Водогрейный котел

Предлагаемый водогрейный котел предназначен для индивидуального отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых домах высотой до 10- ти этажей, индивидуальных жилых домов, объектов жилищно- коммунального хозяйства и социального назначения с системами отопления с естественной и принудительной циркуляцией воды.
Известны водогрейные отопительные котлы различной конструкции, например, свидетельство на полезную модель №8453 от 04.02.98г. (1), свидетельство на полезную модель №8091 от 12.03.97г. (2), авторское свидетельство на изобретение №1760256 от 16.04.90г. (3), авторское свидетельство на изобретение №1772537 от 14.07.89г. (4), авторское свидетельство на изобретение №386213 от 16.11.71г. (5), авторское свидетельство на изобретение №1643886 от 19.01.89г. (6), свидетельство на полезную модель №8452 от 20.10.97г. и др.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому водогрейному котлу является отопительный котел по свидетельству на полезную модель №8453 от 04.02.98г. (1). Указанный отопительный котел содержит прямоугольный корпус, в котором размещены топка с двумя автономными последовательно расположенными газоходами, которые снабжены теплообменными элементами в виде собранных в вертикальные ряды поперечно расположенных в шахматном порядке водяных труб. Однако указанный отопительный котел обладает следующими недостатками. Он предназначен либо для горячего водоснабжения, либо для отопления жилых зданий в зависимости от того в какую систему будут подключены подогреваемые водяные трубы/ Котел не герметичен от среды квартиры и, следовательно, сжигает кислород в помещении, в котором он установлен. Кроме того, котел имеет недостаточную эффективность нагрева воды, т. к. не все водяные трубы одновременно омываются продуктами сгорания топлива, а лишь те, которые размещены в ближайшем к топке газохода, когда продукты сгорания поднимаются вверх. Для работы котла требуется наличие вертикального канала в устанавливаемом помещении.
Целью предлагаемой модели является обеспечение герметичности котла от среды квартиры и повышение эффективности теплоотдачи.
Цель достигается тем, что корпус котла выполнен герметичным, конвективный газоход в его верхней части выполнен трапециедальной формы за одно целое с дымовой коробкой, в которую вставляется телескопический патрубок, выходящий через стену на внешнюю сторону
зданий и имеющий каналы для подачи воздуха в топку к газовой горелке и для выброса продуктов сгорания, в нижней части топки котла установлены боковые экранные горизонтальные трубы, в средней и верхней частях топки установлены горизонтальные водяные трубы разного диаметра, которые соединены с экранными трубами при помощи выполненных передней и задней водяных камер котла, в конвективном газоходе трубы расположены горизонтально в шахматном порядке и также соединены с передней и задней водяными камерами котла. В котле теплоотдача происходит при свободном движении теплоносителя, т.е. осуществляется свободное движение газов: сгоревший газ нагревается и становится легче («всплывает по закону Архимеда), что создает непрерывное движение теплоносителя, который и омывает пучок труб с шахматным расположением. Трубы, расположенные поперек потока, вызывают дополнительную турбулизацию, улучшающую теплообмен. Интенсивность омывания труб определяется расстоянием между ними в одном ряду и расстоянием между трубами двух соседних рядах по диагонали. Такое расположение изменяет скорость теплоносителя, а это исключает образование «пограничного слоя на трубах и охлажденный теплоноситель «отрывается от труб, чем также улучшается теплообмен. При этом площадь сечения между трубами первого ряда больше площади сечения между трубами последнего ряда в 1,5 - 2,5 раза, что достигается трапециевидным расположением труб в верхней части котла. Такая конструкция дает возможность плавно разогнать теплоноситель до скорости примерно в два раза выше, чем свободно набегающий поток, что увеличивает коэффициент теплоотдачи в пучке труб примерно в 1,5 раза. Кроме того, в задней части котла выполнен соединенный с задней водяной камерой дополнительный канал (байпас), в котором размещен теплообменник для горячего водоснабжения, причем наличие дополнительного канала дает возможность использовать его как параллельный элемент для отбора тепла, т.е. он эффективно исполняет функцию отбора тепла, произведенного котлом, а теплообменник выполнен в виде витого змеевика, при движении воды по которому возникают центробежные силы, перемешивающие воду и создающие искусственную турбулентность на всем протяжении змеевика, что в конечном итоге улучшает теплоотдачу.
На фиг. 1 изображен вид спереди в разрезе, на фиг. 2 изображен вид сбоку (схематично) предлагаемого водогрейного котла, в котором размещена топка 1. В нижней части топки 1 установлены экранные трубы 2, а в средней и верхней частях топки - топочные трубы 3 разного диаметра, которые включены в циркуляционный контур котла посредством передней 4 и задней 5 водяных камер. Топка 1 в верхней ее части переходит в конвективный газоход 6 трапециедальной формы. В нижней части топки 1 установлена газовая горелка 7, размещенная выше дна 8 корпуса котла и соединенная с системой автоматики 9. Продукты
сгорания газа через дымовую коробку 10 и верхнюю часть патрубка 11 выводятся за пределы жилого помещения. Через нижнюю часть патрубка 11 дымовой коробки 10 проходит канал подачи воздуха в топку 1 к газовой горелке 7 (например «труба в трубе).
В задней части котла выполнен дополнительный канал (байпас) 12, соединенный с задней водяной камерой 5. Корпус котла имеет тепловую изоляцию 13, крышку 14. Для подсоединения к системам отопления и газоснабжения в квартире котел имеет патрубки 15 для присоединения системы отопления и патрубок 16 для присоединения к газопроводу. В байпасе 12 размещен змеевик, имеющий патрубок 17 для присоединения к водопроводу и патрубок 18 для присоединения к системе горячего водоснабжения квартиры.
Котел работает следующим образом.
При сгорании газа в топке 1 происходит нагрев боковых экранных труб 2 и топочных труб 3. Так как газоход в верхней части выполнен трапециедальной формы, а трубы в нем расположены горизонтально в шахматном порядке, то изменяется скорость теплоносителя, а это нарушает образование «пограничного слоя - охлажденный теплоноситель «отрывается от труб, чем улучшается теплообмен, при этом, коэффициент теплоотдачи в пучке примерно в 1,5 раза увеличивается за счет того, что площадь сечения между трубами первого ряда больше площади сечения между трубами последнего ряда примерно в 1,5- 2,5 раза, и это дает возможность плавно разогнать теплоноситель до скорости примерно в 2 раза выше, чем свободно набегающий поток. Отработанный теплоноситель через дымовую коробку 10 и верхнюю часть патрубка 11 выводится за пределы жилого помещения. Одновременно по нижней части этого канала с улицы в топку поступает воздух.
Нагреваемые трубы 2 и 3 соединены с передней 4 и задней 5 водяными камерами. Температура нагрева воды в котле устанавливается перед запуском котла и отслеживается системой автоматики 9. Когда вода на выходе из котла нагревается до температуры, соответствующей заданному регулятором температуры воды значению, система автоматики 9 перекрывает подачу газа на основную горелку. После охлаждения воды в отопительной системе на определенную величину, подача газа к основной горелке автоматически восстанавливается.
Если во время работы котла вода из водопровода подается по трубопроводу 17 в змеевик горячего водоснабжения, то подогретая в байпасе 12 вода нагревает змеевик и из него по патрубку 18 будет поступать к смесителям горячей воды у потребителя.
Герметичная конструкция предлагаемого водогрейного котла исключает необходимость наличия вертикального канала в устанавливаемом помещении, поскольку воздух для горения и выброс продуктов сгорания осуществляется через внешнюю стену зданий.
Источники информации
1.Свидетельство на полезную модель №8453 от 04.02.98г.
2.Свидетельство на полезную модель №8091 от 12.03.97г.
3.Авторское свидетельство на изобретение №1760256 от 16.04.90г.
4.Авторское свидетельство на изобретение №1772537 от 14.07.89г.
5.Авторское свидетельство на изобретение №386213 от 16.11.71г.
6.Авторское свидетельство на изобретение №1643886 от 19.01.89г.
7.Свидетельство на полезную модель №8452 от 20.10.97г.