ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к водогрейным котлам, и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
Известны водогрейные котлы, основными элементами которых являются герметичный корпус, частично заполненный жидким теплоносителем, погруженные в теплоноситель топочную камеру и дымогарные трубы, размещенный над поверхностью теплоносителя теплообменник, например, патент РФ №2080516, МПК F 22 B 7/00.
Недостатком данного котла является то, что паровая фаза жидкого теплоносителя смешана с воздухом, находящимся в котле, а даже незначительное количество воздуха, находящееся в паровом пространстве котла, в несколько раз снижает теплопередачу от паровой фазы теплоносителя к воде системы теплоснабжения.
Никаких средств для удаления воздуха из парового пространства котла в них, кроме как удаления его вместе с паром, но и то не полностью, не существует, поэтому теплопередача в таких котлах в несколько раз ниже теоретически возможной.
Известны также котлы КВ-Г-0,63-90Н и другие серии «Vacumatic ОАО Дорогобужкотломаш».
Котлы данной серии имеют герметичный корпус, частично заполненный водой, в нижней части корпуса размещена топочная камера, а в верхней части теплообменник, по которому циркулирует вода тепловой сети.
При работе котлов данной серии, также как и вышеупомянутого, в результате испарения жидкого теплоносителя, его паровая фаза контактирует с поверхностью теплообменника, конденсируется на ней, а конденсат
стекает в объем жидкого теплоносителя.
Для того чтобы неконденсирующиеся газы (воздух) не контактировали с поверхностью теплообменника и не ограничивали контакт паровой фазы теплоносителя с поверхностью теплообменника, котлы типа КВ-Г-0,63-90Н вакуумируют.
Вакуумирование котла перед пуском и периодический отсос неконденсирующихся газов в процессе работы осуществляется штатным вакуумным насосом водоструйного или водокольцевого типа.
Известный водогрейный котел является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и выбран в качестве ближайшего аналога.
Недостатком известного котла является то, что в паровом пространстве котла (зона, где расположен теплообменник), наряду с паровой фазой теплоносителя, присутствует воздух, который, контактируя с поверхностью теплообменника, ограничивает контакт паровой фазы теплоносителя с поверхностью теплообменника, тем самым ухудшает передачу тепла от паровой фазы теплоносителя к поверхности теплообменника и далее к нагреваемой воде системы теплоснабжения. Для устранения этого недостатка в известном котле воздух откачивают вакуумным насосом, но воздух вновь натекает в паровое пространство и его вновь необходимо откачивать. Полностью откачать воздух из парового пространства не удается, а даже небольшое его количество в несколько раз снижает теплопередачу (при относительном содержании воздуха около 4% коэффициент теплопередачи уменьшается в пять раз, при относительном содержании воздуха 0,75% - в два раза).
Недостатком такого котла является и то, что при давлении в котле ниже атмосферного, вода кипит при температуре ниже 100°С, температура паров воды также ниже 100°С, все это приводит к уменьшению температуры воды в системе теплоснабжения.
Техническим результатом полезной модели является увеличение теплопередачи от паровой фазы теплоносителя к воде системы теплоснабжения за счет исключения появления воздуха в паровом пространстве котла, с помощью специального средства, вследствие чего, увеличивается мощность котла.
Указанный технический результат достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем герметичный корпус, в нижней части которого размещена топочная камера, а в верхней части корпуса расположен теплообменник, согласно полезной модели, котел снабжен переливным баком, расположенным снаружи корпуса котла и соединенным, по крайней мере, одним трубопроводом с нижней частью котла, при этом переливной бак снабжен средством изменения его внутреннего объема.
Кроме того, для обеспечения слива воды из переливного бака в корпус котла самотеком, он расположен выше корпуса котла.
Также, средство изменения внутреннего объема переливного бака выполнено в виде герметичной гибкой мембраны, скрепленной с переливным баком, и разделяющей его на два отсека, один из которых соединен с внутренним объемом котла, другой - с атмосферой.
Благодаря указанному выполнению устройства котла, внутренняя полость корпуса котла и переливного бака всегда заполнены водой и воздух внутри котла отсутствует, вследствии чего увеличивается передача тепла от паровой фазы теплоносителя к нагреваемой воде системы теплоснабжения, тем самым увеличивается мощность котла.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 изображено сечение водогрейного котла в подготовленном к работе состоянии.
- на фиг.2 изображено сечение водогрейного котла в рабочем состоянии.
Водогрейный котел содержит герметичный корпус 1, в нижней части которого размещены топочная камера 2, дымогарные трубы 3. В верхней части корпуса 1 размещен теплообменник 4.
Переливной бак содержит корпус 5, который соединен трубопроводом 6 с нижней частью корпуса котла 1, при этом верхняя часть корпуса 5 переливного бака снабжена краном 7 для удаления воздуха при заполнении котла водой. Переливной бак содержит также крышку 8 со штоком - сигнализатором 9 и грузом 10.
Средство изменения внутреннего объема переливного бака выполнено в виде герметичной гибкой мембраны 11, скрепленной с переливным баком и разделяющей его на два отсека А и Б.
Отсек А соединен трубопроводом 6 с внутренним объемом корпуса 1, отсек Б соединен с атмосферой.
Верхняя часть корпуса 1 снабжена краном 12, служащим для удаления воздуха из корпуса 1 котла при заполнении его водой.
К нижней части корпуса 1 подведен трубопровод 13 с краном 14, служащий для заполнения котла водой.
Подготовка котла к работе осуществляется следующим образом.
При открытых кранах 7, 12 и 14, через трубопровод 13 в корпус 1 заливается вода. Вода заполняет корпус 1 и трубопровод 6. При появлении воды из крана 12, что означает отсутствие воздуха в корпусе котла, кран 12 закрывают. Через трубопровод 6 вода попадает в корпус 5 расширительного бака, заполняет отсек А, и вытеснив из него воздух, выливается через кран 7. Краны 7 и 14 закрывают, при этом вначале закрывают кран 14, затем кран 7.
Таким образом, в котле воздух находится только в растворенном в воде виде, а внутренний объем котла не сообщается с атмосферой.
Котел работает следующим образом.
Продукты сгорания топлива проходят через топочную камеру 2 (горелка на графических материалах не показана) и систему дымогарных труб 3, при этом осуществляется передача тепла от горячего газа к воде находящейся в котле. Вода в котле нагревается, происходит ее температурное расширение, вследствие чего, вода давит на мембрану 11 в переливном баке, при этом мембрана 11 перемещается в сторону отсека Б переливного бака, т.е. вверх.
При нагревании воды в котле растворенный в ней воздух выделяется из нее и собирается в верхней части корпуса 1 котла, а также корпуса 5 переливного бака. Для того, чтобы удалить из них воздух открывают краны 7 и 12, при этом вода вытеснит выделившийся из воды воздух. По окончании этой операции краны 7 и 12 закрывают.
При дальнейшем нагревании воды начинается ее кипение и испарение. Пар собирается в верхней части корпуса 1 котла, давление его повышается и он вытесняет воду из пространства, в котором находится теплообменник 4, через трубу 6 в отсек А переливного бака. Вытесняемая из корпуса 1 котла вода давит на мембрану 11, перемещая ее в отсек Б переливного бака, при этом шток - сигнализатор 9 с грузом 10 поднимаются вверх, сигнализируя о том, что пространство, занимаемое теплообменником 4, заполнено паром.
Пары воды поднимаются от поверхности жидкой фазы теплоносителя к трубкам теплообменника 4, на холодной поверхности трубок, по которым протекает вода тепловой сети, они конденсируются и конденсат в виде капель падает в кипящую воду. Вода в тепловой сети при этом нагревается.
Процесс испарения и конденсации непрерывно повторяется, при этом происходит перенос тепла от паров теплоносителя к воде в системе теплоснабжения.
При остановке котла горелка гасится, вода перестает кипеть, давление пара снижается и вода из отсека А переливного бака, по трубопроводу 6 перетекает в корпус 1, занимая паровое пространство. При этом мембрана 11 в переливном баке перемещается в сторону отсека А, т.е. вниз, занимая объем вытекающей из него воды, при этом давление в котле устанавливается немного выше атмосферного, поэтому атмосферный воздух через неплотности не попадает во внутренний объем котла и не растворяется в котловой воде. Котел полностью заполнен водой, освобожденной от газов и готов к повторному запуску.
Таким образом, благодаря указанному выполнению устройства котла, воздух в паровом пространстве (в районе теплообменника) при работе котла отсутствует, при этом существенно улучшается передача тепла от паровой фазы теплоносителя к нагреваемой воде системы теплоснабжения, вследствие чего, увеличивается мощность котла.