БОЙЛЕР КОСВЕННОГО НАГРЕВА
INDIRECT HEATING BOILER

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, более конкретно, к устройствам для нагрева воды.
Бойлер косвенного нагрева представляет собой оборудование для подогрева воды, использующее тепло отопительной системы. Такой бойлер обеспечивает нагревание воды до высоких температур и поддержание ее в горячем состоянии. Водонагреватель косвенного типа может устанавливаться как в квартирах, частных домах, так и в гостиницах, различных организациях, спортивных комплексах, котельных, на промышленных предприятиях.
Из уровня техники известен вспомогательный накопитель горячей воды, включающий: полый внешний резервуар, буферный накопитель, установленный вокруг центральной оси внутреннего объема внешнего резервуара для временного аккумулирования и подачи горячей воды, змеевик для нагрева воды, помещенный между внешним резервуаром и буферным накопителем, имеющий с одного конца входной патрубок, подведенный снаружи сквозь корпус внешнего резервуара, и имеющий с противоположного конца выходной патрубок, сообщающийся с буферным накопителем, первый канал водоподачи, соединенный со змеевиком для нагрева воды через входной патрубок, первый выпускной канал буферного накопителя, второй канал водоподачи, в который через входной патрубок с одной стороны внешнего резервуара подается теплоноситель для нагрева воды в змеевике, поступающей по первому каналу водоподачи и выходящей по первому выпускному каналу и второй выпускной канал, имеющий выход через патрубок с противоположной стороны внешнего резервуара для отвода теплоносителя, поступившего по второму каналу водоподачи (см. RU 2564739 от 10.10.2015).
Такое устройство позволяет обеспечить горячее водоснабжение в достаточном объеме с одновременным выравниванием колебаний температуры горячей воды. При этом, к недостаткам можно отнести недостаточную эффективность теплопередачи между горячим теплоносителем и нагреваемой водой.
Одним из наиболее близких технических решений можно считать бойлер косвенного нагрева, содержащий внутренний бак из нержавеющей стали с входным и выходным патрубками нагреваемой воды, который жестко закреплен в наружном баке с входным и выходным патрубками греющей жидкости, теплоизоляцию, при этом наружный бак выполнен из нержавеющей стали и соединен с внутренним баком сварным соединением стенок (см. RU 181948 от 30.07.2018).
Такой бойлер обладает достаточной жесткостью внутреннего бака и надежен в эксплуатации, но, как и в предыдущем случае, имеет низкий КПД теплопередачи, связанный с тем, что теплоноситель не успевает передать всю накопленную энергию для нагрева воды.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании простого и технологичного в производстве и эксплуатации бойлера косвенного нагрева, обладающего достаточной надежностью, долговечностью в эксплуатации и высокой эффективностью горячего водоснабжения.
Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении КПД теплопередачи и в повышении прочности конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый бойлер косвенного нагрева содержит внутренний бак из нержавеющей стали с входным и выходным патрубками нагреваемой воды, который жестко закреплен в наружном баке из нержавеющей стали с входным и выходным патрубками теплоносителя. Новым, согласно предлагаемому изобретению, является то, что на внешней поверхности внутреннего бака предусмотрены направляющие потока теплоносителя, выполненные в виде отрезков металлических лент, причем указанные направляющие размещены с возможностью обеспечения движения теплоносителя по лабиринту и огибания внутреннего бака по всему контуру.
Может оказаться целесообразным, если направляющие потока теплоносителя будут размещены горизонтально или под наклоном относительно горизонтальной плоскости.
Оснащение внешней поверхности внутреннего бака направляющими потока теплоносителя, создающими лабиринт для движения теплоносителя, позволяет увеличить КПД теплопередачи за счет увеличения поверхности теплопередачи, а также за счет перемешивания теплоносителя (создания турбулентности) и огибания всего контура внутреннего бака. При этом направляющие потока теплоносителя являются, одновременно, и ребрами жесткости, что позволяет повысить прочность конструкции, увеличивая жесткость внутреннего бака.
Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых изображено:
- на фиг. 1 - принципиальная схема бойлера косвенного нагрева, общий вид;
- на фиг. 2 - направление течения теплоносителя при горизонтально расположенных направляющих ребрах жесткости;
- на фиг. 3 - направление течения теплоносителя при наклонно расположенных направляющих ребрах жесткости;
Бойлер выполнен по технологии «бак-в-баке» и использует принцип теплообмена между теплоносителем от системы отопления (СО) и системой горячего водоснабжения (ГВС).
Бойлер состоит из двух баков, помещенных один в другой. Внутренний бак 1 выполнен из листовой нержавеющей стали, например, из пищевой стали AISI 304. Внутренний бак 1 является емкостью для нагреваемой воды (санитарной воды) системы ГВС.
Наружный бак состоит из внутренней поверхности 2, выполненной из листовой нержавеющей стали, например, из стали AISI 201, и внешней поверхности (обшивки) 3, выполненной из листовой нержавеющей стали, например, из стали AISI 430. Между наружной поверхностью внутреннего бака 1 и внутренней поверхностью 2 наружного бака образовано пространство - юбка системы отопления, предназначенная для циркулирования теплоносителя системы отопления.
Внутренний и наружный баки изготовлены методом непрерывной сварки и имеют, предпочтительно, цилиндрическую форму.
Внутренний бак крепится к внешнему баку. Крепление может быть выполнено, например, сварным, посредством соединения стенок по периметру внутреннего бака в месте стыковки обечайки и днища. Такое крепление позволит обеспечить надежность соединения баков и увеличить эффективность теплообмена между санитарной водой и теплоносителем.
Выполнение внутреннего и внешнего баков полностью из нержавеющей стали одного класса позволяет исключить образование пары анод-катод и не допускает электрохимической коррозии внутри конструкции бойлера, что повышает его надежность и срок службы.
Бойлер косвенного нагрева содержит входной патрубок 4 холодной санитарной воды, трубку 5 для температурного датчика, выходной патрубок 6 горячей санитарной воды, патрубок 7 рециркуляции горячей санитарной воды, входной патрубок 8 греющей жидкости (теплоносителя) системы отопления, выходной патрубок 9 греющей жидкости (теплоносителя) системы отопления.
Для уменьшения теплопотерь бойлер может быть утеплен, например, пенополиуретаном 10. Также может быть предусмотрен декоративный чехол бойлера, который выполняется, например, из ткани (карбон) с поролоновой подложкой.
Для исключения воздушных пробок бойлер может быть снабжен краном Маевского (не показано).
Для повышения производительности бойлера за счет более интенсивного теплообмена между СО и ГВС и повышения прочности бойлера за счет усиления конструкции внутреннего бака, внутри водяной юбки предусмотрены направляющие 11 потока воды, которые создают интенсивный проток, увеличивающий мощность обогрева внутреннего бака, что дает более высокую производительность горячей воды. Направляющие 11 также выполняют роль ребер жесткости, которые повышают прочность конструкции.
Направляющие 11 (ребра жесткости), выполнены в виде отрезков металлических гнутых лент, прикрепленных методом сварки с внешней стороны стенки внутреннего бака. Длина каждой направляющей 11 выбирается менее длины образующей окружности наружной поверхности внутреннего бака 1, что позволяет создать лабиринт (дополнительное сопротивление) для прохождения теплоносителя и заставить теплоноситель полноценно огибать внутренний бак 1 по всему контуру. Кроме того, направляющие 11 увеличивают площадь поверхности теплообмена, а также повышают турбулентность водного потока за счет увеличения скорости потока и создания сложной схемы течения теплоносителя, что повышает интенсивность процесса теплопередачи.
При этом следует обратить внимание, что направляющие 11 могут быть размещены как горизонтально (фиг.2), так и под наклоном (фиг.3), что, в зависимости от условий эксплуатации, увеличивает турбулентность потока теплоносителя, интенсифицируя теплообмен и повышая КПД бойлера.
Бойлер предназначен, предпочтительно, для напольного монтажа. Нижняя опора бойлера может быть выполнена по принципу кольцевой опоры, позволяющей равномерно распределять его вес на поверхность пола и обеспечить устойчивость.
Бойлер косвенного нагрева работает следующим образом.
Внутренний бак заполняется холодной санитарной водой, чтобы избежать создания в нем атмосферного давления и возможного сдавливания внутреннего бака давлением от системы теплоснабжения.
Юбку системы отопления наполняют теплоносителем системы отопления, который омывает внутренний бак с санитарной водой и нагревает ее.
Патрубки входа холодной воды и рециркуляции горячей воды обеспечивают смешивание поступающей холодной воды и вернувшейся рециркулирующей во внутренний бак воды.
Технология устройства ребер жесткости на внутреннем баке в юбке системы отопления позволяет обеспечить рабочее давление в контуре ГВС до 8 бар, а в контуре СО до 4 бар, при рабочей температуре теплоносителя до 80°С.
Таким образом, предложен простой и технологичный в производстве и эксплуатации бойлер косвенного нагрева, обеспечивающий эффективный теплообмен за счет более развитой поверхности теплопередачи и возможности перемешивания теплоносителя в процессе теплопередачи.