ГАЗОВЫЙ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ
GAS HEATING MODULE

Изобретение относится к технике нагрева воды, т.е. к установкам децентрализованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий.
Различные конструкции проточных водонагревателей для децентрализованного теплоснабжения, представляющие собой водогрейные котлы различной мощности, присутствуют в ассортименте таких компаний, как Junkers, Ferroli, РЭМЭКС, Новосергиевского механического завода и др. Аналогом данного изобретения является водогрейный котел ЯИК Новосергиевского Механического Завода (паспорт котла КВСа-0,3 Гн/ЛЖ ГОСТ30735-2001 «ЯИК-300», 2010 г.), который состоит из корпуса, патрубков для входа, выхода, а также слива воды, двухходового нагревательного элемента на фланце, дымохода, опор и др.
К недостаткам этой установки относятся большой удельный вес (кг/кВт), сложность выполнения ремонтных работ поверхностей нагрева в случае их повреждения и т.д.
Прототипом данного изобретения является газовый отопительный модуль «Самара» (Патент РФ №2117877), состоящий из металлического сосуда для нагреваемой воды, системы подвода газа и воздуха, автоматизированного газогорелочного блока, расширительного бака и бака подпитки, теплогенерирующего элемента, дымохода и вспомогательных устройств.
В этом устройстве теплогенерирующий элемент выполнен из последовательно расположенных прямого и обратного ходов прямоугольной формы, соединенных поворотным коленом, и имеет U-образную форму. Причем обратный ход имеет цилиндрические шипы различной длины, установленные по всей длине поперек потока дымовых газов в возрастающем порядке.
Основными недостатками указанного изобретения являются большой удельный вес, повышенное гидравлическое сопротивление в дымоходе, что влечет за собой применение вентилятора высокого давления, что влияет на количество потребляемой электрической энергии на перекачивание воздуха в котле и системе дымоудаления.
Техническим результатом изобретения является: высокая энергетическая эффективность (КПД не ниже 95%), малые массогабаритные характеристики, прочность и надежность конструкции, повышение эффективности теплообмена в конвективной части теплогенерирующего элемента.
Технический результат достигается за счет того, что газовый отопительный модуль состоит из металлического корпуса, заполняемого водой, внутри которого расположен U-образный теплогенерирующий элемент с газогорелочным блоком, системы подвода газа и воздуха, дымохода, расширительного бака, патрубков для воды, а также слива воды в случае ремонта, причем конвективная часть U-образного теплогенерирующего элемента выполнена из двух газоходов прямоугольного сечения, а к двум противоположным боковым стенкам каждого из газоходов приварены стальные цилиндрические шипы в шахматном расположении поперек движения дымовых газов таким образом, что при сборке газоходов противоположно установленные ряды шипов образуют сдвоенные ряды.
На фиг.1, фиг.2 изображен газовый отопительный модуль - продольный и поперечный разрезы.
На фиг.1 изображен продольный разрез газового отопительного модуля, где:
1 - металлический корпус, 2 - жаровая труба, 3 - поворотная камера, 4 - газоход, 5 -расширительный бак, 6 - дымоход, 7 - газогорелочный блок, 8 - фланец теплогенерирующего элемента, 9, 10 - патрубки для воды, 11 - патрубок для слива воды.
На фиг.2 изображен поперечный разрез газового отопительного модуля, где:
12, 13 - каналы газоходов.
Газовый отопительный модуль работает следующим образом.
Заполняется металлический корпус 1 водой. Производится розжиг газогорелочного блока 7 и вывод модуля на рабочий режим. Сгорание природного газа происходит в жаровой трубе 2, затем продукты сгорания поступают под прямым углом в поворотную камеру 3. В пределах жаровой трубы и поворотного участка происходит полное сгорания газового топлива и частичное охлаждение дымовых газов за счет передачи теплоты излучением от горящего факела к стенкам камеры, охлаждаемым водой. В окончании поворотной камеры 3 продукты сгорания поступают в два ошипованных по всей длине газохода 4, расположенных под прямым углом к поворотной камере. Теплота продуктов сгорания конвекцией передается шипам, а затем от них теплопроводностью стенкам газохода. Охлажденные в газоходах до температуры ~150°С продукты сгорания удаляются через дымоход 6. Жаровая труба 2, поворотная камера 3 и два ошипованных газохода 4 образуют собой теплогенерирующий элемент газового отопительного модуля. Теплогенерирующий элемент имеет общий фланец 8 для прямого и обратного хода и шпильками крепится к торцевой стенке металлического корпуса 1, что обеспечивает жесткость конструкции. Вход и выход нагреваемой воды осуществляется через патрубки 9 и 10, а ее слив в случае ремонтных работ - через патрубок 11.
Теплогенерирующий элемент имеет гладкую поверхность с внешней стороны, омываемую нагреваемой водой. С внутренней стороны жаровая труба 2 и поворотная камера 3 имеют также гладкую поверхность, а к внутренней поверхности газоходов 4 приварены цилиндрические шипы таким образом, что они образуют шахматное расположение спаренных шипов.
В целях уменьшения продольных габаритов газового отопительного модуля конвективный газоход выполнен в виде двух отдельных каналов 12, 13, причем шипы привариваются к плоской поверхности широкой стороны газохода. Длина шипа выбирается таким образом, чтобы зазор между торцевой частью шипа и противоположной стенкой составлял 5% ширины поперечного сечения канала.
При этом в процессе работы при наличии внешнего давления на плоские стенки шипы упираются неприваренными торцами к плоской поверхности противоположной стенки, тем самым обеспечивая необходимую прочность конструкции.
Процессы горения в камерах сгорания (топках котлов, теплогенераторов, промышленных печей) происходят в условиях турбулентного потока, характеризующегося наличием низкочастотных пульсаций (до 1000 1/сек).
Наличие низкочастотных пульсаций горячей среды передается на поверхности газоходов 4, что приводит к колебаниям стенок, при этом шипы неприваренными торцами ударяют в противоположную стенку, что приводит к «сбиванию» шлама с поверхностей теплогенерирующего элемента (эффект самоочищения).
Для работы газового отопительного модуля не требуется химически очищенная вода, достаточно наличие воды питьевого качества (из водопровода).
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает достижение технического результата:
- высокая энергетическая эффективность,
- малые габариты вследствие увеличения поверхности конвективного теплообмена, выполненного в виде двух газоходов,
- удобство обслуживания и ремонта, поскольку предусматривается выполнение съемного теплогенерирующего элемента на фланце,
- прочность и надежность конструкции,
- повышение эффективности теплообмена в конвективной части теплогенератора за счет увеличения теплопередающей поверхности и турбулизации потока дымовых газов.