ДВУХКОНТУРНЫЙ НАСТЕННЫЙ ГАЗОВЫЙ КОТЕЛ
DOUBLE-CIRCUIT WALL-MOUNTED GAS BOILER

Изобретение относится к области конструкции устройств для сжигания топливного природного газа с целью получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления и воды для горячего водоснабжения. Заявляемая конструкция может быть использована в промышленном и гражданском строительстве для отопления и горячего водоснабжения, в автономных передвижных и стационарных объектах при выработке тепловой энергии за счет сжигания топливного газа.
Известен двухконтурный настенный газовый котел, содержащий вентилятор, главный теплообменник, контрольный датчик температуры, газовую горелку, электрозапальник, механизм перемещения электрозапальника, блок электронного регулирования, датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения, газовый вентиль, датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения, запорный электромагнитный клапан контура отопительной воды, запорный электромагнитный клапан вторичного теплообменника, датчик давления отопительной воды, датчик работы вентилятора, автоматический выпускной клапан, предохранительный клапан, вторичный теплообменник, водяной насос, напорную трубу контура отопительной воды, возвратную трубу контура отопительной воды, трубу подачи нагретой воды для горячего водоснабжения, трубу подачи холодной воды для нагрева, трубу подпитки, обратный клапан подпиточной трубы, обратный клапан возвратной трубы, запорный электромагнитный клапан вторичного теплообменника, подпиточный насос, бак с подпиточной водой, (см. описание патента №160237 от 15 февраля 2016 г. «Двухконтурный настенный газовый котел»).
Недостатки известного устройства:
1. При засорении датчика давления отопительной воды на блок электронного регулирования поступает сигнал аварийного отсутствия протока и все системы котла полностью автоматически отключаются на длительное время без автоматического запуска, что может привести в зимний период к замерзанию системы отопления.
2. При повышении давления в напорной трубе контура отопительной воды за счет выделения газовых включений при нагреве до сверх допустимых происходит срабатывание выпускного клапана и аварийное автоматическое отключение всех систем на длительное время без автоматического запуска, что также может привести в зимний период к замерзанию системы отопления.
Указанные недостатки устранены в заявляемой конструкции, которая направлена на решение задачи повышения надежности и предупреждения аварийных ситуаций, связанных с замерзанием труб систем отопления.
Указанная задача решается путем применения автоматической продувки входного отверстия датчика давления в напорной трубе струей воды, подаваемой через дополнительно установленное сопло продувки и автоматического сброса загрязненной и загазованной воды через сбросный вентиль в отстойник, расположенный вне контура котла, с автоматическим одновременным восполнением потерь сброшенной воды за счет подачи чистой воды.
На фиг. 1 показан чертеж заявляемой конструкции. Позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 - вентилятор,
2 - главный теплообменник,
3 - контрольный датчик температуры,
4 - газовая горелка,
5 - компьютеризированный блок программного управления,
6 - датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения,
7 - газовый вентиль,
8 - датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения,
9 - запорный электромагнитный клапан контура отопительной воды,
10 - датчик давления отопительной воды,
11 -датчик работы вентилятора,
12 - автоматический выпускной клапан,
13 - предохранительный клапан,
14 - вторичный теплообменник,
15 - водяной насос,
16 - напорная труба контура отопительной воды,
17 - возвратная труба контура отопительной воды,
18 - труба подачи нагретой воды для горячего водоснабжения,
19 - труба подачи холодной воды для нагрева,
20 - труба подпитки,
21 - обратный клапан подпиточной трубы,
22 - подпиточный насос,
23 - бак с подпиточной водой,
24 - электрозапальник,
25 - механизм перемещения электрозапальника,
26 - насос продувки,
27 - сопло продувки,
28 - обратный клапан продувочной трубы,
29 - сбросная труба,
30 - сбросный вентиль,
31 -  запорный электромагнитный клапан вторичного теплообменника,
32 - труба подачи воды на продувку,
33 - обратный клапан возвратной трубы.
На фиг. 1 пунктирными линиями обозначена электрические связи между компьютеризированным блоком программного управления и контрольно-измерительными и исполнительными элементами.
Котел располагается внутри отапливаемого здания вертикально на стене.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Вентилятор 1 служит для подачи воздуха снаружи помещения в зону горения и удаления из зоны горения продуктов сгорания. Воздух всасывается через наружную трубу коаксиального дымохода (на фиг. 1 дымоход не показан). Удаление продуктов горения происходит через внутреннюю трубу коаксиального дымохода.
Главный теплообменник 2 служит для передачи теплоты от сгорания газа к отопительной воде, циркулирующей с помощью насоса 15. Контрольный датчик 3 служит для определения температуры нагрева циркулирующей воды и передачи сигнала на блок 5. На основании значения температуры, определяемой датчиком 3, блок 5 включает в работу котел за исключением аварийных ситуаций, при которых предусмотрено только ручное включение.
Газовая горелка 4 с электрозапальником 24 и механизмом перемещения 25 служит для подачи топливного газа в зону горения, обеспечивает воспламенение смеси топливного газа с воздухом при пуске. Механизм перемещения 25 по команде блока 5 перемещает запальник после появления пламени и этим предупреждает обгорание электрозапальника 24 за счет высокой температуры продуктов горения.
Компьютеризированный блок программного управления 5 выдает комплексные команды на исполнительные механизмы котла на основе сигналов с датчиков температуры 3 и давления 10 с возможностью одновременного выполнения команд технологических операций очистки от загрязнений входного отверстия датчика давления 10 отопительной воды путем включения насоса продувки 26 с удалением загрязненой воды и загазованной воды путем открытия электроуправляемого сбросного вентиля 30 и восполнения потерь сброшенной воды с помощью включения подпиточного насоса 22 для подачи чистой воды из бака 23.
Датчик 6 протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения служит для контроля наличия необходимого давления воды для открытия вентиля 31 и подачи отопительной воды во вторичный теплообменник 14. При этом запорный электромагнитный клапан 9 закрывается до момента наступления отсутствия потребности в горячей воде у потребителя.
Датчик температуры 8 служит для контроля температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения. При достижении необходимой температуры по сигналу с датчика 8, передаваемому на блок 5, происходит закрытие клапана 31 перед вторичным теплообменником 14.
Запорный электромагнитный клапан 9 служит для закрытия контура отопления при открытии клапаном 31 контура вторичного теплообменника 14 в соответствии с сигналом от блока 5.
Датчик давления отопительной воды 10 служит для измерения давления в системе отопления, развиваемого циркуляционным водяным насосом 15.
Датчик работы вентилятора 11 предназначен для контроля давления в камере сгорания. Автоматический выпускной клапан 12 предназначен для удаления воздуха из отопительной воды. Предохранительный клапан 13 служит для отключения водяного насоса 15 при превышении давления циркуляционной отопительной воды в системе отопления.
Вторичный теплообменник 14 служит для подогрева воды для горячего водоснабжения. Водяной насос 15 обеспечивает циркуляцию воды в системе отопления.
Напорная 16 и возвратная 17 трубы контура отопительной воды служат для отвода и приема воды, циркулирующей в системе отопления при помощи насоса 15.
Трубы 19 и 18 служат для повода холодной воды для нагрева и подачи ее после нагрева в систему горячего водоснабжения потребителям.
Труба подпитки 20 служит для восполнения потерь воды в системе отопления. Обратный клапан 21, подпиточный насос 22 с баком 23 обеспечивают функционирование подпитки в системе отопления.
Электрозапальник 24 с механизмом перемещения 25 служат для воспламенения газообразного топлива, подаваемого в горелку 4.
Насос продувки 26 служит для подачи воды из бака 23 по трубе 32 через сопло 27 на продувку входного отверстия датчика давления 10 при снижении сигнала с датчика подаваемого на блок 5 и предотвращения аварийного длительного отключения котла и, как следствие, замораживания системы отопления. Вследствие этого достигается положительный технический результат, по сравнению с известным котлом.
Обратный клапан продувочной трубы 28 служит для предотвращения обратного истечения продувочной воды из сопла 27 в насос 26 и в бак 23.
Сбросный вентиль 30 при аварийном повышении давления с ростом температуры служит для удаления через сбросную трубу 29 излишней воды с загрязнениями и газовыми включениями из напорной трубы 16 в отстойник, расположенный вне циркуляционного контура котла (на фиг. отстойник не показан). При этом предотвращается аварийное длительное отключение котла и замораживание труб системы отопления и достигается положительный технический результат по сравнению с известной конструкцией.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При включении котла при подсоединенных к отопительным приборам трубам 16 и 17 для подачи и возврата отопительной воды по сигналу с компьютеризированного программного блока управления 5 включается вентилятор 1 и водяной насос 15, последовательно открываются электромагнитные вентиль 7 и клапан 9, производится поджиг электрозапальником 24 газа на выходе горелки 4. За счет сгорания газа нагревается отопительная вода в главном теплообменнике 2.
Продукты сгорания выбрасываются вентилятором 1 через внутреннюю трубу коаксиального дымохода (на фиг. 1 дымоход не показан) в наружу отапливаемого здания. Одновременно вентилятором 1 через наружную коаксиальную трубу дымохода (на фиг. труба не показана) засасывается свежий воздух, подаваемый на горение. Контуры движения свежего воздуха и отвода дымовых газов внутри главного теплообменника 2 условно не показаны.
Нагретая отопительная вода под давлением водяного насоса 15 через трубу 16 подается к отопительным приборам, после которых через трубу 17 возвращается обратно для нагрева в главный теплообменник 2.
При открытом водоразборном кране горячей воды у потребителя в соответствии с сигналом от датчика протока 6 закрывается запорный электромагнитный клапан 9 на трубе 16 и открывается клапан 31 вторичного теплообменника 14. По трубе 19 поступает холодная вода для подогрева во вторичный теплообменник 14. По трубе 18 нагретая вода поступает на горячее водоснабжение потребителей.
При прекращении потребления горячей воды давление в трубе 18 возрастает и по сигналу с датчика 6 блоком 5 подается команда на открытие клапана 9 и закрытие клапана 31.
При необходимости добавления воды в отопительный контур из-за утечек ее у потребителя датчик давления 10 выдает сигнал в блок 5, который подает команду на включение подпиточного насоса 22 подающего из бака 23 необходимое количество воды, подача которой прекращается по сигналу с предохранительгого клапана 13.
При циркуляции отопительной воды через напорную трубу 16 происходит периодическое засорение входного отверстия датчика давления 10 механическими примесями и выделяющимися из воды при нагреве минеральными веществами, что приводит к отсутствию сигнала о величине давления в блоке 5.
Для предотвращения аварийного отключения котла при снижении и отсутствии сигнала с датчика 10 в заявляемой конструкции по компьютерной программе с опережением наступления аварийной ситуации с блока 5 подается команда на включение насоса продувки 26, с помощью которого через сопло 27 по трубе 32 из бака 23 подается струя воды для очистки входного отверстия датчика давления 10. Входное отверстие датчика 10 при этом очищается и котел продолжает нормально функционировать. Этим достигается положительный технический результат, достигаемый в заявляемой конструкции по сравнению с известной конструкцией, заключающийся в предотвращении аварийного отключения котла, так как повторное включение котла в работу возможно только в ручном режиме, а не в автоматическом. Длительное пребывание котла в отключенном состоянии в зимнее время приводит к замерзанию воды в системе отопления и выходу ее из строя с материальными потерями на длительное время.
Излишняя вода с примесями после продувки в заявляемой конструкции сбрасывается по компьютерной команде путем открытия электроуправляемого сбросного вентиля 30 через сбросную трубу 29 в отстойник вне отопительного контура (на фиг. 1 отстойник не показан).
При повышении давления регистрируемого датчиком 10 в напорной трубе 16 вследствие выделения воздуха и газов из воды при ее нагреве в теплообменнике 2, на основании электрического сигнала датчика 10 блок 5 по компьютерной программе, с опережением ситуации аварийного выключения котла, выдает команду на открытие электроуправляемого вентиля 30, через который вода с избыточным газосодержанием сбрасывается из напорной трубы 16 через сбросную трубу 29 в отстойник.
Этим предупреждается длительное аварийное выключение котла и замораживанием отопительной системы в зимнее время и достигается положительный технический результат заявляемой конструкции по сравнению с известным котлом.
Восполнение количества сброшенной в отстойник загрязненной и загазованной воды происходит одновременно путем подачи свежей воды из бака 23 за счет включения по компьютерной команде подпиточного насоса 22.