ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к тепловым генераторам (водогрейный котел) и может быть использована в коммунально-бытовой технике, в частности в технике местного теплоснабжения жилых зданий.
Совершенствование энергосбережения в тепловых генераторах систем отопления зданий обусловлено Федеральным законом РФ №261 - ФЗ от 23 ноября 2009 года. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Также, согласно СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные, Раздел 11 «Энергосбережение», п.11.5 В целях достижения оптимальных технико-экономических характеристик здания и дальнейшего сокращения удельного расхода энергии на отопление рекомендуется предусматривать: применение эффективного инженерного оборудования соответствующего номенклатурного ряда с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД).
Известен нагревательный котел для сжигания жидкого или газообразного топлива (Заявка ФРГ №3628293, Кл. F24H 1/26, 1990) содержащий, преимущественно, одну или многосекционную камеру сгорания или один или многосекционный экран для поворота горючих газов. Внутри камеры сгорания имеется индукционный канал, окружающий пламя горелки.
Наиболее близким техническим решением из известных общедоступных источников информации является водогрейный котел (Патент РФ №2043578, F24H 1/40, 1/44, 1995) содержащий размещенную в вертикальном корпусе в виде водяной рубашки топочную камеру, в нижней части которой выполнены по крайней мере два канала, в каждом из которых установлены Г-образная циркуляционная труба, отводящий участок последней выведен в водяную рубашку, причем один конец канала обращенный в сторону топочной камеры, заглушен, а другой соединен с рубашкой. U-образные циркуляционные трубки размещены в верхней части топочной камеры, а перегородка установлена в водяной рубашке, перекрытым на уровне каналов, при этом отводящие участки U и Г-образных труб выведены в верхнюю часть рубашки.
Недостатком известного водогрейного котла является то, что в нем теплообменные емкости (трубы) выполнены горизонтально. Такое расположение теплообменных емкостей обеспечивает горизонтальную двойную циркуляцию нагреваемого теплоносителя, что при естественной циркуляции нагреваемого теплоносителя значительно снижает интенсификацию теплообмена между продуктами сгорания и нагреваемым теплоносителем в сравнении с вертикальной двойной циркуляцией нагреваемого теплоносителя. Кроме того горизонтальное консольное расположение теплообменных труб в зоне максимальных тепловых напряжений в топочной камере создает условия тепловой деформации каналов, что приводит к изменению сечения труб и соответственно снижает не только тепломассообмен между продуктами сгорания и нагреваемым теплоносителем, но и коэффициент полезного действия (КПД) теплогенерирующего устройства.
Задачей полезной модели является - повышение интенсификации теплообмена при нагреве теплоносителя, за счет применения верхней и нижней трубных досок в которые жестко закреплены вертикально расположенные трубы с двойной циркуляцией теплоносителя. При этом, все участки перехода циркуляции теплоносителя из одной трубы в другую расположены в зоне максимального теплового потока продуктов сгорания в топочной камере, что создает условия для повышения гравитационного напора при циркуляции нагреваемого теплоносителя, т.е. обеспечивается энергосбережение за счет интенсификации теплообмена и соответственно повышения КПД теплогенерирующей установки.
Сущность полезной модели заключается в том, что энергосберегающее теплогенерирующее устройство, содержащее размещенную в вертикальном концентрическом корпусе в виде водяной рубашки топочную камеру, циркулирующие трубы дополнительно снабжено двумя трубными досками, верхней и нижней, в последней жестко закреплены концы вертикальных труб, а на втором конце их установлены заглушки, обращенные в сторону газовой горелки, в каждой вертикальной трубе установлены циркуляционные трубы, один конец обращенный в сторону заглушки канала свободен, а второй конец жестко закреплен с верхней трубной доской, во внешнем и внутреннем концентрическом корпусе в проеме жестко закреплен прямоугольный канал для удаления продуктов сгорания в дымоход и патрубок для отвода нагретого теплоносителя.
Технический результат заключается в том, что для обеспечения интенсификации теплообмена между продуктами сгорания газа и нагреваемым теплоносителем, в энергосберегающем теплогенерирующем устройстве использован метод нагрева теплоносителя - труба в трубе. При этом, трубы расположены вертикально по отношению к топочной камере, что позволяет при естественной циркуляции интенсифицировать теплообмен между продуктами сгорания газообразного топлива и нагреваемым теплоносителем, а также соответственно обеспечивается повышение КПД. Кроме того, применение верхней и нижней трубных досок также усиливает интенсификацию процесса теплообмена по двум вариантам. Вариант 1 - движение нагреваемого теплоносителя в вертикальном концентрическом корпусе с переходом в вертикальные циркуляционные трубы и с выходом в вертикальные трубы, один конец которых жестко закреплен в нижнюю трубную доску, а второй конец имеет заглушку в зоне максимального теплового напряжения топочной камеры. При этом, в Варианте II движение нагреваемого теплоносителя в вертикальном концентрическом корпусе осуществляется с переходом в вертикальные трубы (типовые модули) один конец которых жестко закреплен в нижнюю трубную доску, второй конец которой имеет заглушку в зоне максимального теплового напряжения с переходом в вертикальные циркуляционные трубы, один конец которых жестко закреплен в верхнюю трубную доску. Повышение интенсификации теплообмена при естественной циркуляции нагреваемого теплоносителя в теплогенерирующем устройстве обеспечивается за счет применения верхней и нижней трубных досок в которых жестко закреплены вертикальные трубы. При этом, если требуется нагрев теплоносителя с повышенной температурой, то используется второй вариант.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема энергосберегающего теплогенерирующего устройства с отбором нагретого теплоносителя в нижней емкости, на фиг.2 - схема энергосберегающего устройства с отбором нагретого теплоносителя в верхней емкости.
Энергосберегающее теплогенерирующее устройство содержит: два вертикальных концентрических корпуса, внешний 1 и внутренний 2, с образованием между ними емкости А для нагреваемого теплоносителя. В верхней части внутреннего корпуса 2 установлены нижняя 3 и верхняя 4 трубные доски, которые образуют две емкости теплоносителя: Б и С. Во внутреннем корпусе 2 размещены топка 5 и трубная поверхность в виде типовых модулей 6 (труба в трубе) один конец в каждой из которых имеет заглушку 7, а другой жестко закреплен в нижней трубной доске 3. В каждом типовом модуле 6 (вертикальные трубы) установлены вертикальные циркуляционные трубы 8 для направленного гравитационного движения нагреваемого теплоносителя, один конец циркуляционной трубы 8 в зоне заглушки 7, типовых модулей 6 свободен, а второй жестко закреплен в верхнюю трубную доску 4. Емкости А и С имеют общее соединение (как сообщающиеся сосуды), что позволяет за счет гравитационного движения теплоносителя осуществлять переход из емкости А в емкость Б Во внешнем 1 и внутреннем 2 концентрическом корпусах (фиг.1) имеется проем в котором жестко закреплен прямоугольный отвод 9 для удаления продуктов сгорания в дымоход. Корпус 1 имеет подводящий 10 и отводящий 11 патрубки теплоносителя. В топочной камере 5 установлена газовая горелка 12. С внешней стороны вся поверхность корпуса 1 покрыта теплоизоляционным материалом 13.
Устройство с отбором нагретого теплоносителя в нижней емкости Б, вариант I (фиг.1) работает следующим образом. Продукты сгорания, образовавшиеся в результате сжигания топлива (например - газообразного) в топке 5, нагревают стенки внутреннего корпуса 2 и соответственно теплоносителя в емкости А, который за счет гравитационного движения, поступает в емкость С. Далее в типовых модулях 6 в зонах заглушек 7 вследствие повышенного теплового потока продуктов сгорания в модуле 6 происходит гравитационное движение теплоносителя (подъем), что обеспечивает поступление нагретого теплоносителя в емкость Б и далее в патрубок 11 системы отопления. Движение теплоносителя в межтрубном пространстве типового модуля 6 осуществляется за счет гравитационного напора вертикальной емкости А и соответственного в типовых модулях 6.
Количество вертикальных рядов типовых модулей, а также объемы тепловых емкостей А, Б и С определяются расчетным путем, таким образом, чтобы температура продуктов сгорания на выходе из энергосберегающего теплогенерирующего устройства была в пределах обеспечивающих эффективность использования топлива, а также исключающая возможность образования точки росы в удаляемых продуктах сгорания газа. Заданная температура нагреваемого теплоносителя, обеспечивается автоматическим режимом работы топочного процесса (например - газовая горелка).
Вариант II (фиг.2). Устройство с отбором нагретого теплоносителя в верхней емкости С работает следующим образом. Продукты сгорания образовавшиеся в результате сжигания топлива (например - газообразного) в топке 5, нагревают стенки внутреннего корпуса 2 и соответственно теплоносителя в емкости А, который за счет гравитационного движения, поступает в емкость Б. Далее в типовых модулях 6 в зонах заглушек 7 вследствие повышенного теплового потока продуктов сгорания в циркуляционных трубах 8 происходит гравитационное движение теплоносителя (подъем), что обеспечивает поступление нагретого теплоносителя в емкость С и далее в патрубок 11 системы отопления. Движение теплоносителя в межтрубном пространстве типового модуля 6 осуществляется за счет гравитационного напора вертикальной емкости А и соответственно в циркуляционных трубах 8.
Полезная модель обладает повышенной интенсификацией теплообмена при нагреве теплоносителя, за счет вертикального расположения типовых модулей 6 и циркуляционных труб 8 с двойной циркуляцией при поступлении нагретого теплоносителя в нижнюю емкость Б (Вариант I) или верхнюю емкость С (Вариант II) которые образованы нижней 3 и верхней 4 трубными досками.
Для обоснования эффективности полезной модели энергосберегающего теплогенерирующего устройства проведен многоплановый анализ наиболее близкого технического решения из известных общедоступных источников информации, который позволяет утверждать, что за счет применения вертикального расположения теплообменных труб и горизонтальных трубных досок обеспечивается не только интенсификация теплообмена, но и резкое снижение сопротивления потока продуктов сгорания газа, а это весьма важно для теплогенерирующих устройств с естественной тягой удаления продуктов сгорания в дымоход.