КОТЕЛ ЖИДКОСТНОГО ОТОПИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к теплоэнергетическому оборудованию, в частности к устройствам для подогрева дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания при подготовке к работе в условиях низких температур, а также для обогрева салонов транспортных средств, в том числе автомобилей, вертолетов и жилых и производственных помещений.
Известны котлы жидкостных подогревателей (Николаев Л.А., Сташкевич А.П., Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске, М., «Машиностроение», 1977, стр.42), в виде теплообменников различных типов с наружной жидкостной рубашкой.
Известны жидкостные отопители двигателей внутреннего сгорания, в которых происходит подогрев охлаждающей жидкости за счет теплоты сгорания топлива, содержащие котел - теплообменник, горелочное устройство, водяной и топливный насос, вентилятор и блок управления (а.с. СССР №1035270, F 02 N 17/02, 1983, БИ №30; патент №465800, F 02 N 17/04, 1973, БИ №12, 75).
Известен жидкостный отопитель для тепловой подготовки двигателя (Пуск автомобильных двигателей. - М.: Транспорт, 1979, с 38-54), содержащий рекуперативный теплообменник, горелку, электромагнитный клапан с форсункой и электронагревателем топлива, насосный агрегат с электродвигателем, вентилятором, жидкостным и топливным насосами, системы электроискрового розжига топливной смеси и дистанционного управления подогревателем. Котел-теплообменник подогревателя имеет две рубашки охлаждения, соединенные между собой окнами для прохода охлаждающей жидкости и газоход с разворотом на 180°. Известная конструкция характеризуется низкой эффективностью, так как охлаждающая жидкость, поступая во внутреннюю рубашку через окна, образует зоны застоя и вскипает, в результате чего ухудшается теплообмен, образуются зоны локального перегрева.
Известен котел жидкостного отопителя фирмы «Webasto», (рекламный проспект. Компания ATW, официальный дилер, 123363, г.Москва, Новопоселовская, 6, к.216, офис 701), содержащий наружную жидкостную рубашку, жаровую трубу с открытым выходным торцом. Однако в данной конструкции котел подогревателя имеет только одну рубашку охлаждения, поэтому для получения необходимой поверхности теплообмена и тепловой мощности имеет значительные габариты.
Известен котел Noviter NST (рекламный проспект Noviter OY Московского представительства АО НОВИТЕР, 121069, Москва, ул. Б.Никитинская, 52-1), имеющий традиционную трехходовую, жаротрубно-дымогарную конструкции, преимуществами которой являются простота конструкцию, длительный срок службы, надежность в работе, удобство в обслуживании и ремонте. Однако описанные конструкции имею один общий недостаток, который заключаются в том, что продукты сгорания, образующиеся при сжигании топлива вступают сразу в непосредственный контакт с холодными стенками котла-теплообменника. Это приводит к недогоранию топлива, а также появлению вблизи стенок котла-теплообменника вредных веществ, таких как сажа, оксид углерода и другие.
Известен котел жидкостного отопителя (патент РФ №52944, МПК F 02 N 17/02 F 02 N 17/04 опубликован 27.04.2006 г.), наиболее близкий к заявляемой полезной модели и принятый за прототип (варианты 1 и вариант 2), выполненный в виде теплообменника и содержащий наружную жидкостную рубашку с патрубком ввода нагреваемой жидкости, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны его днища, образующую с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал с патрубком вывода продуктов сгорания, патрубок вывода нагретой жидкости, приспособление для крепления горелочного устройства на входе котла. Внутренняя жидкостная рубашка выполнена в виде спиралевидного коллектора, расположенного между жаровой трубой и внешней рубашкой в проточном тракте продуктов сгорания, что значительно увеличивает
поверхность теплоотдачи при тех же габаритах котла, и также существенно интенсифицируется теплоотдача за счет турбулизации продуктов сгорания. В качестве недостатка данного котла следует отметить высокое гидравлическое сопротивление жидкостного тракта из-за большой длины спиралевидного коллектора и малой площади его проходного сечения.
Технический результат, на достижение которого направлена предполагаемая полезная модель, заключается в существенном уменьшении гидравлического сопротивления, и как следствие уменьшение перепада температур теплоносителя на входе и выходе в котел и уменьшение электропотребления, а также повышении эффективности и надежности работы котла, за счет интенсификации теплоотдачи.
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в котле жидкостного отопителя, выполненного в виде теплообменника, имеющего наружную жидкостную рубашку, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны его днища, образующую с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал, в котором расположена внутренняя жидкостная рубашка, патрубок вывода продуктов сгорания, патрубок ввода/вывода со стороны днища котла, патрубок вывода/ввода, со стороны передней части, фланец крепления горелочного устройства, новым является то, что внутренняя жидкостная рубашка выполнена в виде трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале вокруг жаровой трубы, оси их параллельны оси котла, патрубок ввода/вывода сообщен через коллектор с наружной и внутренней жидкостными рубашками, а патрубок вывода/ввода со стороны передней части сообщен с внутренней жидкостной рубашкой через кольцевой коллектор.
Трубки внутренней жидкостной рубашки снабжены турбулизаторами в виде плоских кольцевых выступов, шаг между которыми равен 5...10 их высот.
Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в котле жидкостного отопителя, выполненном в виде теплообменника, имеющего
наружную жидкостную рубашку, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны его днища, образующую с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал, в котором расположена внутренняя жидкостная рубашка, патрубок вывода продуктов сгорания, патрубок ввода со стороны днища котла, патрубок вывода, фланец крепления горелочного устройства, новым является то, что внутренняя жидкостная рубашка выполненная в виде трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале вокруг жаровой трубы, оси их параллельны оси котла, патрубок ввода сообщен через коллектор с внутренней жидкостной рубашкой, внутренняя жидкостная рубашка сообщена с наружной жидкостной рубашкой посредством кольцевого коллектора в передней части котла, а патрубок вывода нагретой жидкости расположен со стороны днища котла.
Трубки внутренней жидкостной рубашки снабжены турбулизаторами в виде плоских кольцевых выступов, шаг между которыми равен 5...10 их высот.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг 3.
Фиг.1 - котел жидкостного отопителя (вариант 1).
Фиг.2 - котел жидкостного отопителя вид сверху (вариант 1).
Фиг.3 - котел жидкостного отопителя сечение А-А.
Фиг.4 - котел жидкостного отопителя (вариант 2).
Фиг.5 - котел жидкостного отопителя вид сверху (вариант 2).
Фиг.6 - турбулизаторы на трубках внутренней жидкостной рубашки.
Здесь: 1 - наружная жидкостная рубашка; 2 - внутренняя жидкостная рубашка; 3 - жаровая труба; 4 - коллектор; 5 - патрубок ввода/вывода (вариант 1); 6 - кольцевой газовый канал; 7 - патрубок вывода продуктов сгорания из кольцевого газового канала 6; 8 - кольцевой коллектор; 9 - патрубок вывода/ввода (вариант 1); 10 - патрубок вывода (вариант 2); 11 - патрубок ввода (вариант 2); 12 - фланец крепления горелочного устройства.
Котел жидкостного отопителя выполнен в виде теплообменника, имеющего наружную 1 и внутреннюю 2 жидкостные рубашки. Наружную жидкостную рубашку 1 образует наружная и внутренняя стенка корпуса, а внутренняя жидкостная рубашка 2 выполнена в виде трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале вокруг жаровой трубы, оси их параллельны оси котла. Жаровая труба 3 имеет открытый выходной торец со стороны днища котла и образует внутренний, прямой газовый канал, а ее наружная стенка образует с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки 1 кольцевой газовый канал 6 с поворотом потока на 180°. Кольцевой газовый канал 6 имеет патрубок вывода продуктов сгорания 7. Внутренняя жидкостная рубашка 2 в виде системы трубок расположена в кольцевом канале 6.
По первому варианту вход нагреваемой жидкости в наружную жидкостную рубашку 1 и внутреннюю жидкостную рубашку 2 осуществляется через патрубок ввода 5 со стороны днища котла и коллектор 4. Вывод нагретой жидкости осуществляется посредством патрубка вывода 9, находящегося со стороны передней части котла. Внутренняя жидкостная рубашка 2 сообщена с наружной жидкостной рубашкой 1 посредством кольцевого коллектора 8. При таком варианте выполнения котла подача нагреваемой жидкости возможна как в прямом, так и в обратном направлении. Тогда жидкость подается в патрубок ввода 9 со стороны передней части котла, а выводится через патрубок вывода 5 со стороны днища котла.
По второму варианту наружная жидкостная рубашка 1 сообщена с внутренней жидкостной рубашкой 2 посредством кольцевого коллектора 8 со стороны передней части котла. Внутренняя жидкостная рубашка 2 сообщена с коллектором 4, на котором расположен патрубок ввода 11 со стороны днища, через который осуществляется ввод нагреваемой жидкости. Вывод нагретой жидкости из наружной жидкостной рубашки 1 осуществляется посредством парубка вывода 10, находящегося со стороны днища котла.
На входе в котел на фланце 12 крепится горелочное устройство, которое может работать как на газовом, так и на жидком топливе.
Для увеличения теплоотдачи со стороны продуктов сгорания используются турбулизаторы в виде плоских кольцевых выступов (Фиг.6а) или проволоки (Фиг.6б) намотанной по спирали. Турбулизаторы устанавливаются с шагом l равным 5...10 их высот h(l=(5...10)h).
При приведении в действие горелочного блока и выводе его на установившийся режим, продукты сгорания поступают в жаровую трубу 3, расположенную во внутренней полости котла, поворачиваются на 180° и поступают в кольцевой газовый канал 6, образованный наружной стенкой жаровой трубы 3 и внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки 1, одновременно нагревая жидкость, протекающую в наружной жидкостной рубашке 1 и во внутренней жидкостной рубашке 2.
По первому варианту нагреваемая жидкость подводится в коллектор 4 через патрубок ввода 5, и поступает во внутреннюю 2 и наружную 1 жидкостные рубашки одновременно. После чего из внутренней жидкостной рубашки 2, выполненной в виде системы трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале 6, оси их параллельны оси котла, нагреваемая жидкость попадает в кольцевой коллектор 8, а из него в наружную жидкостную рубашку 1, из которой выводится патрубком вывода 9, расположенном со стороны передней части котла (прямое движение жидкости).
Нагреваемая жидкость подводится в наружную жидкостную рубашку через патрубок ввода 9 со стороны передней части котла, после чего через кольцевой коллектор 8 попадает во внутреннюю жидкостную рубашку 2, выполненную в виде системы трубок равномерно расположенных в кольцевом газовом канале 6, оси их параллельны оси котла. Нагретая жидкость выводится из наружной 1 и внутренней 2 жидкостных рубашек через патрубок вывода 5 со стороны днища котла посредством коллектора 4 (обратное движение жидкости).
По второму варианту нагреваемая жидкость подводится в коллектор 4 через патрубок ввода 11 и попадает во внутреннюю жидкостную рубашку 2, выполненную в виде системы трубок, равномерно расположенных в кольцевом газовом канале 6, оси их параллельны оси котла. Из внутренней жидкостной рубашки 2 нагреваемая жидкость попадает в наружную жидкостную рубашку 1 через кольцевой коллектор 8, и выводится через патрубок вывода 10, расположенный со стороны днища котла.
Таким образом, по первому варианту направление течение жидкости в обеих жидкостных рубашках совпадает с направлением движения продуктов сгорания в кольцевом газовом канале 6. Либо при обратной схеме движения нагреваемой жидкости направление течение жидкости в обеих жидкостных рубашках противоположено направлению движения продуктов сгорания в кольцевом газовом канале 6.
Таким образом, по второму варианту направление движения жидкости во внутренней жидкостной рубашке, выполненной в виде системы трубок, совпадает с направлением движения продуктов сгорания в кольцевом газовом канале 6. А направление движения жидкости в наружной жидкостной рубашке 1 противоположно движению продуктов сгорания в кольцевом газовом канале 6.
Нагретая жидкость может быть использована для обогрева салонов транспортных средств, в том числе автомобилей, вертолетов, жилых и производственных помещений, а также для различных технических нужд. А продукты сгорания могут быть направлены под масленый картер автомобиля.
Количество трубок, из которых состоит внутренняя жидкостная рубашка, составляет 8-16 трубок. Оптимальное количество трубок, определенное экспериментальным путем, позволяет существенно снизить гидравлическое сопротивление.
Конструкция предполагаемого котла компактна, имеет малое гидравлическое сопротивление жидкостного тракта, обеспечивает высокую
теплоотдачу продуктов сгорания, устойчивую и экономичную работу агрегата, высокую надежность и эффективность подогрева.