УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ ОТ ВЛИЯНИЯ КАПЕЛЬНОЙ ВЛАГИ
DEVICE FOR PROTECTION OF CHIMNEY AGAINST ACTION OF DROPLET MOISTURE

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности теплоснабжения, и может быть использовано для серийного использования котла предназначенного для работы на природном или сжиженном газе преимущественно непрерывного или длительного горения для обогрева небольших производственных и гаражных помещений, небольших домов, коттеджей.
Известны отопительные устройства печи, содержащие источник тепла с камерой сгорания, соединенной с дымоходом, стенки которого имеют каналы для нагрева, забираемого из отапливаемого помещения (Авторское свидетельство SU №531964, F24B 7/04 от 15.10.1976 и ПМ патент RU №114279, В08В 9/04, В24С 5/04 от 20.03.2012). Однако эффективность теплопередачи в этих воздушных каналах недостаточно велика из-за невысокой скорости циркуляции окружающего воздуха в условиях естественной конвенции (тяги) при небольших перепадах температуры входящего и выходящего потока воздуха, а конструктивно известные устройства печи громоздки и сложны. Кроме того, недостатком является отсутствие системы электроподогрева вертикальной низовой части дымовой трубы в зоне ее крепления к опорной плите, когда в совершенных котлах (печах) они представляют собой напольный котел одноконтурный с чугунным теплообменником и с электронным поджигом и контролем пламени в серийном производстве. В современных условиях дымоходы собирают из металлических (оцинкованных) или стальных труб, которые утепляют огнеупорным теплоизолирующим материалом, при этом в таких дымовых трубах отсутствуют устройства противообмерзания нижних частей поверхности трубы.
Известна дымовая труба, содержащая несущую оболочку, газоотводящий ствол, вентилируемый зазор между ними, калорифер и перекрытие, вытяжное отверстие зазора выполнено в перекрытии в виде кольцевой щели по периметру устья газоотводящего ствола, а внешняя окружность кольцевой щели окаймлена направляющей потока, выступающей над перекрытием наклонно к оси дымовой трубы по направлению движения газов (Авторское свидетельство SU №1006873, F23J 11/00 от 23.03.1983).
Недостатком данной дымовой трубы является, то, что нагретый в калорифере наружный воздух подается приточным агрегатом через систему воздухораспределения в вентилируемый зазор только в верхнюю стороны дымовой трубы, а значит, не учитывает тот конденсат, который струйками сливается вниз, а значит, отсутствуют устройства для нижней части трубы от противообмерзания, когда отсутствует теплообменная поверхность или она недостаточно прогрета в зимний период при резких перепадах минусовых температурах, а также когда газовый котел работает в автоматическом режиме, и его периодичность работы зависит от перепада минусовых температур, т.е. при достижении заданной температуре нагрева отопления помещения он на время отключается, а при охлаждении обогрева, он вновь включается в работу в автоматическом режиме. Поэтому дымовая труба за этот кратковременный перерыв (остановка) при отсутствии горения газа, дымовая труба быстро остывает, хотя она по существу имеет вокруг теплоизоляционный материал, и ее дополнительно снабжают «труба в трубу». Образуется конденсат в виде капелек, которые поступают в нижнюю часть трубы на дно, образуется ее обмораживание в самом нижнем контуре трубы с примыканием в сторону окна с заслонкой для стока конденсата, т.е. конденсат собирается в нижней точке опоры трубы на фундаменте плиты - образуются сосульки и закупорка нижней полости трубы.
Известна система воздушного отопления помещений, содержащая приточный и вытяжной воздуховоды, выполненные в виде теплообменника типа «труба в трубе», внутренняя полость которого является приточным, а внешняя - вытяжным воздуховодом (Авторское свидетельство SU №1288456, F24F 7/00 от 07.02.1987).
Эта система использует тепло удаляемого воздуха, но не использует тепло удаляемых топочных газов, содержащих большое количество теплоты, чем удаляемый теплый воздух и вследствие этого также в нижней части трубы имеет место, контур трубы постоянно находится в холоде, а верхняя часть трубы нагревается, соответственно на дно выпадают струйки воды и они замерзают, так как нижнюю часть дымовой трубы обеспечить абсолютную герметичность практически невозможно в месте стока конденсата и отвода через окно с заслонкой.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является система отопления, содержащая источник тепла с камерой сгорания и газоходом, соединенным с дымовой трубой, снабженным теплообменником в виде трубчатого кожуха, установленного коаксиально на газоходе с образованием воздушных каналов с входным и выходным окнами, с патрубком забора наружного воздуха, соединенным с входным окном, расположенным в нижней части теплообменника, патрубок забора наружного воздуха соединен с неотапливаемым помещением, преимущественно с подполом, выходное окно снабжено заслонкой, расположено в верхней части теплообменника и сообщено с отапливаемым помещением (Патент RU №2097661, F24B 7/02 от 27.11.1997).
Недостатком прототипа является отсутствие системы электроподогрева нижней части дымовой трубы, когда по патрубку поступает холодный «уличный» воздух, забираемый из подпола или другого места окружающей среды вне отапливаемого помещения, поэтому он должен интенсивно нагреваться за счет конвективного теплообмена с наружной поверхности газохода и нагретым направляется в отапливаемое помещение через выходное окно.
Дымовая труба в современных и совершенных газовых котлах обустраиваются отдельно от вытяжной трубы и идут вверх параллельно между собой на одном уровне в высотном положении. Даже теплоизоляция дымовой трубы и дополнительно сверху дополнительная теплоизоляция в виде обмотки металлическим кожухом (оцинкованным) снизу доверху (как показала практика эксплуатации) использования Модели котла. Италия «Ветта-100» /FonDiTAL/ (модель BALi RTVE-35) - Напольные котлы представляют котел одноконтурный котел только для отопления, с чугунным теплообменником, с электронным поджигом и контролем пламени. Мощность: 18-24-32-36 кВт.
2
В серийном исполнении котел предназначен для работы на природном или сжиженном газе, работает в автоматическом режиме. Котел Fondital подходит для бытового, общественного и промышленного использования. Диаметр дымохода 250 мм при отводе только непосредственно от котла и толщина стенок трубы подбирается с учетом температуры выходных газов. Отапливая площадь до 980 м, максимальная t°C системы отопления 85°С. Однако для данного газового котла и уже для построенных отопительных котлов выявило следующие недостатки: во-первых, патрубок газового котлам отопления соединяют преимущественно с наружным патрубком «труба в трубу» несколько большего диаметра, последний соединяют через окно с металлической вертикальной дымовой трубой такого же диаметра, толщина которых составляет 0,8-1,0 мм и ее для устойчивости вертикального положения, нижним концом устанавливают на опорной плите со стороны стены неотапливаемого помещения «уличное»; во-вторых, выход и врезка наружного патрубка в вертикальную дымовую трубу происходит на высоте (от пола) не менее 1,5 м, следовательно, прогрев материала трубы в нижнем основании уже отсутствует, а, значит, нижняя часть трубы подвержена приточному холодному воздуху, при этом окно с заслонкой для стока конденсата и его отвода также расположены в нижней точке на опорной плите; в-третьих, обеспечить абсолютную герметичность практически невозможно, даже при закрытой заслонке и применив теплоизоляционный материал повышенной изоляции, часть холодного воздуха также будет подсасываться из-за вытяжного канала дымовой трубы, охлажденной в ее нижней части, с выходом в атмосферу. При отрицательных и переменчивых уличных температурах -2...-30°С, происходит обмораживания внутреннего контура трубы до врезки наружного патрубка в дымовую трубу. Поэтому, практика эксплуатации показала, чтобы преодолеть чрезмерное промерзание и накопления накопленного промерзшего конденсата, необходимо еще открыть промерзшую заслонку изначально, затем через малое отверстие для отвода стока конденсата еще попытаться, как следствие, брать подручные средства (лом и т.п.), чтобы удалить намерзший лед, и как, следствие, происходит деформация заслонки и кавитация самой дымовой трубы при ударе лома о стенки трубы.
Заявляемое устройство направлено на повышение надежности для защиты дымовой трубы, в том числе при эксплуатации в условиях отрицательных температур.
Для решения указанной задачи устройство для защиты дымовой трубы от влияния капельной влаги содержит источник тепла с камерой сгорания и газоходом, соединенным с дымовой трубой в виде патрубка отвода дыма, соединенного входным окном с в вертикальной дымовой трубой, расположенной с наружной стороны стены вне неотапливаемого помещения, окно с заслонкой, согласно изобретения, дымовой патрубок газового котла отопления соединен с наружным дымовым патрубком, при этом наружный дымовой патрубок проходит через окно в стене отапливаемого помещения наружу и там соединен с вертикальной дымовой трубой, установленной на опорной плите, при этом вертикальная труба, ниже подключенного наружного дымового патрубка в сторону опорной плиты, заключена в теплоизолирующий кожух в виде спиралевидного контура трубок круглого сечения, жестко закрепленных вокруг нее, снабженных в полости трубок входящими электрическим нагревательными элементами в виде греющих электрическим кабелем или электрической спиралью или с помощью ТЭНов с клеммами подвода электрического питания на уровне от опорной плиты до торца подключения наружного патрубка к дымовой трубе, кроме того на вертикальной дымовой трубе ниже подключенного наружного дымового патрубка выполнено окно с заслонкой для стока конденсата и его отвода, при этом диаметры наружного дымового патрубка и вертикальной дымовой трубы не меньше диаметра дымового патрубка отходящего от газового котла отопления.
В отапливаемом помещении устанавливается узел подключения электрического кабеля или электрической спирали или с помощью ТЭНов к электропитанию, при снижении температуры воздуха на открытом воздухе ниже 0°С включается электрообогрев. Ввод и вывод, например электрического кабеля из отапливаемого помещения осуществляется по внутреннему пространству, заключенный в теплоизолирующий кожух в виде спиралевидного контура трубок круглого сечения, жестко закрепленных вокруг дымовой трубы в нижней ее части.
Отличительными признаками заявляемого устройства является именно, дополнительная обмотка наружной части дымовой трубы, заключенного в теплоизолирующий кожух в виде спиралевидного контура трубок круглого сечения с нагревательным элементом.
Таким образом, дымовая труба в нижней своей части с учетом огнеупорного теплоизоляционного материала за счет ее установки жестко и вертикально на опорной плите (железобетонной) со спиралевидным контуром с нагревательным элементом ускоряют и поддерживают температуру стенок трубы с окном и заслонкой, в частности, ее нижней части до опорной плиты, что позволяет внутри пустотелой дымовой трубы повысить температуру ее стенок, стабильность и полноту процессов выхода конденсата от водяных паров отводящих газообразных продуктов горения (дымовых газов), не допускающих к охлаждению до температуры ниже 0°С. Капельки теплой воды начинают вытекать наружу (при прогреве стенок трубы), далее в емкость конденсата, т.е. водяные пары, начинают «выпадать в осадок». При этом тепло от теплоносителя контура по кругу в нижней части дымовой трубы дает возможность ей постоянно равномерно прогреваться при охлаждении наружного воздуха до температуры ниже 0°С, т.е. конденсат собирается в нижней точке дымовой трубы и не замерзает, отсутствуют сосульки и закупорка льдом.
Предложенное устройство поясняется чертежами: На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для защиты дымовой трубы от влияния капельной влаги; на фиг. 2 - котел горения нагревателя воды; на фиг. 3 - панель управляемого котла горения.
Устройство включает котел 1 горения нагревателя отопления воды с панелью управления 2 котла горения с дымовой трубой 3 и вытяжной трубы 4 расположенных вдоль стены снаружи с неотопляемой стороны помещения (не показано) в виде вертикальных стальных труб круглого сечения и вертикально установленных на опорной железобетонной плите 5.
2
Система отопления содержит источник тепла, выполненный в виде напольного котла 1 одноконтурного для отопления с чугунным теплообменником, с электронным поджигом, контролем пламени. Стоимость котла составляет 160 тыс.рублей в ценах 2017 года, вес котла 355 кг, размеры котла (1430×450×100). Работа котла 1 основана на сжигании природного или сжиженного газа. Характеристика отопления: максимальное давление в системе 4,0 бар, отапливая площадь до 980 м, минимальная температура системы отопления 45°С, максимальная температура системы отопления 85°С.
3
Котел 1 горения включает общий выключатель с сетевым индикатором, кнопку разблокировки 6, регулятор подогрева 7, индикатор блокировки от перегрева воды 8, индикатор блокировки отсутствия тяги в дымоходе и давления газа (настройка температурного режима) 9, индикатор блокировки горелки 10, световой индикатор работы горелки 11, термоманометр 12, предохранительный термостат с ручным сбросом 13. Техническая характеристика котла 4 горения: максимальная мощность - 99 кВт, КПД - 99,6%, максимальный расход природного газа - 11, 6 м/час, максимальный расход сжиженного газа - 8,7 кг/час, диаметр дымового патрубка от котла - 250 мм, напряжение от сети - 220 В. Таким образом, работа устройства дымовой трубы связана с заданной температуры в виде сжигаемого газа, соединяющегося с кислородом воздуха.
Камера сгорания напольного котла 1 на выходе дыма выполнена трубчатым дымовым патрубком 14 с диаметром 250 мм с переходником 15 для соединения его с наружным дымовым патрубком 16 с диаметром 300 мм. Наружный дымовой патрубок соединен с вертикальной стальной дымовой трубой 3 такого же размера и выполнен в виде врезки тройника под углом 87°, и дымовой наружный патрубок 16 проходит через стену 17 отапливаемого помещения наружу. Вертикальная дымовая труба 3 в месте установки на опорной железобетонной плите 5 имеет выходное окно 18 с заслонкой для стока конденсата, например, в емкость 19, который образуется в результате стекания капелек воды внутри пустотелой дымовой трубы (образующегося конденсата). Вертикальная дымовая труба 3 круглого сечения по всей своей высоте закрыта теплоизоляцией (стекловатой толщиной изоляции 40-50 мм), а также дополнительно поверх ее скрепляют гибким круговым листовым материалом (оцинковка), что имеет в общем виде теплообменника типа «труба в трубу», и таким образом, дымовая труба 3 состоит из одной пустотелой трубы заданной высоты (выше крыши помещения). В результате нет необходимости на внутренней поверхности в верхней части трубы 3 дополнительно выполнять сборник конденсата с выводом его наружу (это усложняет саму конструкцию дымовой трубы с утеплителем в целом).
Нижняя наружная часть вертикальной дымовой трубы 3, ниже врезки тройника в виде наружного дымового патрубка 16 и в сторону опорной плиты 5, состоит с электрообогревом теплоизолирующего кожуха в виде спиралевидного контура из трубок 20 круглого сечения и жестко закрепленных вокруг нижней части трубы 3, проложенных от наружного дымового патрубка 16 вниз в сторону опорной плиты 5, витки которых повторяют форму круглой трубы 3, при этом нижний виток спиралевидного контура трубок 20 расположен на уровне верхнего среза окна 18 с заслонкой в нижней части трубы 3.
Устройство также включает вытяжную трубу 4, установленную рядом с вертикальной дымовой трубой 3 на опорной плите 5 вдоль наружной неотапливаемой стены помещения.
Работает устройство следующим образом.
В камере сгорания наполного котла 1 сжигается природный газ или сжиженный газ, на горение которого воздух поступает из отапливаемого помещения. В серийном исполнении котел имеет атмосферную горелку из нержавеющей стали, электронный розжиг пилотной горелки прерывистого действия, ионизационный контроль пламени, предохранительный ограничительный термостат, предохранительный термостат дымовых газов, возможность подключения электроплаты для управления зоной отопления. Котел имеет чугунный теплообменник и контроль пламени.
Работа котла 1 горения обеспечивается согласно качественной и правильной его работы устройства, а также обслуживание в соответствии с нормами, действующими по его установки, с соблюдением норм по охране окружающей среды и безопасности.
Дымовые газы по дымовому патрубку 14 с переходником 15 отводятся в наружный дымовой патрубок 16 несколько большего диаметра, чем патрубок 14, далее дымовые газы поступают в вертикальную дымовую трубу 3 и выбрасываются в атмосферу, нагревая при этом только верхнюю часть трубы 3, а нижняя часть трубы 3 в сторону опорной плиты остается охлажденной. В связи с этим необходимо иметь возможность подогревать нижний участок холодной трубы 3 электрическими нагревательными элементами (возможны варианты и другие, неописанные здесь). После наступления холодного периода года при температуре ниже 0°С предусмотрен подогрев, для чего включают нагревательный, например, электрический кабель или электрическую спираль или с помощью ТЭНов, проложенных внутри спиралевидного контура, состоящего из трубок 20 круглого сечения и жестко закрепленных вокруг стальной нижней части трубы 3 со стороны наружного дымового патрубка 16 вниз в сторону опорной плиты 5, витки которых повторяют форму круглой трубы 3. Таким образом, обогнув нижнюю часть трубы 3, греющий кабель или другой греющий элемент входит в полость спиралевидных трубок 20, и контакты греющих элементов выводятся за пределы дымовой трубы, не оказывая влияния на контакт с трубой. За счет автоматической работы напольного котла 1 в холодный период года позволяет его использовать в различных климатических зонах, а значит, в режиме использования теплоизолирующего кожуха в виде спиралевидного контура из трубок 20 круглого сечения, снабженных в полости трубок 20 входящими электрическими нагревательными элементами, обеспечивает надежность, безопасность и стабильность работы нижней части дымовой трубы 3, отдав тепло, и стекающий по внутренней части трубы конденсат не замерзает, и через выходное окно 18 с заслонкой, выводится наружу в емкость 19. Следует учитывать, что газовый котел 1 работая в автоматическом режиме, при нагреве отопления при обогреве помещений автоматически на короткое время отключается до ее критического охлаждения в отопительных трубах помещения, затем вновь включается. Таким образом, стенки дымовой трубы 3 в верхней части несколько охлаждаются, возникает в этот перерыв накопление конденсата, который в виде капельной воды опускаются в нижнюю часть трубы 3, установленной на опорной плит 5.
Данное устройство позволяет полностью исключить примерзание заслонки к выходному окну и накопление льда внутри трубы, т.е. отсутствует образование наледи и закупорка льдом полости трубы. Она снаружи обеспечена греющими электрическими элементами, это тепло увеличивает эффективность работы теплообменника поверх трубы, выполненным изолируемым спиралевидным контуром трубок. При замыкании цепи нагревательного элемента нижняя часть дымовой трубы разогревается, и слой наледи тает, вода вытекает вниз из окна с заслонкой. Это позволяет обеспечить надежную и простую эксплуатацию таких газовых котлов с подогревом в холодный период года, что позволяет надежно использовать вертикальную дымовую трубу. Кроме того, заявляемые конструктивные особенности предложенного устройства для защиты дымовой трубы от влияния капельной влаги в их совокупности обеспечивают практически полную автоматизацию процессов и улучшают условия труда обслуживающего персонала -оператора газовой котельной.