ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМЫЙ БАК С КОАКСИАЛЬНЫМ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫМ ДЫМОХОДОМ (ВАРИАНТЫ)
WATER HEATING TEMPERATURE-CONTROLLED TANK WITH COAXIAL ENERGY-EFFICIENT FLUE PIPE (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам для подогрева воды и может применяться при использовании теплогенерирующих систем, преимущественно для дровяных банных печей.
Существующие в настоящее время воздухогрейные, теплогенерирующие, отопительно-варочные и банные печи, оснащенные водогрейными емкостями, имеют, преимущественно, прямоточные дымовые трубы. Классические кирпичные банные печи-каменки имеют встроенные баки для горячей воды (Отопление бань, саун. Характеристика печей. Проекты печей. Кладка: Справочник / Сост. В.И.Назаров, В.И.Рыженко. - М.: Издательство Оникс, 2007, стр.19, рис.9). Металлические банные печи-каменки имеют навесные емкости, в которых вода нагревается непосредственно от очага или через воздушный зазор от корпуса печи (Пирогов И. - М.: ЗАО Центрполиграф, 2005, стр.116, рис.8).
Недостатками таких баков являются быстрое закипание воды, создающее дополнительную влажность, и невозможность регулирования температуры подогрева воды.
Известна металлическая банная печь-каменка, имеющая двойные боковые стенки, зазоры между которыми служат каналами для циркуляции и нагрева воздуха. В эти зазоры введена труба, по которой циркулирует нагреваемая в вынесенном баке вода (Отопление бань, саун. Характеристика печей. Проекты печей. Кладка: Справочник / Сост. В.И.Назаров, В.И.Рыженко. - М.: Издательство Оникс, 2007, стр.14, рис.5).
Недостатками такого устройства являются уменьшение основной теплоотдачи, то есть снижение КПД, теплогенератора и медленный нагрев воды в баке.
Известна комбинированная печь для бани Л.Артемова, в которой водяной бак установлен на газоходе в виде вертикального патрубка с открытым верхним торцом, снабженным фланцем и горизонтальным отводом для соединения с дымоходом. Нагрев воды в баке, установленном на фланце, производится с помощью теплообменника, опущенного в газоход со дна бака, в виде двух коаксиальных труб: заглушенной снизу и вваренной верхом в дно, внешней и внутренней Г-образной формы, не доходящей до заглушки, свободно опирающейся на дно бака (http://build4you.org.ua/konstrukcii).
Недостатками такой надежной и эффективной печи, как водогрейной конструкции, являются сложность в изготовлении и при дальнейшей эксплуатации, а также невозможность регулирования температуры подогрева воды.
Наиболее близким техническим решением является водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом, содержащий емкость для воды, патрубки дымохода для подвода и отвода проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход (WHISTON STANLEY: GB 2096288 А, F24H 1/24, 13.10.1982).
Недостатками прототипа являются медленный подогрев и невозможность оперативного регулирования температуры нагрева воды.
Задачей изобретения является увеличение эффективности утилизации энергии дымовых газов и возможностей повышения скорости нагрева при регулировании температуры подогрева воды в баке на дымовой трубе.
В результате использования предлагаемого изобретения повышается КПД устройства и реализуется возможность как форсирования нагрева воды в баке, так и поддержание требуемой температуры воды.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в баке для печи с креплением на трубу, содержащем емкость для воды, патрубки дымохода для подвода и отвода проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход, последний в размерах бака по высоте выполнен коаксиальным, двухходовым, с основным центральным дымоходом и камерой дополнительного дымохода снаружи основного. Для обеспечения регулирования температуры подогрева воды в баке дополнительно введен поворотный шибер, установленный ниже средней части водонагревательного бака, с возможностью перекрытия проходного сечения основного центрального дымохода, с ручкой для регулирования. Камера дополнительного дымохода выполнена с площадью проходного сечения дополнительного дымохода не менее площади сечения основного центрального дымохода, при перфорировании в стенке основного центрального дымохода в верхней части коаксиального дымохода на уровне верха водонагревательного бака и в нижней части ниже шибера на уровне дна водонагревательного бака рядов отверстий. Эти ряды отверстий необходимы для соединения пространств камеры и основного центрального дымохода для образования дополнительного дымохода. Общие площади сечений отверстий верхнего и нижнего рядов соизмеримы с площадью сечения основного центрального дымохода.
В предлагаемом изобретении технический результат достигается и тем, что в баке для печи с креплением на трубу, содержащем емкость для воды, патрубки дымохода для подвода и отвода проходящих дымовых газов, нагревательный дымоход выполнен коаксиальным, двухходовым, с основным центральным дымоходом и камерой дополнительного дымохода снаружи основного. Камера дополнительного дымохода размещена ниже дна бака с устройством внешней поверхности дополнительного дымохода продолжением боковых стенок бака, сходящихся к патрубку подвода проходящих дымовых газов, с образованием усеченного конуса. Дополнительно введенный поворотный шибер установлен в среднюю часть коаксиального дымохода при перфорировании рядов отверстий выше и ниже шибера в стенках основного центрального дымохода. Ряды отверстий, соединяющие пространства камеры и основного центрального дымохода, для образования дополнительного дымохода, имеют общие площади сечений отверстий верхнего и нижнего рядов, соизмеримые с площадью сечения основного центрального дымохода.
В водонагревательном терморегулируемом баке с коаксиальным энергоэффективным дымоходом указанный технический результат достигается тем, что нагревательный дымоход выполнен коаксиальным, двухходовым, с основным центральным дымоходом и камерой дополнительного дымохода снаружи основного при ее размещении в размерах бака по высоте и ниже дна бака. Устройство внешней поверхности нижней части дополнительного дымохода производится продолжением боковых стенок бака, сходящихся к патрубку подвода проходящих дымовых газов, с образованием усеченного конуса, вершиной вниз. Дополнительно введенный поворотный шибер установлен в нижнюю часть коаксиального дымохода, при перфорировании рядов отверстий в верхней части коаксиального дымохода на уровне верха водонагревательного бака и ниже поворотного шибера в стенках основного центрального дымохода. Ряды отверстий, соединяющие пространства камеры и основного центрального дымохода для образования дополнительного дымохода, имеют общие площади сечений отверстий верхнего и нижнего рядов, соизмеримые с площадью сечения основного центрального дымохода.
При осуществлении предлагаемого изобретения достигается дополнительный технический результат, заключающийся в увеличении срока службы водонагревательного терморегулируемого бака с коаксиальным энергоэффективным дымоходом. Для этого, когда нагревательный дымоход выполнен коаксиальным, двухходовым, дополнительно между основным центральным дымоходом и камерой дополнительного дымохода вводится разделительный тепловентиляционный воздуховод, уменьшающий двухстороннее воздействие агрессивной среды дымовых газов на стенку центрального дымохода. Для работы дополнительного дымохода, осуществляется устройство рядов соединительных каналов между основным центральным дымоходом и камерой дополнительного дымохода, на уровне верха водонагревательного бака и ниже поворотного шибера, соединяющих пространства основного центрального дымохода и камеры для образования дополнительного дымохода. Общие площади сечений соединительных верхних и нижних рядов каналов соизмеримы с площадью сечения основного центрального дымохода, при этом разделительный тепловентиляционный воздуховод вверху и внизу открыт в пространство.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схематическими разрезами водонагревательного терморегулируемого бака с коаксиальным энергоэффективным дымоходом на фиг.1-5.
В соответствии с фиг.1 водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом содержит емкость для воды 1, патрубки дымохода для отвода 2 и подвода 3 проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход 4. Нагревательный дымоход в размерах бака 1 по высоте выполнен коаксиальным, двухходовым, с основным центральным дымоходом 4 и камерой дополнительного дымохода снаружи основного 5. Для обеспечения регулирования температуры подогрева воды в баке дополнительно введен поворотный шибер 6, установленный ниже средней части водонагревательного бака с возможностью перекрытия сечения основного центрального дымохода, с ручкой для регулирования 7. Камера дополнительного дымохода выполнена с площадью проходного сечения дополнительного дымохода 5 не менее площади сечения основного центрального дымохода 4, при перфорировании в стенке основного центрального дымохода, в верхней части коаксиального дымохода на уровне верха водонагревательного бака рядов отверстий 8 и в нижней части ниже поворотного шибера 6, на уровне дна водонагревательного бака рядов отверстий 9. Ряды отверстий соединяют пространства камеры и основного центрального дымохода 4 для образования дополнительного дымохода 5, с общими площадями сечений отверстий верхнего и нижнего рядов 8 и 9, соизмеримыми с площадью сечения основного центрального дымохода 4.
В соответствии с фиг.2 водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом содержит емкость для воды 1, патрубки дымохода для отвода 2 и подвода 3 проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход 4. Нагревательный дымоход в размерах бака 1 по высоте выполнен одноходовым, с основным центральным дымоходом 4. Камера дополнительного дымохода выполнена коаксиальной снаружи основного центрального дымохода при размещении ниже дна бака, с устройством внешней поверхности дополнительного дымохода продолжением боковых стенок бака, сходящихся к патрубку подвода проходящих дымовых газов с образованием усеченного конуса 5. Дополнительно введенный поворотный шибер 6 с ручкой регулирования 7 установлен в среднюю часть коаксиального дымохода при перфорировании рядов отверстий 8 выше и отверстий 9 ниже шибера в стенках основного центрального дымохода 4, соединяющих пространства камеры и основного центрального дымохода 4 для образования дополнительного дымохода 5. Общие площади сечений отверстий 8 верхнего и отверстий 9 нижнего рядов соизмеримы с площадью сечения основного центрального дымохода 4.
В соответствии с фиг.3 водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом содержит емкость для воды 1, патрубки дымохода для отвода 2 и подвода 3 проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход 4. Нагревательный дымоход выполнен коаксиальным, двухходовым, с основным центральным дымоходом 4 и камерой дополнительного дымохода 5 снаружи основного центрального дымохода 4 при ее размещении в размерах бака 1 по высоте и ниже дна бака. Устройство внешней поверхности нижней части дополнительного дымохода 5 выполнено продолжением боковых стенок бака 1, сходящихся к патрубку подвода проходящих дымовых газов 3, с образованием усеченного конуса. Дополнительно введенный поворотный шибер 6 с ручкой регулирования 7 установлен в нижнюю часть коаксиального дымохода, при перфорировании рядов отверстий 8, в верхней части коаксиального дымохода на уровне верха водонагревательного бака 1 и рядов отверстий 9, ниже шибера в стенках основного центрального дымохода. Ряды отверстий 8 и 9 соединяют пространства камеры и основного центрального дымохода 4 для образования дополнительного дымохода 5. Общие площади сечений отверстий верхнего 8 и отверстий нижнего 9 рядов соизмеримы с площадью сечения основного центрального дымохода 4.
В соответствии с фиг.4 и 5 водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом содержит емкость для воды 1, патрубки дымохода для отвода 2 и подвода 3 проходящих дымовых газов и встроенный внутрь нагревательный дымоход 4. Нагревательный дымоход выполнен коаксиальным, двухходовым, с дополнительным устройством между основным центральным дымоходом 4 и камерой дополнительного дымохода 5 разделительного тепловентиляционного воздуховода 10. Для обеспечения работы дополнительного дымохода 5 устроены ряды соединительных каналов 11 и 12 между основным центральным дымоходом 4 и камерой дополнительного дымохода 5 на уровне верха водонагревательного бака 1 и ниже поворотного шибера 6 с ручкой регулирования 7. Каналы соединяют пространства основного центрального дымохода 4 и камеры для образования дополнительного дымохода 5. Общие площади сечений соединительных верхних и нижних рядов каналов 11 и 12, соизмеримы с площадью сечения основного центрального дымохода 4, при этом разделительный тепловентиляционный воздуховод вверху и внизу открыт в пространство.
Предложенный водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом работает следующим образом.
Источником энергии для работы водонагревателя могут служить воздухогрейные, теплогенерирующие, отопительно-варочные и, преимущественно, банные печи, использующие прямоточные дымовые трубы. В разрез дымовой трубы, между источником тепловой энергии и выходным дымоходом устанавливается водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом. При растопке печи шибер 6 открыт и дымовые газы, беспрепятственно, под воздействием естественной тяги от источника тепловой энергии через патрубок дымохода для подвода проходящих дымовых газов 3, основной центральный дымоход 4 и патрубок отвода проходящих дымовых газов 2 проходят в выходной дымоход. С началом функционирования печи поворотным шибером 6, с помощью ручки для регулирования 7, перекрывают основной центральный дымоход 4. Дымовые газы от патрубка для подвода проходящих дымовых газов 3, через ряд отверстий 9, соединяющих пространства основного центрального дымохода 4 и камеры для образования дополнительного дымохода, проходят через дополнительный дымоход 5, через ряд отверстий 8, соединяющих пространства камеры и основного центрального дымохода 4 и через патрубок для отвода проходящих дымовых газов 2 идут в выходной дымоход. При устройстве дополнительного дымохода 5 в размерах бака 1 по высоте с сечением, равным сечению основного центрального дымохода 4, диаметр камеры дополнительного дымохода будет равным 1.41 диаметра основного центрального дымохода. С учетом того, что при увеличении в 1,41 раза площади нагрева воды изменяются соотношения объема воды и площади нагрева и объема проходящих газов и площади их теплоотдачи, то эффективность утилизации энергии дымовых газов и повышения скорости нагрева возрастут более чем 1,5 раза. При устройстве дополнительного дымохода с размещением ниже дна бака площадь нагрева воды составит сумму площадей боковой поверхности основного центрального дымохода 4 в размерах бака 1 и дна бака 1 за вычетом сечения основного центрального дымохода 4. При классическом соотношении площади боковой поверхности основного центрального дымохода к площади дна бака, за вычетом сечения основного центрального дымохода, как 3:1, то и эффективность утилизации энергии дымовых газов и повышения скорости нагрева возрастает не менее чем 1,3 раза. Дополнительно к этому, в случае подогрева воды только от основного центрального дымохода, при снижении ее уровня, общая скорость нагрева воды не увеличивается, то при использовании дымохода с размещением ниже дна бака проявляется эффект увеличения скорости нагрева с уменьшением количества подогреваемой воды. При устройстве дополнительного дымохода 5 с размещением в размерах бака 1 и ниже дна бака производится суммирование их площадей нагрева и эффективность утилизации энергии дымовых газов и повышения скорости нагрева возрастут не менее чем в 2 раза. При устройстве между основным центральным дымоходом 4 и камерой дополнительного дымохода 5 разделительного тепловентиляционного воздуховода 10, уменьшающего двухстороннее воздействие агрессивной среды дымовых газов на стенку центрального дымохода 4, дополнительно осуществляется и подогрев воздуха помещения за счет конвекции через нагретый воздуховод 10.
Когда температура воды достигает заданного значения, открывают поворотный шибер 6. При открытом поворотном шибере 6 дымовые газы по основному центральному дымоходу 4 через патрубок для отвода проходящих дымовых газов 2 идут в выходной дымоход без осуществления нагрева воды в емкости 1. В промежуточных положениях поворотного шибера будут промежуточные, соответствующие условиям регулирования, результаты. Дополнительным положительным эффектом при открытом шибере 6, после прекращения работы теплогенератора, является снижение скорости остывания воды за счет охлаждающей вентиляционной тяги воздуха помещения через дымовую трубу, так как дополнительный дымоход 5 будет выполнять теплоизолирующую роль.
Поскольку площадь проходного сечения камеры дополнительного дымохода 5 не меньше площади сечения основного центрального дымохода 4, то положение поворотного шибера 6 не влияет на безопасность использования водонагревательного терморегулируемого бака с коаксиальным энергоэффективным дымоходом. При закрытии поворотного шибера 6 площадь проходного сечения работающего дымохода не может быть меньше площади сечения основного центрального дымохода 4. Положение поворотного шибера 6, управляемого ручкой для регулирования его проходного сечения 7, перераспределяет потоки дымовых газов между основным центральным дымоходом 4 и дополнительным дымоходом 5, чем обеспечивает регулирование эффективности теплоотдачи.
Таким образом, использование водонагревательного терморегулируемого бака с коаксиальным энергоэффективным дымоходом позволяет увеличить эффективность утилизации энергии дымовых газов и повышение скорости нагрева более чем 1,3-2 раза, повысив КПД устройства и реализуя возможность как форсирования нагрева воды в баке, так и поддержания требуемой температуры воды.
Данный водонагревательный терморегулируемый бак с коаксиальным энергоэффективным дымоходом, ввиду управляемого подогрева воды и предупреждения ее закипания, может использоваться как с банными печами-каменками, так и с воздухогрейными и отопительно-варочными печами для повышения энергоэффективности использования теплогенерирующих систем за счет утилизации энергии дымовых газов и расширения их сервисных возможностей попутного нагрева воды.