В районе камеры сгорания в корпусе котла выполнен дверной проем (8) и установлена дверца котла.
Камера сгорания (4) топлива выполнена цилиндрической, меньшего диаметра, чем корпус (1) котла. При этом на верхнюю часть цилиндрической камеры сгорания (4) установлен фланец, посредством которого камера сгорания топлива закреплена внутри корпуса (1) котла. На дно камеры сгорания топлива на ножках установлена наклонная испарительная площадка (7).
Испарительная площадка (7) выполнена из тонкого жаропрочного листа металла. Наклонная испарительная площадка (7) выполнена расширяющейся от верхнего края к нижнему. При этом наклонная испарительная площадка (7) выполнена с углублением и установлена таким образом, что верхний ее край расположен со стороны дверного проема (8).
В камере сгорания топлива (4) выполнено отверстие для установки в нее медной трубки (6) подачи топлива. Указанная трубка (6) подачи топлива выполнена с возможностью установки ее внутрь камеры сгорания (4) непосредственно на верхний край наклонной испарительной площадки (7) под углом к камере сгорания (4).
В камере сгорания топлива (4) выполнены отверстия подачи воздуха (5), необходимые для поступления воздуха внутрь камеры сгорания и обеспечения качественного смешивания паров топлива с поступающим воздухом, и, следовательно, для эффективного сгорания топлива, а также для формирования факела пламени, не контактирующего с камерой сгорания (4), что предотвращает интенсивный износ камеры сгорания.
Отверстия подачи воздуха (5) в камеру сгорания выполнены в ряд по окружности камеры сгорания (4). Указанные отверстия (5) также могут быть выполнены с наклоном к вертикальной оси отопительного котла.
Указанное выполнение отверстий (5) в камере сгорания топлива (4) способствуют дополнительному созданию вихревого потока воздуха, что способствует дополнительному подкручиванию пламени и полному сгоранию топлива.
В верхнюю часть корпуса (1) котла установлен теплообменник (3). Теплообменник (3) выполнен в виде стального полого цилиндра с герметично заваренными верхним и нижним основаниями, при этом в верхней и нижней частях боковой поверхности теплообменника установлены соединительные трубки (13) обмена теплоносителем от теплообменника к водяной рубашке.
В теплообменнике (3) от его нижнего основания до верхнего дополнительно выполнены три сквозных вертикальных канала (10). Упомянутые каналы (10) образованы посредством установки трех трубок в полость теплообменника, предназначенных для прохода по ним восходящих горячих газов и дополнительной теплопередачи.
Кожух (2) котла представляет собой вертикальную рубашку с крышкой (14), при этом крышка кожуха (2) одновременно является крышкой корпуса (1) котла.
Кожух (2) котла герметично установлен на корпусе (1) котла с зазором, который предназначен для циркуляции теплоносителя между корпусом (1) и кожухом (2) котла.
В кожухе (2) котла в районе дверцы котла выполнен проем, при этом кожух (2) котла закреплен на корпусе (1) котла в районе дверного проема (8) посредством переходной рамки (на фиг. не показана).
При этом кожух (2) котла, в отличие от цилиндрического корпуса (1) котла, может быть выполнен с сечением любой формы, например многоугольной, прямоугольной, овальной, круглой и т.п.
В кожухе (2) котла выполнены отверстия для установки в них трубок подачи (12) и отвода (16) теплоносителя и присоединения заявленного котла посредством указанных трубок к замкнутой системе отопления.
Крышка (14) кожуха котла представляет собой металлический диск, выполненный по форме сечения кожуха (2) котла, с установленным в нем патрубком (17) отвода отходящих газов.
3
Вентилятор (9) является канальным (центробежным) с производительностью от 1000 м в час. Вентилятор предназначен для нагнетания воздуха в пространство камеры сгорания (4) через выполненные в ней отверстия (5). Вентилятор (9) плотно установлен на корпусе (1) котла посредством пружинного подвеса. Вентилятор выполнен съемным для удобства обслуживания и его ремонта без демонтажа котла.
Кроме того, вентилятор (9), расположенный непосредственно под камерой сгорания (4), интенсивно охлаждает дно камеры сгорания (4), вследствие чего достигается ограничение объема сгораемого топлива, неконтролируемо попавшего в камеру сгорания (4), т.е. горит только то топливо, которое попадает на наклонную испарительную площадку (7), приподнятую от дна камеры сгорания (4) на ножках.
Если количество поступающего топлива превышает максимально возможное количество, обеспечивающее нормальное его сгорание (что является аварийной ситуацией), то излишки топлива стекают по наклонной испарительной площадке на охлажденное дно камеры сгорания, где не происходит горения. При этом на дне камеры сгорания накапливаются излишки топлива и наклонная испарительная площадка постепенно погружается в накопленный объем не горящего топлива, прекращается горение топлива и котел прекращает работу. Таким образом, дополнительно обеспечивается пожаробезопасность указанного отопительного котла, выполненного по заявленному изобретению.
Для защиты вентилятора от высоких температур между камерой сгорания топлива и вентилятором установлены термозащитные экраны, представляющие собой квадратные металлические пластины, установленные на расстоянии и со смещением по вертикальной оси друг от друга.
Заявленный отопительный котел работает следующим образом:
Жидкое топливо, подаваемое на предварительно раскаленную наклонную испарительную площадку, расположенную внутри камеры сгорания, растекается тонким слоем по всей ширине наклонной испарительной площадки, не образуя значительного объема жидкого топлива. Таким образом, предотвращается неконтролируемое горение значительных объемов жидкого топлива и повышается пожарная безопасность заявленного отопительного котла.
Образующийся нагар смачивается вновь поступающим жидким топливом и сгорает, таким образом увеличивается интервал между техническими обслуживаниями заявленного котла. Пламя закручивается вокруг оси вихревым потоком воздуха, образованным за счет выполнения отверстий в камере сгорания. Регулировка мощности осуществляется регулировкой подачи жидкого топлива.
Вентилятор, расположенный внизу котла, нагнетает воздух в камеру сгорания топлива. Горячий воздух и высокотемпературные отработанные газы, обдувая внутреннюю поверхность корпуса котла, а также корпус теплообменника и его каналы, нагревают теплоноситель. Горячий теплоноситель подается в систему замкнутого отопления, а отработанные газы поступают в дымоход и выводятся из помещения на улицу.
Подача топлива осуществляется либо самотеком из резервуара, установленного выше уровня камеры горения, либо посредством электромеханического топливного насоса с регулируемой топливоподачей.
На трубке подачи топлива непосредственно вблизи с резервуаром с топливом установлен кран, позволяющий перекрывать подачу топлива. Также на трубке подачи топлива между краном и резервуаром предусмотрена возможность дополнительной установки нормально-замкнутого электромагнитного клапана, который при отключении напряжения сети (в случае аварийного отключения электроэнергии) закрывается, прекращая подачу топлива в камеру горения. Указанная конструкция позволяет дополнительно повысить безопасность работы котла.