КОТЕЛ ЖИДКОСТНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
BOILER OF LIQUID HEATER

Изобретение относится к области теплоэнергетики, 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, жилых и производственных помещений.
Задача предпусковой подготовки дизельных двигателей и двигателей внутреннего сгорания к запуску и принятию нагрузки в зимнее время, особенно в северных регионах, до сих пор не нашла своего оптимального решения.
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. Такие котлы бывают прямоточными и с поворотом газов на 180°. Как прямоточные котлы, так и котлы с поворотом газов могут быть жаротрубными, с дымогарными трубками и водотрубными.
Недостатком представленных в данной работе котлов является то, что продукты сгорания, образующиеся при сжигании топлива, вступают в непосредственный контакт с холодными стенками котла-теплообменника. Это приводит к недогоранию топлива, а также появлению вблизи стенок котла вредных веществ, таких как оксид углерода, сажа и др.
Известен предпусковой подогреватель (патент РФ №50609, МПК F02N 17/02, F02N 17/04, опубл. 20.01.2006), содержащий горелочный блок, котел с наружной жидкостной рубашкой и жаровой трубой с открытым выходным торцом, образующей с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал с патрубком вывода продуктов сгорания, наружная жидкостная рубашка имеет патрубок ввода нагреваемой жидкости, котел имеет внутреннюю жидкостную рубашку, расположенную в кольцевом газовом канале, выполненную в виде спиралевидного коллектора, охватывающего жаровую трубу, вход которого сообщен с наружной жидкостной рубашкой, а на выходе расположен патрубок вывода нагретой жидкости.
Известен котел жидкостного отопителя (патент РФ №52944, МПК F02N 17/02, F02N 17/04, опубл. 27.04.2006), выполненный в виде теплообменника, имеющего 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, в кольцевом газовом канале имеется внутренняя жидкостная рубашка, выполненная в виде спиралевидного змеевика, охватывающего жаровую трубу, вход которого сообщен с наружной жидкостной рубашкой, а патрубок вывода нагретой жидкости расположен на его выходе.
Известен котел жидкостного отопителя (патент РФ №62172, МПК F02N 17/02, F02N 17/04, опубл. 27.03.2007), наиболее близкий к заявляемому решению и принятый за прототип (вариант 2), выполненный в виде теплообменника, имеющего наружную и внутреннюю жидкостные рубашки, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны днища котла, образующего с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал с патрубком вывода продуктов сгорания, патрубок ввода нагреваемой жидкости и патрубок вывода нагреваемой жидкости через наружную жидкостную рубашку, фланец крепления горелочного устройства.
Представленные устройства обеспечивают повышение эффективности и надежности работы котла за счет интенсификации теплоотдачи, уменьшения его габаритов.
Однако у представленных устройств во внутренней жидкостной рубашке в виде змеевика или системы трубок возможно возникновение паровых пробок, которые ухудшают гидравлические и тепловые характеристики котла и могут привести даже к его прогару. Кроме того, в данных конструкциях трудно добиться существенного увеличения площади теплообмена, а следовательно, и теплопроизводительности котла при тех же его размерах.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в получении компактного котла жидкостного подогревателя с малыми габаритами и весовыми характеристиками, а также в сокращении времени разогрева двигателя в зимний период, что, как следствие, приводит к уменьшению износа двигателя.
Технический результат достигается тем, что в котле жидкостного подогревателя, выполненном в виде теплообменника, имеющего наружную и внутреннюю жидкостные рубашки, жаровую трубу с открытым выходным торцом со стороны днища котла, образующего с внутренней стенкой наружной жидкостной рубашки кольцевой газовый канал с патрубком вывода продуктов сгорания, патрубок ввода нагреваемой жидкости и патрубок вывода нагреваемой жидкости через наружную жидкостную рубашку, фланец крепления горелочного устройства, новым является то, что внутренняя жидкостная рубашка, расположенная между наружной жидкостной рубашкой и жаровой трубой, выполнена в виде кольцевой коаксиальной трубы и сообщается с наружной жидкостной рубашкой посредством двух или более окон, при этом между передним торцом внутренней жидкостной рубашки и фланцем крепления горелочного устройства выполнен зазор, образующий кольцевой газовый коллектор для вывода продуктов сгорания.
Окна выполнены в виде отверстий или щелей.
Патрубок вывода нагреваемой жидкости расположен в верхней части котла вблизи фланца крепления горелочного устройства радиально или тангенциально, а патрубок ввода нагреваемой жидкости расположен с противоположной стороны вблизи днища котла.
Патрубок вывода нагреваемой жидкости расположен вблизи днища в верхней части котла радиально или тангенциально, а патрубок ввода нагреваемой жидкости расположен с противоположной стороны вблизи фланца крепления горелочного устройства.
Патрубок ввода нагреваемой жидкости выполнен напротив одного из окон, соединяющих наружную и внутреннюю жидкостные рубашки.
Технический результат также достигается тем, что в жидкостном подогревателе, содержащем котел жидкостного подогревателя, новым является то, что котел жидкостного подогревателя выполнен по любому из пунктов формулы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен котел (продольный разрез);
на фиг.2 представлен котел (поперечный разрез);
на фиг.3 представлен котел с установкой патрубка ввода нагреваемой жидкости напротив одного из окон (поперечный разрез).
Котел жидкостного подогревателя выполнен в виде теплообменника и содержит: 1 - корпус котла, 2 - патрубок вывода нагреваемой жидкости, 3 - наружная жидкостная рубашка, 4 - внутренняя жидкостная рубашка, 5 - окна, 6 - днище котла, 7 - патрубок ввода нагреваемой жидкости, 8 - патрубок вывода продуктов сгорания, 9 - кольцевой газовый коллектор, 10 - жаровая труба, 11 - фланец крепления горелочного устройства, 12 - внутренний канал возвратного движения продуктов сгорания, 13 - внешний канал возвратного движения продуктов сгорания.
Корпус котла 1 имеет цилиндрическую форму и включает в себя жидкостный тракт для движения охлаждающей жидкости и газовый тракт для движения продуктов сгорания. Жидкостный тракт состоит из наружной жидкостной рубашки 3 и внутренней жидкостной рубашки 4, выполненной в виде кольцевой коаксиальной трубы, соединенных между собой с помощью двух или более окон 5, выполненных в виде отверстий или щелей. Газовый тракт включает жаровую трубу 10 с открытым выходным торцом со стороны днища котла 6, с движением продуктов сгорания в сторону днища котла 6 и два параллельных кольцевых канала с возвратным движением продуктов сгорания: внутренний канал возвратного движения продуктов сгорания 12 и внешний канал возвратного движения продуктов сгорания 13 с движением продуктов сгорания в сторону патрубка вывода продуктов сгорания 8. Между передним торцом внутренней жидкостной рубашки 4 и фланцем крепления горелочного устройства 11 имеется зазор, образующий кольцевой газовый коллектор 9 для смешения и выхода кольцевых возвратных продуктов сгорания через патрубок вывода продуктов сгорания 8. Патрубок вывода нагреваемой жидкости 2 расположен в верхней части котла вблизи фланца крепления горелочного устройства 11 либо вблизи днища котла 6. Патрубок ввода нагреваемой жидкости 7 расположен с противоположной стороны, соответственно у днища котла 6 либо у фланца крепления горелочного устройства 11.
Работает устройство следующим образом.
Высокотемпературные продукты сгорания, образующиеся в горелочном устройстве, попадают в жаровую трубу 10, где они догорают без образования вредных выбросов. После выхода из жаровой трубы продукты сгорания взаимодействуют с днищем котла, в результате разворачиваются на 180° и идут по внутреннему 12 и внешнему 13 каналам возвратного движения продуктов сгорания, отдавая тепло стенкам наружной 3 и внутренней 4 жидкостных рубашек. Оба потока продуктов сгорания после прохождения внутреннего 12 и внешнего 13 каналов возвратного движения продуктов сгорания смешиваются в кольцевом газовом коллекторе 9 и выводятся в окружающую среду через патрубок вывода продуктов сгорания 8.
Теплоноситель (нагреваемая жидкость) через патрубок ввода нагреваемой жидкости 7 попадает в наружную жидкостную рубашку 3, а затем через окна 5 - во внутреннюю жидкостную рубашку 4. Пройдя через наружную 3 и внутреннюю 4 жидкостные рубашки, теплоноситель нагревается и выходит через патрубок вывода нагреваемой жидкости 2.
Выполнение внутренней жидкостной рубашки 4 в виде кольцевой коаксиальной трубы позволяет увеличить площадь теплообмена, а следовательно, увеличить количество тепла, подводимого к теплоносителю, это приводит к повышению кпд котла жидкостного подогревателя и уменьшению времени разогрева двигателя.
Расположение между наружной 3 и внутренней 4 жидкостными рубашками в верхней части двух или более окон позволяет исключить появление паровых пробок, тем самым повысить надежность и долговечность работы котла жидкостного подогревателя.
Для обеспечения возможности регулирования соотношения расходов между наружной 3 и внутренней 4 жидкостными рубашками патрубок ввода нагреваемой жидкости 7 можно установить напротив одного из окон 5 (фиг.3).
Теплоноситель через патрубок ввода нагреваемой жидкости 7 попадает одновременно как в наружную 3, так и во внутреннюю 4 жидкостные рубашки.
Такая конструкция котла жидкостного подогревателя позволяет более равномерно снимать тепло от продуктов сгорания как с наружной 3, так и с внутренней 4 жидкостных рубашек и исключить вскипание компонентов как во внешней 3, так и во внутренней 4 жидкостных рубашках, тем самым повысить надежность и долговечность работы котла жидкостного подогревателя, особенно в условиях низких температур.
Таким образом, расположением патрубка ввода нагреваемой жидкости 7 можно регулировать соотношение расходов, проходящих через наружную 4 и внутреннюю 3 жидкостные рубашки.
Конструкция заявляемого котла компактна, имеет малые габариты и весовые характеристики, обеспечивает высокую теплоотдачу продуктов сгорания, устойчивую и экономичную работу, высокую надежность и эффективность подогрева, уменьшение износа двигателя при эксплуатации в условиях низких температур.