НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО КОТЛА
HEATER FOR HEATING BOILER

Изобретение касается нагревателя для отопительного котла, соответствующего общему понятию пункта 1 патентной формулы.
Нагреватель вышеназванного типа для отопительного котла, подлежащего эксплуатации в атмосферных условиях, достаточно известен и отличается своей надежностью и простотой. Это достаточно недорогое устройство состоит, по существу, из работающей при атмосферном давлении газовой горелки и полуавтоматического устройства для воспламенения и контроля процесса горения. Такие газовые нагреватели, оснащенные полуавтоматом, и оборудованные ими отопительные котлы, особенно широко применяются в восточно-европейских странах (например, в России), в которых сезонно необходимо рассчитывать на экстремально низкие температуры.
В указанных странах к нагревательным устройствам, используемым при атмосферном давлении, предъявляют следующие, достаточно высокие требования: надежность, эксплуатационная безопасность и благоприятная цена, поскольку таким требованиям все же не удовлетворяют господствующие в настоящее время в Западной Европе претенциозные и полностью автоматические системы управления для атмосферных нагревателей.
С другой стороны, с этим преимуществом полуавтоматически управляемых атмосферных нагревателей (или, соответственно, отопительных котлов) все-таки связаны следующие недостатки или проблемы: в некоторых районах названных стран возникают перебои с обеспечением газом, а это означает, что в период пиковых нагрузок часто падает ниже предельно допустимых значений давление в газовых магистралях. В зависимости от сезона необходимо частично рассчитывать на экстремально низкие температуры окружающей среды даже в самих отапливаемых помещениях, из чего вытекают повышенные требования к холодному пуску нагревателя. Кроме того, часто возникают большие перепады температур, что может привести к запотеванию деталей конструкции, которые являются критически чувствительными в этом отношении.
Кроме того, как правило, в распоряжении имеется только частично подготовленный специальный персонал, а также отсутствует всеохватывающая сеть запасных частей. И, наконец, длительные простои отопителей вследствие экстремальных зимних температур при часто неудовлетворительной теплоизоляции зданий ведут к замерзанию всей системы отопления.
С учетом всего вышесказанного, чтобы обеспечить надежную эксплуатационную безопасность, применяются сигнальные горелки с относительно высокой мощностью (от 350 до 500 Вт).
В целях определения понятий полуавтоматических и полностью автоматических устройств для воспламенения и контроля процесса горения нужно отметить, что надежные и умеренные в цене полуавтоматы, как уже упоминалось, располагают так называемой сигнальной горелкой, которая всегда горит в нормальном состоянии и имеет тем самым такое преимущество, что даже при низких температурах окружающей среды (и при холодном старте) всегда обеспечивается воспламенение собственного пламени горелки, не говоря уже о том, что постоянно горящая сигнальная горелка обеспечивает определенным теплом отопительный котел и собственно нагреватель. В случае, если сигнальная горелка погаснет, то посредством термического выключателя прерывается подача газа к сигнальной горелке и собственно нагревателю. Сигнальная горелка должна быть воспламенена вновь. При этом требуется предельное внимание специалиста, ответственного за эксплуатацию нагревателя, первейшей задачей которого является возвращение в рабочее состояние в максимально короткий срок потухшей вследствие колебаний давления газа в магистрали сигнальной горелки, с целью не допустить замерзания системы.
У так называемых полных автоматов типовыми являются два варианта, а именно, с одной стороны такие, которые работают без сигнальной горелки и при этом поджигают собственно нагреватель посредством запальной искры, осуществляя электронную регулировку в соответствии с потребностью. Так как подобные полные автоматы обходятся без сигнальной горелки, то у них нет и тепла для подогрева отопительного котла и нагревателя.
Но с другой стороны, имеются также полные автоматы с сигнальной горелкой. В этом случае говорят о т.н. пульсирующей воспламеняющей системе, при которой сигнальное пламя используется только в фазе воспламенения нагревателя, а это означает, что и в этом случае нельзя с полной уверенностью исключить возможность замерзания отопительного котла.
С учетом такой ситуации, при сохранении надежного и умеренного в цене полуавтоматического нагревательного устройства, работающего с сигнальной горелкой для используемого в атмосферных условиях отопительного котла, необходимо предусмотреть наблюдаемые у таких полуавтоматов недостатки, а именно: зависимые от времени года сильные перепады внешней температуры, колебания магистрального давления газа, а также должно быть уделено внимание минимизации затрат различных ресурсов на постоянный эксплуатационный контроль задействованного отопительного котла.
Поставленная задача в заявленном нагревательном устройстве отопительного котла, включающем атмосферную газовую горелку (2), с которой сопряжены полуавтоматическое устройство воспламенения и контроля горения (5) и постоянно горящая, по крайней мере, при нормальной эксплуатации отопительного котла (1), сигнальная горелка (3) в готовности обеспечить факел зажигания, в соответствии с изобретением решена посредством того, что с устройством воспламенения и контроля горения (5) сопряжено электронное и герметично капсулированное регулирующее устройство (5.3) для нового воспламенения сигнального факела (3) после прерывания нормального режима эксплуатации.
Зависимые пункты формулы раскрывают устройство, дополнительно содержащее два клапана переключения (13, 14), установленные в трубопроводе подвода газа (12) к газовой горелке (2), при между клапанами переключения (13, 14) отводится газопровод (15), ведущий к сигнальной горелке (3); кроме того, устройство воспламенения и контроля горения (5), содержащее регулирующее устройство (5.3), выполненное электронным, дополнительно может содержать приборы контроля давления газа (11) и/или отработанных газов (10), переключаемые посредством указанного электронного регулирующего устройства (5.3).
Другими словами, отныне полуавтомату придается электроника в качестве дополнительного регулирующего устройства, которое обеспечивает автоматическое восстановление сигнального пламени в случае его угасания при колебаниях давления газа в системе. Это осуществляется посредством повторяющихся попыток воспламенения, что означает: отопительная система при неполадках не отключается, а переходит в режим ожидания, при котором и осуществляются эти попытки воспламенения. Электроника, таким образом, получает другое по сравнению с электроникой полных автоматов задание, согласно изобретенной взаимосвязи. И теперь она больше должна заботиться не о разжигании нагревателя, как у полных автоматов, а о воспламенении или восстановлении сигнального пламени, которое, среди прочего, является важным для предотвращения замораживания устройства.
Изобретенная и подходящая для данных условий электроника, выполненная в форме регулировочного устройства для полуавтоматов, целенаправленно, из-за возможности причинения ущерба высокой влажностью, выполнена герметично, в капсуле, так как в рассматриваемой здесь области ее применения с экстремальными температурными условиями необходимо в значительной степени рассчитывать на сильное запотевание и увлажнение.
Несмотря на применение изобретенного электронного регулирующего устройства, надежный полуавтомат остается практически без изменений, однако использование данного устройства позволяет избежать упомянутых в начале проблем при падении давления газа ниже границы стабильности сигнального пламени и ручного приведения в действие сигнальной горелки, так как в этом случае об этом заботится регулирующее устройство. При восстановлении нормального давления сигнальная горелка тотчас же будет самостоятельно воспламенена. Так как данная функция должна быть надежно обеспечена особенно во времена года с минусовыми температурами, равным образом важным является и то, что электронное регулирующее устройство, или же, соответственно, электронная плата, водонепроницаемо капсулирована. Для капсулирования плата просто обливается затвердевающей изоляционной массой, это, кроме того, имеет то преимущество, что манипуляции с платой возможны лишь при одновременном разрушении затвердевшего изоляционного корпуса.
Изобретенное нагревательное устройство подробнее поясняется при помощи графического изображения так называемой монтажной схемы подключения (см. фиг.1).
На фиг. 1 использованы следующие обозначения: 1 - отопительный котел, 2 - газовая горелка, 3 - сигнальная горелка, 4 - собственно регулировка, 5 - устройство воспламенения и контроля горения. Все обозначено только схематически, так как такие традиционные элементы не нуждаются в дальнейших пояснениях. В регулировании 4 далее обозначены поз.6 - сетевой выключатель, поз.7 - указатель температуры, 8 - выключатель с часовым механизмом и 9 - датчик отработанных газов.
К устройству воспламенения и контроля горения 5 относятся: прибор контроля отработанных газов 10 с выключателем и прибор контроля давления газа 11. В подводе газа 12 к нагревателю 2 находятся клапаны переключения 13 и 14, между которыми ответвляется газопровод 15, ведущий к сигнальной горелке 3. Клапаны переключения 13 и 14 с помощью шин управления 13.1 и 14.1 соединены с устройством воспламенения и контроля горения 5, и ведут к сигнальной горелке 3 провод высокого напряжения 5.1 и провод 5.2 для подачи сигнала ионизации, указанные провода соединяются с подходящим сюда регулирующим устройством 5.3, выполненным электронным.
Первичный запуск осуществляется путем приведения сетевого выключателя 6 в положение ВКЛ. Когда поступает внутренний сигнал на розжиг через регулятор 4 на устройство воспламенения и контроля горения 5, он включает клапан 13 и воспламенение, чтобы зажечь сигнальную горелку. Когда через провод 5.2 поступает сигнал ионизации, клапан переключения 14 открывается, и газовая горелка 2 загорается от сигнальной горелки 3. Когда исчезает необходимость в розжиге, устройство воспламенения и контроля горения 5 закрывает клапан переключения 14, что означает: сигнальная горелка 3 продолжает гореть, а при новом возникновении сигнала на розжиг клапан 14 просто снова открывается и, таким образом, речь идет об управляемом отключении.
При возникновении неисправности, например, прерывании сигнала ионизации, клапаны 13, 14 будут немедленно закрыты устройством воспламенения и контроля горения 5. То же произойдет, когда устройство воспламенения и контроля горения 5 получит сигнал через датчик отработанных газов 9. Устранение неисправности в данном случае возможно только путем нового включения сетевого выключателя (вкл/выкл) 6.
Если давление газа упадет настолько, что будет достигнута так называемая граница стабильности сигнальной горелки, то сигнальная горелка будет потушена в принудительном порядке, однако все должно быть восстановлено по возможности быстро. Отныне сопряженное с устройством воспламенения и контроля горения 5 электронное регулирующее устройство 5.3 более не допустит аварийного отключения нагревателя, а лишь переведет его в режим ожидания для нового воспламенения сигнальной горелки 3, при этом клапаны переключения 13, 14 через электронное регулирующее устройство 5.3 при повышении давления газа последовательно откроются, а сигнальная горелка 3 и газовая горелка 2 снова воспламенятся.
Список использованных обозначений
1 Отопительный котел
2 Газовая горелка
3 Сигнальная горелка
4 Регулятор
5 Устройство воспламенения и контроля горения
5.1 Провод высокого напряжения
5.2 Провод
5.3 Регулирующее устройство
6 Сетевой выключатель
7 Указатель температуры
8 Выключатель с часовым механизмом
9 Датчик отработанных газов
10 Прибор контроля отработанных газов
11 Прибор контроля давления газа
12 Трубопровод подвода газа
13 Клапан переключения
13.1 Шина управления
14 Клапан переключения
14.1 Шина управления
15 Газопровод