ГАЗОВЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ
GAS WATER HEATER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения в качестве теплоисточника.
Известен газовый контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, топку с водяной рубашкой, расположенные по его оси, газоход с каплеуловителем и коллектор с форсункой (Ю.П.Соснин. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели. М.: Стройиздат, 1988, стр.69, рис.1.41).
Известный водонагреватель имеет сложную конструкцию, т.е. надтопочный диск, насадку из колец Рашига и дымосос, горячая вода имеет присадки от продуктов сгорания.
Известен контактно-поверхностный газовый водонагреватель, содержащий двухступенчатую нагревательную колонку, подключенную к выносной камере сгорания, снабженной водяной рубашкой (А.С. №510627, 1976, СССР).
Известный водонагреватель сложный по конструкции, металлоемок, занимает много места, горячая вода не отвечает питьевым качествам.
Известен утилизационный водонагреватель с горизонтальным движением дымовых газов, содержащий корпус с распылителем, газоход с вертикальными перегородками и камеру для сбора шлама. (Патент РФ №2195605, 2002 г.)
Известный водонагреватель предназначен для очистки дымовых газов, горячая вода, полученная из него, не отвечает питьевым качествам.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является водогрейный котел, содержащий цилиндрический корпус, топку с водяной рубашкой и перегородку, выполненную в виде замкнутой криволинейной обечайки, установленную в дымогарном канале (А.С. №909477, 1982 г., СССР).
В известном водогрейном котле температура выходящей воды регулируется путем снижения или увеличения подачи газа во входной патрубок, а также интенсивностью процесса горения газа. КПД котла при этом снижается в пределах от 85 до 60%. Температура уходящих из котла дымовых газов колеблется в пределах 150-250°С.
Задачей настоящего технического решения является использование известного водогрейного котла в разных режимах с оптимальным коэффициентом полезного действия и повышенным качеством воды.
Поставленная задача достигается тем, что предложен газовый водонагреватель, содержащий цилиндрический корпус, по оси которого установлена снабженная водяной рубашкой топка, подключенная к размещенным по периферии дымогарным каналам, газоход и водяную камеру, согласно изобретению в верхней части водяной рубашки выполнены отверстия, обращенные в дымогарные каналы и топку, а в нижней части ее выполнено отверстие, соединяющее гидравлически топку с дымогарными каналами. Патрубок, установленный под отверстием в водяной рубашке, соединяет гидравлически дымогарные каналы с водяной камерой, установленной под корпусом, которая через выходной патрубок водяной рубашки с запорным устройством соединена с ней, а также через выходной патрубок водяная камера справа соединена, например, с системой горячего водоснабжения. В газоходе, установленном в задней стенке корпуса, прикреплены поочередно вертикальные перегородки, выполняющие роль каплеуловителя, соединенного сливной трубой с патрубком и водяной камерой. Отверстия выполнены в верхней части водяной рубашки, расположены рядами, с увеличением их диаметров к торцевой стенке корпуса и смещены относительно друг друга на 3d (d - диаметр наибольшего отверстия).
На фиг.1 изображен газовый водонагреватель, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Газовый водонагреватель содержит цилиндрический корпус 1, по оси которого установлена топка 2 с водяной рубашкой 3, подключенная к дымогарным каналам 4, образованным продольными перегородками в виде замкнутой криволинейной обечайки 5 (показана частично). На торцевой стенке корпуса 1 установлена горелка 6. Водяная рубашка 3 снабжена патрубками 7 и 8 подачи и отвода воды с запорными устройствами 9 и 10 соответственно.
В верхней части стенки водяной рубашки 3 выполнены верхние отверстия 11 и нижние отверстия 12, обращенные в дымогарные каналы и топку 2 соответственно. Отверстия 11 и 12 расположены рядами с увеличением их диаметров к торцевой стенке корпуса 1 и смещены относительно друг друга на 3d (d - диаметр наибольшего отверстия). В нижней правой части водяной рубашки 3 выполнено отверстие 13, соединяющее гидравлически топку 2 с нижними дымогарными каналами 4. Патрубок 8 с запорным устройством 10 и патрубок 14 соединяют гидравлически водяную рубашку 3 и нижние дымогарные каналы корпуса 1 с водяной камерой 15, установленной под корпусом, связанной через патрубок 16, например, с системой горячего водоснабжения. На патрубке 16 установлен термометр 17. В газоходе 18, установленном в задней стенке корпуса 1 водонагревателя, установлены вертикальные перегородки 19 и 20, прикрепленные поочередно к верхней и нижней части газохода 18 и выполняющие роль каплеуловителя, соединенного сливной трубой 21 с патрубком 14. Корпус 1 водонагревателя покрыт слоем теплоизоляции 22 и облицован сверху металлическим кожухом 23.
Газовый водонагреватель работает следующим образом и в разных режимах.
Топливо сжигается горелкой 6 в топке 2. Продукты сгорания поступают в дымогарные каналы 4 и отдают тепло воде, циркулирующей в водяной рубашке 3. Обечайку 5 при этом убирают.
Первый режим работы водогрейного котла сводится к следующему. Открывают полностью запорные устройства 9 и 10. Нагретая вода отводится через патрубок 8 в водяную камеру 15, откуда через патрубок 16 поступает потребителю. Температура горячей воды при этом режиме регулируется путем открытия или закрытия запорного устройства 9 и также интенсивностью процесса горения в топке 2 водонагревателя. Проток воды через отверстия 11 и 12 водяной рубашки 3 будет незначителен, в нагретом виде будет стекать через отверстие 13 и патрубок 14 в водяную камеру 15. В этом режиме водонагреватель работает с минимальным КПД, порядка 75%, и максимальным качеством воды, т.е. почти исключено подмешивание сажи, золы от продуктов сгорания.
Второй режим работы контактного водонагревателя сводится к следующему. Открывается полностью запорное устройство 9, а запорное устройство 10 закрывают. Вода струйками вверх будет поступать из отверстий 11 и, обтекая водяную рубашку 3 снаружи, тонким слоем нагретая будет стекать вниз через патрубок 14 в водяную камеру 15. Вода также струйками вниз будет поступать из отверстий 12 в пространство топки 2 и нагретая стекать через отверстие 13 и патрубок 14 в водяную камеру 15. Капли воды, подхваченные дымовыми газами, задерживаются каплеуловителем, и через сливную трубу 21, патрубок 14 вода стекает в водяную камеру 15. Три потока горячей воды смешиваются в водяной камере 15 и через патрубок 16 будут поступать к потребителю. В этом режиме температура горячей воды регулируется путем прикрытия или открытия запорного устройства 9, а также интенсивностью процесса горения. Водонагреватель в этом режиме работает с максимальным КПД, порядка 95%, и минимальным качеством воды, т.е. возможное подмешивание сажи, золы от продуктов сгорания.
Третий - промежуточный - режим работы водонагревателя сводится к использованию оптимальных преимуществ первого и второго режимов, а также сведению к минимуму их недостатков. Открывается полностью запорное устройство 9 подачи холодной воды и частично открывается запорное устройство 10. Температура горячей воды к потребителю в этом режиме регулируется запорным устройством 10, а также интенсивностью процесса горения.
Во всех режимах работы водонагревателя ручное регулирование выхода необходимого значения температуры горячей воды может быть осуществлено автоматически.
При постоянном, длительном выбранном использовании газового водонагревателя в режиме водогрейного котла необходима в его дымоходах установка продольной перегородки в виде замкнутой криволинейной обечайки 5. Ее установка позволит поднять КПД водонагревателя на 3-5%. Отверстия 11 и 12 необходимо заглушить. Перегородки 19 и 20 в газоходе 18 будут частично задерживать золовые и сажевые частички от продуктов сгорания. В этом режиме сливную трубу 21 отсоединяют от патрубка 14 и на ней устанавливают продувочный вентиль (не показано) для периодического удаления золы и сажи, скопившихся между перегородками 18 и 19. Водонагреватель можно использовать в качестве экономайзера, т.е. направлять в его топку горячие дымовые газы.
Предлагаемый газовый водонагреватель прост по конструкции, компактен и может быть использован в любых вышеописанных режимах, особенно с высокой экономичностью в режиме контактного водонагревателя в системах отопления и горячего водоснабжения объектов.