Генератор для получения горячей или перегретой воды
GENERATOR FOR PRODUCTION OF HOT OR OVERHEATED WATER

Изобретение относится к средствам нагревания для получения горячей или перегретой воды, в частности используемым при пожаротушении, а именно на установках пожаротушения, используемых стационарно либо на автомобильных шасси. Также предлагаемое устройство может широко применяться для ликвидации аварийных ситуаций в коммунальном хозяйстве городов, на промышленных объектах и в технологических процессах сельского хозяйства.
В конкретном описании используется термин «перегретая вода», под которым подразумевается, что это вода, сохраняющая капельно-жидкое состояние при температуре более 115°С.
При тушении пожаров с применением перегретой воды достигают хороших результатов. Эффект тушения перегретой водой достигается за счет того, что струя мелкодисперсной воды, образующаяся из перегретой воды на выходе из насадок-распылителей ствола пожарного шланга, заполняет собой очаг пожара, вытесняя кислород и тем самым препятствуя горению. Высокая огнетушащая способность объясняется также и тем, что с увеличением температуры перегретой воды уменьшается размер капель воды и увеличивается объем паровой фазы, тем самым вытесняя из зоны горения воздух. Следствие резкого понижения кислорода в свою очередь приводит к быстрому, эффективному, без повторного возгорания, тушению очага пожара.
Известен генератор для получения горячей или перегретой воды, содержащий корпус, размещенный внутри него змеевик, и горелку. Змеевик выполнен в виде множества расположенных друг над другом плоских спиралей, последовательно связанных между собой, при этом предусмотрена система предварительного подогрева питательной воды, выполненная в виде дополнительного змеевика из нескольких расположенных друг под другом, связанных между собой плоских спиралей, установленных между горелкой и основным змеевиком, при этом подогретая вода подается сверху в основной змеевик, заявка RU 2002121959 А1.
Недостатком этого генератора является то, что движение нагретых потоков от горелки вдоль трубчатого змеевика происходит снизу вверх, что вызывает температурные потери и, как следствие, снижает процесс интенсификации теплообмена. Из-за высокой температуры горения горелки, факел которой непосредственно взаимодействует с трубками змеевиков, последние часто перегорают, а так как их изготавливают из высококачественных теплостойких материалов, то это удорожает конструкцию. Кроме того, круглые трубки теплообменников имеют малую поверхность нагрева.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является генератор для получения горячей или перегретой воды, описанный в патенте РФ №2345807. Согласно изобретению, генератор содержит цилиндрический корпус, с одной стороны которого расположено горелочное устройство, а с другой дымоход и змеевик с входным и выходным патрубками, расположенный внутри корпуса и имеющий плоские спирали. Змеевик с входным и выходным патрубками состоит из двух участков, первый из которых расположен со стороны горелочного устройства и выполнен в виде цилиндрической спирали, расположенной коаксиально корпусу по его внутренней стенке, а второй участок змеевика выполнен в виде плоских спиралей, соосных корпусу и расположенных попарно с чередованием в каждой паре правой и левой намоток спиралей, при этом второй участок змеевика расположен в корпусе со стороны дымохода, а выходной патрубок соединен с первой частью змеевика.
Недостатком генератора является его относительно большая длина, которая составляет не менее 3-х метров. Для установки такого длинного генератора необходим автомобиль с длинным кузовом, что ограничивает его маневренность, зачастую препятствует доставку оборудования, например для огнетушения к месту пожара.
Задачей предложенного изобретения является уменьшение габаритов генератора для получения горячей или перегретой воды. При этом техническим результатом является возможность установки предложенного генератора на автомобили с короткими продольными базами.
Задача решается, а технический результат достигается, тем, что генератор для получения горячей или перегретой воды содержит горизонтально устанавливаемый цилиндрический корпус с торцевой стенкой и расположенными с противоположной стороны от торцевой стенки отверстием для подачи горячего воздуха и входным и выходным патрубками змеевика. Также генератор содержит выхлопное отверстие и опоры. При этом внутри цилиндрического корпуса вплотную к отверстию для подачи горячего воздуха расположен цилиндр. Змеевик со входным и выходным патрубками состоит из трех участков. Первый участок выполнен в виде цилиндрической спирали, расположенной коаксиально цилиндру по его внутренней стенке. Второй участок змеевика выполнен в виде плоских спиралей, соосных цилиндрическому корпусу и расположенных попарно с чередованием в каждой паре правой и левой намотки спиралей. Второй участок змеевика расположен в корпусе со стороны торцевой стенки. Третий участок змеевика выполнен в виде цилиндрической спирали, расположенной коаксиально цилиндрическому корпусу по его внутренней стенке. При этом выхлопное отверстие выполнено в верхней части цилиндрического корпуса вблизи отверстия для подачи горячего воздуха. Сам корпус расположен на опорах.
Поток горячего воздуха может создаваться факелом пламени горелочного устройства.
На внутренней стороне торцевой стенки корпуса генератора может устанавливаться рассекатель потока горячего воздуха, имеющий форму конуса, вершина которого обращена в сторону отверстия для горячего воздуха.
Цилиндрический корпус представляет собой трехслойную конструкцию, внутренний слой которой выполнен из жаростойкого металла, средний слой выполнен из теплоизоляционного материала, а наружный слой выполнен из конструктивной стали.
Выполнение генератора для получения горячей или перегретой воды в предложенном варианте позволяет уменьшить его продольные размеры по сравнению с аналогом практически вдвое. При этом создание зоны турбулентности горячего воздуха из-за возвратного его движения в районе торцевой стенки и применение змеевика, выполненного в виде плоских спиралей, соосных цилиндрическому корпусу и расположенных попарно с чередованием в каждой паре правой и левой намотки спиралей, позволяет обеспечить максимальный нагрев воды, движущейся по змеевику.
Для получения горячего воздуха предпочтительно использовать горелку, использующую дизельное топливо, что позволяет устанавливать генератор на шасси автомобиля, работающего на дизельном топливе. При этом факел пламени, создающейся горелкой, желательно обеспечить подпором воздуха, использую, например, дополнительный вентилятор.
Рассекатель пламени, устанавливаемый на внутренней стороне торцевой стенки корпуса генератора и имеющий форму конуса, вершина которого обращена в сторону отверстия для горячего воздуха, позволяет уменьшить температуру торцевой стенки и создает дополнительную турбулентность горячего воздуха.
Трехслойная конструкция цилиндрического корпуса, внутренний слой которой выполнен из жаростойкого металла, средний слой выполнен из теплоизоляционного материала, а наружный слой выполнен из конструктивной стали, хорошо теплоизолирует корпус генератора, делает его надежным, безопасным и эстетичным.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид генератора.
Генератор для получения горячей или перегретой воды содержит горизонтально устанавливаемый цилиндрический корпус 1 с торцевой стенкой 2 и расположенными с противоположной стороны от торцевой стенки 2 отверстием 3 для подачи горячего воздуха и входным патрубком 4 и выходным патрубком 5 змеевика 6. Также генератор содержит выхлопное отверстие 7 и опоры 8.
Внутри цилиндрического корпуса 1 вплотную к отверстию 3 для подачи горячего воздуха расположен цилиндр 9. На внутренней стороне торцевой стенки 2 корпуса 1 генератора в описываемой конструкции установлен рассекатель 10 потока горячего воздуха.
Змеевик 6 со входным патрубком 4 и выходным патрубком 5 состоит из трех участков. Первый участок 61 змеевика выполнен в виде цилиндрической спирали, расположенной коаксиально цилиндру 9 по его внутренней стенке. Второй участок 62 змеевика 6 выполнен в виде плоских спиралей, соосных цилиндрическому корпусу 1 и расположенных попарно с чередованием в каждой паре правой и левой намотки спиралей. Второй участок 62 змеевика 6 расположен в цилиндрическом корпусе 1 со стороны торцевой стенки 2. Третий участок 63 змеевика 6 выполнен в виде цилиндрической спирали, расположенной коаксиально цилиндрическому корпусу 1 по его внутренней стенке.
При этом выхлопное отверстие 7 выполнено в верхней части цилиндрического корпуса 1 вблизи отверстия 3 для подачи горячего воздуха. Сам корпус 1 расположен на опорах 8.
Цилиндрический корпус 1 представляет собой трехслойную конструкцию, внутренний слой 11 которой выполнен из жаростойкого металла, средний слой 12 выполнен из теплоизоляционного материала, а наружный слой 13 выполнен из конструктивной стали.
Для описания работы генератора для получения горячей или перегретой воды на представленном чертеже схематично указана горелка 14 с регулируемым наддувом воздуха.
Работа генератора осуществляется следующим образом. Вода поступает через входной патрубок 4 в змеевик 6.
Горячий воздух в виде факела пламени, создаваемого горелкой 13 и обеспеченного необходимым подпором воздуха, попадает в первый объем, ограниченный торцевой стенкой 2 и витками первого участка 61 змеевика 6, выполненного в виде цилиндрической спирали и расположенного коаксиально цилиндру 9 по его внутренней стенке. При этом происходит передача тепла через стенки змеевика 6 движущейся по ним воде.
Далее горячий воздух в виде факела пламени попадает на торцевую стенку 2, либо на рассекатель 10. Движение горячего воздуха становится турбулентным и меняет движение на противоположное.
Затем горячий воздух в виде факела пламени попадает во второй объем, в котором размещен участок 62 змеевика 6, выполненный в виде плоских спиралей, соосных цилиндрическому корпусу 1 и расположенных попарно с чередованием в каждой паре правой и левой намотки спиралей. Ряды спиралей с фиксированным зазором между витками размещены таким образом, чтобы последующая спираль имела противоположную направленность. Этим достигается то, что проекция площади спиралей полностью перекрывали проход второго объема. Это обеспечивает достижение максимальной эффективности теплообмена.
Далее горячий воздух в виде факела пламени нагревает наружную стенку цилиндра 9 с витками первого участка 61 змеевика 6 и третий участок 63 змеевика 6, расположенного коаксиально цилиндрическому корпусу 1 по его внутренней стенке. После отработанный горячий воздух в виде газов выводятся через выхлопное отверстие 7 в атмосферу.
Таким образом, вода, движущаяся по змеевику 9, подвергается интенсивному разогреву. В условиях закрытой системы змеевика 9 вода может нагреваться выше температуры 120°С. На выходе выходного патрубка 5 генератора получается горячая или перегретая вода.
Предложенный генератор, имея размеры в два раза меньшие, чем аналог, легко монтируется на укороченное в два раза автомобильное шасси, что обеспечивает его мобильность, а его конструктивные особенности обеспечивают его высокую производительность при минимальных энергозатратах.