КОТЕЛ ВОДОГРЕЙНЫЙ
WATER HEATING BOILER

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для отопления зданий коммунального бытового и производственного назначения, имеющих систему отопления с теплоносителем.
Из уровня техники известен котел водогрейный, содержащий топку, заднюю и переднюю стенки, газоход и водотрубный теплообменник, образованный горизонтальными оребренными трубами, расположенными параллельно друг другу непосредственно в топочном пространстве по окружности или овалу и снабженными отводами, коллекторами обратки и подачи, а также патрубками обратки и подачи, причем в задней части котла трубы теплообменника жестко закреплены на задней стенке, а в передней части закреплены на крепежной пластине, выполненной с возможностью свободного перемещения по шпилькам относительно передней стенки котла (см. патент RU 2477426, кл. F24H 1/00, опубл. 10.03.2013). Недостатками известного устройства являются относительно малый КПД, высокая тепловая инертность и короткий срок службы деталей теплообменника, обусловленный большими температурными перепадами в процессе работы котла.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в увеличении эффективности работы водогрейного котла. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в котле водогрейном, содержащем топку, заднюю и переднюю стенки, газоход и водотрубный теплообменник, образованный горизонтальными оребренными трубами, расположенными параллельно друг другу непосредственно в топке по окружности или овалу и снабженными отводами, коллекторами обратки и подачи, а также патрубками обратки и подачи, причем в задней части котла трубы теплообменника жестко закреплены на задней стенке, а в передней части закреплены на крепежной пластине, выполненной с возможностью свободного перемещения по шпилькам относительно передней стенки котла, трубы теплообменника снабжены спиральными турбулизаторами и расположены в два слоя и попарно соединены отводами, разворачивающими поток из труб наружного слоя в трубы внутреннего слоя, причем трубы наружного слоя соединены с коллектором обратки, а внутреннего - с коллектором подачи, а газоход расположен в верхней части котла.
На фиг.1 представлена схема работы предлагаемого котла;
на фиг.2 - его поперечное сечение;
на фиг.3 - область Г на фиг.2;
на фиг.4 представлена конструкция трубы теплообменника;
на фиг.5 - котел со снятой теплоизоляцией, вид спереди;
на фиг.6 - котел со снятыми защитными панелями, вид спереди;
на фиг.7 - котел, вид сзади;
на фиг.8 - передняя часть котла с открытой крышкой;
на фиг.9 - разрез передней части котла.
Котел водогрейный состоит из топки 1, задней 2 и передней 3 стенок, газохода 4 в верхней части топки 1 и водотрубного теплообменника. Корпус топки 1 образован каркасом, на котором закреплены съемные газоплотные панели с теплоизоляцией 5 и декоративные защитные панели 6. Передняя стенка 3 снабжена открывающейся крышкой 7, за которой расположены крепежные пластины 8.
Теплообменник образован горизонтальными трубами 9, 10, которые расположены параллельно друг другу непосредственно в топке 1 по окружности или овалу в два слоя и попарно соединены отводами 11, разворачивающими поток из труб 10 наружного слоя в трубы 9 внутреннего слоя. Трубы 10 наружного слоя соединены с коллектором 12 обратки, а трубы 9 внутреннего слоя соединены с коллектором подачи 13. Коллекторы обратки 12 и подачи 13 соединены со снабженными распределителями 19 патрубками обратки 14 и подачи 15, соответственно. В задней части котла трубы 9, 10 теплообменника жестко закреплены на задней стенке 2. В передней части трубы 9, 10 закреплены на крепежной пластине 8, выполненной с возможностью свободного перемещения по шпилькам 20 относительно передней стенки 3 котла. Трубы 9, 10 теплообменника выполнены с оребрением 16 и снабжены спиральными турбулизаторами 17. Трубы 10 внешнего слоя снабжены отражателями 18.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Теплоноситель (вода) через патрубок обратки 14 и коллектор обратки 12 попадает в трубы 10 наружного слоя теплообменника. Двигаясь по трубам теплоноситель закручивается и ускоряется с помощью спиральных турбулизаторов 17, тем самым сильно увеличивая теплообмен. Затем, развернувшись в отводе 11, теплоноситель попадает в трубы 9 внутреннего слоя теплообменника, где также закручивается и ускоряется за счет турбулизаторов 17. Нагретый теплоноситель из труб 9 направляется в коллектор подачи 13, а оттуда через патрубок подачи 15 потребителю.
При такой конструкции котла пламя горелки в первую очередь передает максимальное количество энергии трубам 9 внутреннего слоя, догревая теплоноситель до максимально необходимой температуры около 150°С. Затем, снизив температуру, уходящие газы охлаждаются проходя через трубы 10 внешнего слоя. Температура теплоносителя в трубах 10 может колебаться от 60 до 95°C, и, проходя через них, уходящие газы охлаждаются до температуры не более 160°C. При движении теплоносителя из холодного состояния в сторону нагретой топки мы получаем оптимальную схему теплоотдачи котла за счет встречных потоков теплоносителя и сгоревших газов (по мере охлаждения уходящие газы встречаются с менее холодным теплоносителем, что позволяет дополнительно отобрать тепло с газов) при минимальных размерах теплообменника. При такой конструкции КПД котла составляет не менее 93%.
Поскольку трубы 9, 10 не приварены к передней стенке 3, а крепятся к крепежной пластине 8, которая может перемещаться относительно нее вместе с трубами, при работе устройства не создается никаких напряжений. Срок службы труб 9, 10 и теплообменника в целом ограничен только наличием коррозии. Скорость теплоносителя за счет наличия турбулизаторов 17 составляет не менее 1 м/с, что предотвращает образование пристенного кипения в трубах.
Коллекторы 12, 13 выполнены таким образом, чтобы было возможно приваривание труб 9, 10 с возможностью легкой замены одной или нескольких из них в ходе ремонта, если в этом возникнет необходимость. Поскольку коллекторы 12, 13 связаны с каркасом топки 1 только через соединительные патрубки, напряжения в процессе нагрева и охлаждения котла легко компенсируются.
Предлагаемый котел имеет более высокую эффективность, чем известные конструкции, и может работать на перегретой воде при температурах до 150°C.