КОНТАКТНО-ПОВЕРХНОСТНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ
CONTACT-SURFACE WATER HEATER

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для нагрева воды с использованием газа без разделительной поверхности нагрева между ними.
Известен контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий корпус с контактной камерой, над которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода сетевой воды с регулирующей арматурой, и размещенные внутри корпуса надтопочный диск, радиационная топочная камера и установленная над ней кольцевая водопитательная емкость, причем емкость сообщена через переливные трубы эрлифтным устройством с перагивным порогом, техническим результатом которого является повышение качества деаэрации и повышение надежности в нем, переливной порог эрлифтного устройства расположен выше уровня воды в водопитательной емкости и снабжен регулятором расхода сетевой воды (А.С. №918705, СССР).
Известный водонагреватель сложен по конструкции, имеет большее сопротивление движению газа и жидкости.
Известно устройство для закручивания потока, содержащего на внутренней поверхности трубопровода спиралевидный участок с повышенным гидравлическим сопротивлением, выполненный в виде полосы с шероховатостью большей, чем шероховатость внутренней поверхности трубопровода (А.С. №1560844, СССР).
Известное устройство для закручивания потока газа будет способствовать взаимной встрече с передачей тепла частиц газа и капелек воды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является теплообменник типа «труба в трубе», содержащий наружные трубы, выполненные с изменяющейся площадью поперечного сечения, уменьшающейся в направлении движения нагреваемой трубы в межтрубном пространстве, а ребра внутренней трубы имеют высоту, увеличивающуюся обратно пропорционально шагу ребер в направлении уменьшения поперечного сечения наружной трубы. (А.С. №397737, СССР).
Известный теплообменник предназначен для нагрева вязких жидкостей, использование в нем горячей газовой смеси не предусмотрено.
Технический результат заключается в осуществлении компактности, уменьшении металлоемкости конструкции, увеличении эффективности в работе. Все это обеспечивается за счет того, что контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий наружные и внутренние трубы в виде дуг, крышки, гофрированного патрубка, спирали с повышенной шероховатостью и газовую горелку, согласно изобретению нижняя наружная труба имеет поперечное сечение, уменьшающееся в направлении газовой горелки, установленной с торца трубы. Внутри наружных труб, соединенные крышкой, размещены сообщающиеся между собой трубы подачи холодной воды от патрубка, соединенного с системой водоснабжения. Верхняя горизонтальная труба имеет в верхней части два ряда параллельных отверстий, вертикальная труба имеет отверстия, выполненные в ней по спирали вверх, нижняя горизонтальная труба имеет также два ряда параллельных отверстий, обращенных к верхней поверхности трубы. Справа к верхней трубе с торца прикреплена крышка, имеющая внутри гофрированный угловой патрубок, закрепленный во фланце труб, через отверстия в ней пневматически сообщен с трубой, крышкой и дымовой трубой. Снаружи, в нижней части горизонтальной трубы жестко установлена емкость, сообщенная через щель с трубой, которая гидравлически через патрубок сообщена с расходной емкостью, установленной под водонагревателем.
На чертеже (фиг.1) схематически изображен контактно-поверхностный водонагреватель.
Водонагреватель содержит наружные трубы 1 и 2 в виде дуг, нижняя из которых имеет поперечное сечение, уменьшающееся в направлении к газовой горелке 3, установленной с торца трубы 2. Внутри труб 1 и 2, соединенных крышкой 4, размещены сообщенные между собой трубы подачи холодной воды от патрубка 5, сообщенного с системой водоснабжения. Верхняя горизонтальная труба 6 имеет в верхней части два ряда параллельных отверстий 7. Вертикальная труба 8 имеет отверстия 9, выполненные в ней по спирали вверх, нижняя и горизонтальные трубы 10 имеют также два ряда параллельных отверстий 11, обращенные к верхней поверхности трубы 2. Справа к трубе 1, с торца, прикреплена крышка 12, имеющая внутри гофрированный угловой патрубок 13, закрепленный во фланце трубы 1 через отверстия 14 и пневматически сообщен с трубой 1 крышкой 12 и дымовой трубой 15. Внизу крышки 12 присоединены вентиль 16 для периодического удаления скопившейся смеси влаги и сажи. Снаружи, в нижней части трубы 2 жестко установлена емкость 17, сообщенная через щель (не показано) с трубой 2. Емкость 17 гидравлически через патрубок 18 сообщена с расходной емкостью 19, установленной под водонагревателем 19 через вентиль 20 с атмосферой. Слева расходной емкости 19 установлен вентиль 21, сообщенный с системой горячего водоснабжения (не показано). Внутри труб 1 и 2 выполнены спирали 22 и 23 с шероховатостью большей, чем сами трубы.
Водонагреватель работает следующим образом.
Подлежащая нагреву вода подается по трубопроводу холодного водоснабжения (не показано) к патрубку 5 и далее в трубы 6, 8 и 10. Включается в работу газовая горелка 3 и производится прогрев наружных и внутренних труб водонагревателя. Наличие в трубах 1 и 2 спиралей 21 и 22 заставляет газовый поток при его движении завихряться и тем самым с большей вероятностью встретиться с водяными каплями или пленочным слоем воды. Вода струйками через отверстия 7 и 11 в верхних частях труб ударяется в их потолки и тонким пленочным слоем стекает в нижнюю часть труб. Из трубы 8 вода вырывается веером вниз и встречается с горячим газовым потоком, проходящим через трубы 2 и 1, нагревается и стекает в емкость 17 и далее в расходную емкость 19 на разбор потребителю. В период эксплуатации водонагревателя в нижней части крышки 12 и внизу емкости 17 скапливается шлам, в виде влажных сажевых включений, которые периодически удаляются через вентили 16 и 20. Наличие спиралей 22 и 23, выполненных на внутренних поверхностях труб 1 и 2, с повышенной шероховатостью, позволяет интенсифицировать процесс теплообмена между частицами горячего газа и частицами капелек воды и ее пленкой, спускающей вниз по внутренним поверхностям труб, доведя КПД до 85-90%. Диаметры отверстий во внутренних водораспределительных трубах увеличиваются по ходу движения холодной воды по ним.
Предлагаемый водонагреватель компактен по конструкции, эффективен, прост в эксплуатации и ремонте, долговечен, не требует усиленной наружной теплоизоляции.