ЖАРОТРУБНЫЙ ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ
FIRE TUBE WATER BOILER

Изобретение относится к нагревателям текучей среды, а именно, к водонагревателям, имеющим средства получения тепла, в частности, к водонагревателям, содержащим одну или несколько трубчатых камер сгорания или жаровых труб, с водяным кожухом, окружающим камеру сгорания, и может быть использовано для нагрева воды и отопления помещений в качестве котлов бытового или промышленного назначения.
Из существующего уровня техники известна котельная установка (Патент RU 2227256 C1, 20.04.2004, F24H1/28), содержащая котел с патрубками прямой и обратной воды, дымовую трубу, расширительный бак, отличающаяся тем, что верхняя часть дымовой трубы выполнена в виде вертикального трубчатого кольцеобразного экономайзера, снабженного переливной трубкой с запорным устройством, соединенным с котлом с помощью патрубка прямой линии, при этом верхняя часть экономайзера выполнена в виде расширительного бака, последний соединен с воздушным ресивером посредством воздушной трубки.
Из уровня техники также известен жаротрубный вертикальный водогрейный котел (Патент RU 2150051 C1, 27.05.2000, F24H1/28, F24B7/00), содержащий топку с горелочным устройством, вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри внешней трубы, патрубок прямой и обратной воды, причем верхняя часть котла выполнена в виде бака, причём, бак содержит переливную трубку, установленную между внешней трубой котла и корпусом бака и воздушную трубку с манометром, установленную на высоте, равной или большей отношению увеличения объема горячей воды в системе отопления к площади сечения в верхней части котла между вертикальным пучком жаровых труб и внешней трубой, при этом переливная и воздушная трубки снабжены запорными устройствами.
Наиболее близким техническим решением является жаротрубный вертикальный водогрейный котел (Патент RU 2150050 C1, 27.05.2000, F24H1/28), объем которого разделен на внешнюю и внутреннюю части, включающий топку с горелочным устройством, расположенную в нижней части котла, вертикальный пучок жаровых труб, установленных внутри котла, патрубок прямой и обратной воды, расширительный бачок и смеситель, причём, жаровые трубы снабжены плавниками, посредством которых объем котла разделен на упомянутые внутреннюю и внешнюю части, смеситель установлен в верхней части котла, а в расширительном бачке в его нижней части дополнительно установлен распределитель.
Основным недостатком вышеописанных технических решений является недостаточно эффективная реализация конвективных процессов теплопередачи/теплообмена в текучей среде от источника нагрева с низкой эксплуатационной надежностью, следствием чего является низкий КПД упомянутых нагревателей по сравнению с заявляемым котлом.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, заключающихся в повышении КПД устройства через снижение потерь тепла, экономию расхода топлива, обеспечение равномерного прогрева, увеличение конвективных процессов теплопередачи/теплообмена в текучей среде от источника нагрева, а также в увеличении срока службы и повышении надежности работы устройства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что жаротрубный водогрейный котел, в нижней части которого расположена топочная камера, а в средней и верхней частях – вертикальная дымовая труба с закрепленным в её верхней части расширительным баком, выполненным с подающим патрубком гидросистемы отопления, содержит жидкостный контур водяной рубашки, который выполнен с обратным патрубком гидросистемы отопления.
Причём, внутренние стенки жидкостного контура водяной рубашки, связанной гидравлически с внутренней верхней объёмно-воздушной или нижней водно-объемной частью расширительного бака посредством, по меньшей мере, одного переливного патрубка, расположенного в верхней части упомянутого жидкостного контура, образованы верхней и боковыми частями топочной камеры и вертикальной дымовой трубой, состоящей, по меньшей мере, из одной жаровой трубы, а внешние – контурной обечайкой котла и внутренней частью верхней стенки расширительного бака.
При этом жаровые трубы в верхней части котла расположены по всей высоте внутреннего пространства расширительного бака, которое выполнено герметично по отношению к внутреннему пространству упомянутых труб через контурную обечайку жидкостного контура водяной рубашки в верхней части котла.
В частности, контурная обечайка в нижней части котла может быть выполнена с поверхностью, которая параллельна поверхности боковых частей топочной камеры, а в средней и верхней – поверхности вертикальной дымовой трубы, таким образом, что образует сообщающиеся каналы жидкостного контура водяной рубашки котла.
Кроме этого, упомянутый обратный патрубок может быть расположен в нижней части через обечайку котла, а подающий патрубок может быть связан гидравлически с нижней водно-объемной частью расширительного бака и расположен в нижней внешней его части.
Причём, расширительный бак может быть закреплён по центру в верхней части вертикальной дымовой трубы и содержать уровневую колонку, выполненную в виде закрытой ёмкости и объёмно соединённую с боковой  частью бака посредством двух переливных трубок: одна из которых выполнена с функцией сообщения верхних внутренних объёмно-воздушных частей бака и закрытой ёмкости, а другая – нижних внутренних водно-объемных их частей.
Кроме этого, упомянутая закрытая ёмкость может быть выполнена из трубы с двумя заглушенными отверстиями.
Причём, все конструктивные элементы котла могут быть выполнены из жаропрочной нержавеющей стали.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен частный случай исполнения заявляемого жаротрубного водогрейного котла:
на фигуре 1 представлен принципиальный схематичный общий вид жаротрубного водогрейного котла, где:
1 –  жаротрубный водогрейный котёл;
2 – нижняя часть жаротрубного водогрейного котла;
3 – топочная камера;
4 – средняя часть жаротрубного водогрейного котла;
5 – верхняя часть жаротрубного водогрейного котла;
6 – вертикальная дымовая труба;
7 – верхняя часть вертикальной дымовой трубы;
8 – расширительный бак;
9 – подающий патрубок;
10 – жидкостный контур водяной рубашки котла;
11 – обратный патрубок;
12 – внутренняя верхняя объёмно-воздушная часть расширительного бака;
13 – внутренняя нижняя водно-объемная часть расширительного бака;
14 – переливной патрубок верхней части жидкостного контура;
15 – жаровые трубы;
16 – контурная обечайка котла;
17 – уровневая колонка;
18 – закрытая ёмкость уровневой колонки;
19 – переливная трубка для сообщения внутренних объёмно-воздушных частей бака и закрытой ёмкости;
20 – переливная трубка для сообщения внутренних водно-объемных частей бака и закрытой ёмкости;
21 – внутренняя верхняя объёмно-воздушная часть закрытой ёмкости уровневой колонки;
22 – внутренняя нижняя водно-объемная часть закрытой ёмкости уровневой колонки.
Частный случай реализации жаротрубного водогрейного котла может быть выполнен следующим образом: жаротрубный водогрейный котел 1, в нижней части 2 которого расположена топочная камера 3, а в средней 4 и верхней 5 частях – вертикальная дымовая труба 6 с закрепленным в её верхней 7 части расширительным баком 8, выполненным с подающим патрубком 9 гидросистемы отопления, содержит жидкостный контур 10 водяной рубашки, который выполнен с обратным патрубком 11 гидросистемы отопления.
Причём, внутренние стенки жидкостного контура 10 водяной рубашки, связанной гидравлически с внутренней верхней объёмно-воздушной 12 или нижней водно-объемной 13 частью расширительного бака 8 посредством, по меньшей мере, одного переливного патрубка 14, расположенного в верхней части упомянутого жидкостного контура 10, образованы верхней и боковыми частями топочной камеры 3 и вертикальной дымовой трубой 6, состоящей, по меньшей мере, из одной жаровой трубы 15, а внешние – контурной обечайкой 16 котла 1 и внутренней частью верхней стенки расширительного бака 8.
При этом жаровые трубы 15 в верхней части 5 котла 1 расположены по всей высоте внутреннего пространства расширительного бака 8, которое выполнено герметично по отношению к внутреннему пространству упомянутых труб 15 через контурную обечайку 16 жидкостного контура 10 водяной рубашки в верхней части 5 котла 1.
В частности, контурная обечайка 16 в нижней части 2 котла 1 может быть выполнена с поверхностью, которая параллельна поверхности боковых частей топочной камеры 3, а в средней 4 и верхней 5 – поверхности вертикальной дымовой трубы 6, таким образом, что образует сообщающиеся каналы жидкостного контура 10 водяной рубашки котла 1.
Кроме этого, упомянутый обратный патрубок 11 может быть расположен в нижней части 2 через обечайку 16 котла 1, а подающий патрубок 9 может быть связан гидравлически с нижней водно-объемной частью 13 расширительного бака 8 и расположен в нижней внешней его части.
Причём, расширительный бак 8 может быть закреплён по центру в верхней части вертикальной дымовой трубы 6 и содержать уровневую колонку 17, выполненную в виде закрытой ёмкости 18 и объёмно соединённую с боковой  частью бака 8 посредством двух переливных трубок 19, 20: одна 19 из которых выполнена с функцией сообщения верхних внутренних объёмно-воздушных частей 12, 21 бака 8 и закрытой ёмкости 18, а другая 20 – нижних внутренних водно-объемных их частей 13, 22.
Кроме этого, упомянутая закрытая ёмкость 18 может быть выполнена из трубы с двумя заглушенными отверстиями.
Причём, все конструктивные элементы котла могут быть выполнены из жаропрочной нержавеющей стали.
Жаротрубный водогрейный котёл работает следующим образом: вначале котёл подключают к гидросистеме водяного отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя через обратный 11 и подающий 9 патрубки. Из гидросистемы отопления вода через обратный патрубок 11 заполняет сообщающиеся каналы жидкостного контура 10 водяной рубашки котла 1. При этом из переливного патрубка 14 дополнительно наполняется внутренняя нижняя водно-объемная часть 13 расширительного бака 8 и внутренняя нижняя водно-объемная часть 22 закрытой ёмкости 18 уровневой колонки 17 до необходимого уровня их внутренних верхних объёмно-воздушных частей 12, 21. Причём, закрытая ёмкость 18 объёмно соединена с боковой  частью бака 8 посредством двух переливных трубок 19, 20: одна 19 из которых выполнена с функцией сообщения верхних внутренних объёмно-воздушных частей 12, 21 бака 8 и закрытой ёмкости 18, а другая 20 – нижних внутренних водно-объемных их частей 13, 22. Далее, производят розжиг топочной камеры 3, топочные газы, образующиеся при сгорании топлива, в виде дыма за счет естественной тяги поднимаются вверх по жаровым трубам 15 вертикальной дымовой трубы 6.  При сжигании топлива происходит выделение тепловой энергии, в результате которого внутренние поверхности топочной камеры 3 и жаровых труб 15 нагреваются, и осуществляется ее передача воде, циркулирующей по каналам, образованным контурной обечайкой  16 и внешними частями жаровых труб 15 с топочной камерой 3 в нижней 2, средней 4 и верхней 5 частях котла 1. При этом теплоноситель, поступая от потребителя тепла в котел через обратный патрубок 11, поднимается вверх по каналам жидкостного контура 10 водяной рубашки и через переливной патрубок 14 в верхней части жидкостного контура 10 попадает в расширительный бак 8, выполненный в верхней части 5 котла 1 и закреплённый в верхней части 7 вертикальной дымовой трубы 6. После чего, из расширительного бака 8 через подающий патрубок 9 возвращается к потребителю тепловой энергии. Уровень воды в расширительном баке 8 поддерживается степенью подпитки воды в систему по показаниям уровневой колонки 17. При нагревании теплоносителя в системе отопления и увеличении объема теплоносителя излишний объем теплоносителя свободно вытесняется в расширительный бак 8 через переливной патрубок 14. За счет выполнения всех основных конструктивных элементов котла из жаропрочной нержавеющей стали продлевается срок службы оборудования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что, во-первых, наличие в конструкции котла каналов, образованных контурной обечайкой и внешними частями жаровых труб с топочной камерой, жидкостного контура водяной рубашки, а также расширительного бака, закреплённого в верхней части водоохлаждаемой вертикальной дымовой трубы, с одной стороны, позволяет реализовать возможность эффективного и равномерного теплообмена между топочной камерой и жидкостным контуром водяной рубашки котла, дополнительного обогрева теплоносителя, находящегося в пространстве расширительно бака от тепла топочных газов, проходящих по жаровым трубам, что обеспечивает максимальный эффект от расхода энергии при сжигании топлива на обогрев, снижает потери тепла и позволяет экономить расход топлива, тем самым, повышает КПД, с другой стороны, - обеспечивает увеличение конвективных процессов теплопередачи/теплообмена в текучей среде от источника нагрева.  Во-вторых, за счёт выполнения всех основных конструктивных элементов котла из жаропрочной нержавеющей стали повышается срок службы и надежность работы оборудования. В-третьих, надежность работы оборудования также обусловлена конструктивным наличием переливного патрубка, связывающего гидравлически жидкостный контур водяной рубашки с внутренней частью расширительного бака, который в полной мере обеспечивает реализацию возможности для сбрасывания избыточного давления в гидросистеме.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «новизна».
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень».