ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована для отопления жилых домов, зданий коммунального, бытового и производственного назначения, имеющих систему отопления с водяным теплоносителем.
Известен водогрейный котел, содержащий корпус с топкой, инжекционной газовой горелкой, газоходом и водяной рубашкой, охватывающей топку и газоход (патент RU №6561182, кл. F24H 1/20, 13.05.2003).
Недостатками данного устройства являются низкая технологичность изготовления, низкая ремонтопригодность и, как следствие, сложная в эксплуатации конструкция водогрейного котла.
Известен водогрейный котел, включающий корпус с топкой с экранирующими панелями, газоходом и водотрубным теплообменником, выполненным в виде змеевика с горизонтальными, оребренными и соединенными посредством отводов трубами, причем со стороны входа змеевик подключен к патрубку подвода, а со стороны выхода - к патрубку отвода (полезная модель RU №29125, кл. F24H 1/40, 27.04.2003).
Данный водогрейный котел имеет сравнительно простую конструкцию. Однако расположение топки, конвективной поверхности и газохода вдоль горизонтальной оси приводит к значительным осевым габаритам, что в ряде случаев приводит к необходимости увеличивать площадь помещения, где эксплуатируется данный водогрейный котел. Кроме того, расположение всех труб змеевиков целиком внутри котла усложняет контроль за состоянием сварных соединений в месте подсоединения отводов, что усложняет техническое обслуживание данного водогрейного котла.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является водогрейный котел, включающий корпус с топкой с экранирующими панелями, газоходом и водотрубным теплообменником, выполненным в виде змеевика с горизонтальными оребренными и соединенными посредством отводов трубами, причем со стороны входа змеевик подключен к патрубку подвода и со стороны выхода - к патрубку отвода (полезная модель RU 2477824 С1, кл. F24H 1/40 06.07.2011).
Недостатком прототипа является исполнение теплообменника котла в виде одного змеевика, имеющего большое гидравлическое сопротивления. Затрачиваемая на преодоление большого гидравлического сопротивления единственного змеевика энергия уменьшает КПД котла.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение гидравлического сопротивления водогрейного котла и, как следствие, увеличение КПД котла.
Технический результат - повышение КПД котла за счет уменьшения гидравлического сопротивления теплообменника, создания турбулентного потока воды внутри труб теплообменника.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что водогрейный котел включает в себя теплообменник, выполненный в виде двух горизонтальных труб (коллекторов) подаваемой из котла воды (подачи) и возвращаемой в котел воды (обратки) с присоединенными к ним горизонтальными оребренными и соединенными посредством отводов трубами таким образом, чтобы уменьшение гидравлического сопротивления котла за счет разбиения потока воды на параллельные потоки сочеталось с обеспечением достаточной скорости прохождения воды через трубы теплообменника. Количество петель, образуемых горизонтальными оребренными трубами, присоединяемых к коллекторам подачи и обратки, рассчитывается, в том числе, в соответствии с требуемой мощностью котла. Коллектор обратки подключается одним концом к патрубку возвращаемой в котел воды через соединительный фланец металлической спирали, которая создает внутри всего теплообменника турбулентный поток воды, интенсифицируя процесс теплообмена. Коллектор подачи подключается одним концом к патрубку приема горячей воды от котла. Свободные концы коллектора подачи и коллектора обратки имеют съемные фланцевые заглушки и используются для обслуживания котла. К свободным концам коллектора обратки и коллектора подачи подключается устройство промывки теплообменника котла от накипи в соответствии с циклом обслуживания котла. Коллекторы котла имеют возможность осевого соединения с коллекторами аналогичных котлов, создавая единый каскад котлов по оси коллекторов, при этом сокращая габариты котельной.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид водогрейного котла.
На фиг. 2 представлен вид сзади водогрейного котла со снятой задней стенкой.
На фиг. 3 представлен вид спереди водогрейного котла со снятыми передней, верхней и боковой стенками.
На фиг. 4 представлен вид спереди водогрейного котла со снятыми передней, верхней и боковой стенками, а также верхней и боковой экранирующими панелями.
На фиг. 5 представлен теплообменник водогрейного котла.
Водогрейный котел включает корпус 1 с топкой 2 с экранирующими панелями: передней 3, задней 4, верхней 5, двумя боковыми 6 и нижней 7, патрубком газохода 8 и водотрубным теплообменником 9, фиг. 5, образованным двумя горизонтальными трубами (коллекторами) подачи 10 и обратки 11 и присоединенными к ним горизонтальными оребренными и соединенными между собой посредством отводов 12 трубами 13, коллектор обратки 11 имеет внутри металлическую спираль, которая соединена с одной стороны через фланец 14 с фланцем коллектора 15, а с другой стороны - с патрубком возвращаемой в котел воды, коллектор подачи 10 подключается через фланец 16 одним концом к патрубку приема горячей воды от котла, свободные концы коллектора подачи 17 и коллектора обратки 18 имеют съемные фланцевые заглушки 19 для обслуживания котла. Корпус котла выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с задней 20, верхней 21 и двумя боковыми стенками 22, имеющими слой теплоизоляции и расположенными по возможности вплотную к экранирующим поверхностям котла, и передней стенкой 23, имеющей частичную теплоизоляцию и частичный воздушный зазор с передней экранирующей поверхностью 3, коллекторы подачи 10 и обратки 11 выведены из топки через заднюю экранирующую панель 4, концы коллекторов с фланцами 15, 16 выведены через заднюю стенку корпуса 20 в правую сторону котла, а концы с фланцами 17, 18 - в левую сторону котла, а сами коллекторы 10, 11 при этом находятся между экранирующей задней панелью 4 и задней стенкой котла 20. В нижней экранирующей панели 7 выполнены канавки 24 для подвода снизу атмосферного воздуха, а патрубок газохода 8 установлен на верхней экранирующей панели 5. В топке котла 2 размещается горелка 25, подбираемая соразмерно требуемой мощности и топочной геометрии котла. Для этого в передней экранирующей панели 3 вырезается отверстие и предусматриваются крепежные элементы в зависимости от типа используемой горелки. Газовая рампа, включающая также газовые электромагнитные клапаны 26, подбирается и размещается на котле в зависимости от типа используемой (используемых) горелки (горелок). Управление котлом и контроль за параметрами котельной осуществляется через свободнопрограммируемый контроллер 27, установленный на верхней панели котла 21 и имеющий возможность погодозависимого каскадного включения ступеней горелки котла (или нескольких горелок в каскаде), а также удаленного мониторинга и управления котлом по каналу Интернет, через SMS-сообщения или радиоканалу. Передняя экранирующая панель котла имеет отверстие под плиту горелки 28.
Работает водогрейный котел следующим образом. Сетевая вода через металлическую спираль с фланцем 14 попадает сначала в коллектор обратки 11, принимая благодаря спирали турбулентный характер движения, а затем распределяется по трубам водотрубного теплообменника 13. В зависимости от количества петель, соединенных с коллекторами 11 и 10, образованных горизонтальными оребренными трубами 13 и отводами 12, меняется количество параллельных потоков воды, проходящих через эти петли, образованные горизонтальными оребренными трубами 13 и отводами 12. Такое соединение позволяет регулировать (корректировать) гидравлическое сопротивление теплообменника по сравнению с теплообменником, выполненным в виде одного змеевика, где регулировка (корректировка) невозможна. Небольшая металлическая спираль с фланцем 14 разбивает ламинарный поток воды, превращая его в турбулентный, тем самым интенсифицируя процесс теплообмена. Пройдя по оребренным трубам 13, нагретая вода попадает в коллектор подачи 10 и далее подается потребителю. Оребренные трубы 13 водотрубного теплообменника установлены с возможностью перемещения относительно экранирующих панелей, что позволяет компенсировать нагрузки, возникающие вследствие линейного удлинения при нагреве труб. Вода в трубах водотрубного теплообменника нагревается дымовыми газами, образующимися при горении газа в топке. Дымовые газы омывают оребренные трубы 13 и далее уходят из топки через патрубок газохода 8. Регулирование температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха или температуры воздуха в отапливаемых помещениях осуществляется контроллером 27 путем включения/отключения термостатных цепей газовых клапанов 26 ступеней горелки котла 25 либо, в случае использования горелок с плавной регулировкой подачи газа, путем управления самой горелкой подачей управляющего сигнала в блок управления горелкой.
Данный водогрейный котел имеет следующие преимущества:
- котел удобен в эксплуатации и ремонтопригоден, так как любая вышедшая из строя труба или деталь теплообменника свободно может быть демонтирована и заменена новой непосредственно в котельной без специальных приспособлений;
- котел удобен в эксплуатации и ремонтопригоден, так как для обслуживания горелки не нужно снимать экранирующие панели котла, а достаточно снять всю горелку, отсоединив плиту горелки от передней экранирующей панели котла;
- оребренные трубы водотрубного теплообменника могут свободно удлиняться, не создавая при этом никаких напряжений;
- конструкция теплообменника предусматривает возможность резкого охлаждения и нагрева труб без возникновения механических напряжений, выдерживая практически неограниченное количество циклов нагрева и охлаждения;
- топка котла имеет минимальное аэродинамическое сопротивление, что позволяет подбирать горелки меньшего типоразмера и снижать уровень шума при работе горелки на полной мощности;
- передняя экранирующая панель котла имеет возможность установки различных типов горелок;
- разборная конструкция стенок котла не требует дополнительного восстановления изоляции и сокращает время ремонта;
- отводы труб вынесены за пределы топки для облегчения доступа при ремонте и технологических осмотрах;
- конструкция теплообменника котла имеет малое гидравлическое сопротивление, что увеличивает КПД котла;
- благодаря наличию коллекторов котел удобен в эксплуатации: для промывки котла не требуется отсоединять трубы от патрубков подачи и обратки, для этого используются свободные концы коллекторов;
- коллекторы котла имеют возможность соединения с коллекторами аналогичных котлов, создавая единый каскад котлов по оси коллекторов, при этом сокращая габариты котельной;
- благодаря наличию свободнопрограммируемого контроллера котел имеет возможность логического регулирования температуры воды на выходе из котла в зависимости от требований потребителя, а также возможность дистанционного контроля и управления котлом;
- благодаря наличию свободнопрограммируемого контроллера котел легко интегрируется в уже действующие котельные, при этом у потребителя появляется возможность системного управления электроприводами узлов котельной в единой программной логике контроллера.
Водогрейный котел может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.