ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ

Полезная модель относится к отопительной технике и может быть использована для отопления жилых и других помещений, а также горячего водоснабжения.
Известен водогрейный котел, содержащий корпус и топочную камеру, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной воды и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство (см. Патент Российской Федерации №2187766 МПК F 24 Н 1/24 опубл. 26.06.2000 г.). Рабочий дымоход размещен в верхней части корпуса в противоположных по длине топочной камеры ее частях. Причем газоход оборудован несколькими направляющими перегородками, которые установлены вертикально поперек движению продуктов сгорания, образуя каналы для их прохода попеременно с задней стенки и передней стенками. Благодаря такому расположению направляющих перегородок улучшается теплообмен.
Однако данный котел имеет недостаток, обусловленный тем, что теплообмен возрастает незначительно, вследствие того, что теплоотдача идет от продуктов сгорания к небольшой поверхности теплообмена, а значительная часть тепла уходит через дымоход с дымовыми газами. При этом водяная рубашка, несмотря на значительный объем, имеет небольшую площадь конвективного теплообмена, что не позволяет значительно увеличить
коэффициент полезного действия, а уменьшение габаритов котла приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия.
7
Близким к заявленному решению является водогрейный котел, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус, топочную и конвенционную камеру, водяную рубашку, снабженную патрубками для подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий и пусковой дымоходы, а также сообщающийся с ними газоход, образованный направляющей перегородкой, водяной резервуар, соединенный с водяной рубашкой (см. Декларационный патент Украины на полезную модель №4595 MПK F 24 H 1/00 опубликован 17.01.2005 в бюллетене №1). Недостатками указанного котла являются большие материальные затраты и малый срок эксплуатации из-за сложной цельнометаллической конструкции теплообменника.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования водогрейного котла путем использования разъемных унифицированных секций теплообменника, которые можно изготавливать как литьем, так и любым другим способом.
Поставленная задача решается тем, что водогрейный котел, содержащий корпус, топочную камеру и расположенную выше нее конвекционную камеру, сообщающийся с камерами газоход, образованный передней и боковыми стенками корпуса, пусковой дымоход, расположенный в верхней части конвекционной камеры и рабочий дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, в соответствии с полезной моделью имеет конструктивно отдельный, расположенный в конвекционной камере теплообменник, состоящий из типовых секций - водяных полостей, расположенных зигзагообразно, с патрубками подвода холодной и отвода горячей воды.
Кроме того, вместо водяного резервуара, имеющего нижнюю поверхность, расположенную горизонтально в зоне высоких температур, используется нижняя поверхность теплообменника.
Наибольшая эффективность передачи тепла от очага сгорания топлива и его продуктов достигается при условии размещения элементов теплообменника в зоне высоких температур. Эти зоны расположены в топочной камере над горелочным устройством и в верхней части конвекционной камеры. Размещение нижней части теплообменника непосредственно над горелочным устройством в зоне сгорания топлива, а верхней части в потолочной части конвекционной камеры в зоне накопления горячих продуктов вследствие конвекции позволяет наиболее полно отбирать тепло от сгорания газа в котле. Кроме того, максимально передача тепла от зон высоких температур к теплоносителю происходит из-за того, что элементы теплообменника расположены горизонтально лишь с небольшим уклоном для обеспечения циркуляции теплоносителя и исключения застойных зон.
Благодаря наличию в котле конвекционной камеры, расположенной выше топочной, образуется значительный объем для циркуляции продуктов сгорания, в результате этого увеличивается период ротации продуктов сгорания в котле, а значит время теплопередачи.
Размещение водяных полостей теплообменника зигзагообразно улучшает турбулизацию теплоносителя.
Размещение рабочего дымохода в нижней части конвекционной камеры способствует тому, что горячие продукты сгорания, поднявшись в верхнюю часть конвекционной камеры, не уходят через дымоход, расположенный в верхней части корпуса, а опускаются вниз, отдавая тепло водяным полостям теплообменника, что происходит в результате того, что после достижения рабочей температуры в котле и образования устойчивой тяги, выход продуктов сгорания через пусковой дымоход, расположенный в верхней части корпуса, перекрывается заслонкой. Продукты сгорания, поднявшиеся вверх к топочной стенке конвекционной камеры, отдают тепло верхней части теплообменника, в результате чего плотность продуктов сгорания увеличивается и продукты сгорания постепенно отдавая тепло теплообменнику опускаются вниз, вытесняемые более легкими горячими продуктами сгорания, и отводятся по
рабочему дымоходу, таким образом, обеспечивается турбулизация продуктов сгорания. При этом встречное движение продуктов сгорания сверху вниз и теплоносителя снизу вверх и позволяет снизить температуру продуктов сгорания на выходе котла практически до температуры теплоносителя на входе котла.
Сущность предложенной полезной модели поясняется на чертежах, где на фиг.1 представлен общий вид водогрейного котла, на фиг.2 вид А-А фиг.1, на фиг.3 вид Б-Б фиг.2.
Водогрейный котел содержит корпус 1, топочную камеру 2, нижнюю стенку 3 корпуса 1 с отверстиями для прохождения воздуха к горелочному устройству, конвекционную камеру 4, расположенную выше топочной камеры 2, горелочное устройство 5, расположенное в нижней части топочной камеры 2, при этом корпус 1 имеет потолочную 6, вертикальные боковые 7, 8, переднюю 9 и заднюю 10 теплоизолирующие стенки, теплообменник 11, состоящий из типовых секций 12 (водяных полостей), соединенных между собой резьбовыми муфтами (например), патрубок холодной воды 13, расположенный в нижней части теплообменника 11, патрубок горячей воды 14, расположенный в верхней части теплообменника 11, при этом патрубки обеспечивают подключение котла в систему отопления, перегородку 15, отделяющую совместно с нижним типовым элементом 12 теплообменника топочную камеру 2 от конвекционной камеры 4, газохода 16, образованного передней и боковыми стенками конвекционной камеры 4 и передней частью теплообменника, при этом газоход 16 соединен с топочной камерой 2 и через пространство теплообменника с пусковым дымоходом 17, предназначенным для запуска котла и расположенным в верхней части корпуса 1 и с рабочим дымоходом 18, расположенным над патрубком подвода воды 13, заслонок 19 и 20, расположенные в дымоходах 17, 18 соответственно и открывающие или закрывающие при необходимости дымоходы, при этом боковые стенки 7, 8 выполняются съемными для обеспечения доступа ко всем элементам котла при удалении золы и сажи.
Водогрейный котел работает таким образом. Топливо подается при помощи горелочного устройства 1 в топочную камеру 2 и поджигается, при этом заслонки 20 и 21 в дымоходах 17 и 18 открыты. При достижении рабочей температуры в котле заслонка 20 закрывается, перекрывая выход продуктов сгорания через пусковой дымоход 17. при этом над горелочным устройством образуется зона высоких температур, под действием которых в нижней водяной полости 12 теплообменника 11 происходит нагрев теплоносителя, нагретый теплоноситель расширяется, плотность его уменьшается и он устремляется в верхнюю часть теплообменника. Часть тепловой энергии остается в продуктах сгорания, которые устремляются в верхнюю часть конвекционной камеры 4 вдоль наклонной поверхности нижней части теплообменника 11 и через газоход 16. В верхней части конвекционной камеры 4 образуется еще одна зона высоких температур. Теплоноситель, подогретый в нижней и средней части теплообменника 11, окончательно разогретый в верхней части теплообменника поднимается вверх через патрубок 14 в отопительную систему. Продукты сгорания топлива, потеряв энергию и увеличив при этом плотность, опускаются вниз, вытесняемые вновь поступающими в конвекционную камеру горячими продуктами сгорания, и выходят через дымоход 18. Таким образом в средней и нижней части конвекционной камеры 4 происходит дальнейший теплообмен между теряющими температуру и опускающимися вниз продуктами сгорания, и постепенно нагревающимся, поднимающимся вверх теплоносителем, поступающим из отопительной системы. Горелочное устройство обеспечено автоматической регулировкой режимов работы.
Предложенная конструкция водогрейного котла позволяет использовать унифицированные секции теплообменника, которые можно изготавливать как литьем, так и любым другим способом. При проектировании котлов разной мощности используется разное количество унифицированных секций теплообменника, что очень удобно в производстве. Для производства можно использовать более дешевый и устойчивый к коррозии металл-чугун. При этом обеспечивается наиболее эффективная теплопередача в теплообменнике
благодаря чрезвычайно выгодному соотношению горизонтальной и вертикальной площадей теплообменных поверхностей, турбулизации теплоносителя и продуктов сгорания в теплообменнике, сокращение материальных затрат и увеличение срока эксплуатации за счет использования разъемных унифицированных секций теплообменника.