Водогрейный котел
Полезная модель относится к отопительной технике и может быть использована для отопления жилых и других помещений, а также для горячего водоснабжения. Суть полезной модели: Водогрейный котел, содержащий корпус и топочную камеру, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, кроме того, котел включает конвекционную камеру, расположенную в целом выше топочной камеры, и соединенную с ней посредством газохода, рабочий дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, и пусковой дымоход, расположенный в верхней части конвекционной камеры, а между газоходом и горелочным устройством расположен водяной резервуар, соединенный с водяной рубашкой. Конструкция котла обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу в теплообменник элементах благодаря увеличению площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива, позволяет снизить температуру выходящих газов и достичь значительного повышения коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.
Полезная модель относится к отопительной технике и может быть использована для отопления жилых и других помещений, а также для горячего водоснабжения.
Известно водогрейное устройство (аппарат отопительный), содержащий корпус, выполненный в виде цельносваренной металлической конструкции прямоугольной формы, топочную камеру, газогорелочное устройство, дымоход и патрубки подвода и отвода воды (см. Аппарат отопительный АОТГ-16. Руководство по эксплуатации АОТГ 16.00.000 РЭ. МП «Маяк», г. Змиев, Харьковской обл., 1997 г). Между топочной камерой и стенками корпуса образована водяная рубашка. Боковые стенки и верхняя часть корпуса облицованы стальным листом, топочная камера отделена разделительным листом. Газогорелочное устройство с автоматикой регулирования размещено в прорези на панели дверцы, которая расположена на передней стенке корпуса устройства.
Недостатком данного устройство является низкий коэффициент полезного действия, обусловленный большим объемом топочной камеры и небольшой поверхностью площади теплообмена, которая не позволяет полностью забирать тепло. В результате этого большая часть тепла уходит вместе с дымовыми газами. Кроме того, устройство является габаритным и металлоемким. Уменьшение габаритов устройства приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия.
Наиболее близким к заявляемому решению является водогрейный котел, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус и топочную камеру, водяную
рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной 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 H 1/24, опубл. 26.06.2000 г.). Рабочий дымоход размещен в верхней части корпуса в противоположных по длине топочной камеры крайних ее частях. Причем газоход образован несколькими направляющими перегородками, которые установлены вертикально поперек движению продуктов сгорания, образуя каналы для их прохода попеременно с задней и передней стенками. Благодаря такому расположению направляющих перегородок улучшается теплообмен.
Однако данный котел имеет недостатки, обусловленные тем, что теплообмен возрастает незначительно вследствие того, что теплопередача 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. Кроме того, уменьшение габаритных размеров котла приводит к резкому снижению коэффициента полезного действия.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования водогрейного котла, в котором путем увеличения площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива достигается значительное повышение коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.
Поставленная задача решается тем, что в известном водогрейном котле, содержащем корпус и топочную камеру, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, согласно полезной модели имеет конвекционную камеру, расположенную в
целом выше топочной камеры, и соединенную с ней посредством газохода, рабочий дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, и пусковой дымоход, расположенный в верхней части конвекционной камеры, а между газоходом и горелочным устройством расположен водяной резервуар, соединенный с водяной рубашкой.
Кроме того, водяной резервуар имеет нижнюю поверхность, расположенную горизонтально в зоне высоких температур.
Кроме того, водяной резервуар имеет верхнюю поверхность, выполненную наклонно.
Предпочтительно, когда конвекционная камера включает водяные полости, расположенные зигзагообразно.
Целесообразно, когда направляющая перегородка газохода выполнена в виде водяной полости.
Наибольшая эффективность передачи тепла от продуктов сгорания топлива и от очага сгорания топлива достигается при условии размещения теплообменных элементов в зоне высоких температур. Эта зона расположена в топочной камере над горелочным устройством. Размещение такого теплообменного элемента, как водяной резервуар, непосредственно между газоходом и горелочным устройством позволяет эффективно отбирать тепло, так как таким образом обеспечивается увеличение площади конвективного теплообмена в результате того, что поверхность резервуара отбирает тепло и от горелочного устройства, и от газохода. Кроме того, максимально передача тепла от горелочного устройства к теплообменному элементу происходит при расположении нижней поверхности резервуара горизонтально в зоне высоких температур. Циркуляция воды в резервуаре обеспечивается тем, что резервуар соединен с водяной рубашкой, что также оказывает положительное влияние на теплообмен. При этом выполнение верхней поверхности водяного резервуара наклонной улучшает циркуляцию теплоносителя.
Благодаря наличию в котле конвекционной камеры, расположенной в целом выше топочной камеры, образуется значительный объем для циркуляции
продуктов сгорания топлива. В результате этого увеличивается период ротации продуктов сгорания в котле, улучшается циркуляция теплоносителя и увеличивается время теплопередачи. Кроме того, в зоне потолочной стенки конвекционной камеры образуется еще одна зона высоких температур. Размещение теплообменных элементов, таких как водяные полости, в конвекционной камере позволяет эффективно осуществлять теплообмен и отбирать тепло из зоны высокой температуры. Расположение водяных полостей зигзагообразно улучшает циркуляцию воды и также способствует лучшему теплообмену.
Кроме того, возможно изменение габаритов котла без существенного изменения коэффициента полезного действия. Это достигается в результате того, что при изменении размеров конвекционной камеры и высоты котла можно варьировать количеством водяных полостей, расположенных в конвекционной камере.
Выполнение направляющей перегородки, образующей газоход в виде водяной полости, позволяет дополнительно увеличить площадь конвективного теплообмена.
Размещение рабочего дымохода в нижней части корпуса способствует тому, что горячие продукты сгорания топлива, поднимаясь вверх в топочной камере и далее в конвекционной камере, не уходят через дымоход, расположенный в верхней части корпуса, а опускаются вниз, отдавая тепло водяным полостям и водяной рубашке. Это происходит в результате того, что после достижения рабочей температуры в котле, выход продуктов сгорания через пусковой дымоход, расположенный в верхней части корпуса, перекрывается заслонкой. Продукты сгорания, поднявшиеся по наклонно расположенному газоходу вверх к потолочной стенке конвекционной камеры, отдают тепло водяным полостям и водяной рубашке, в результате чего плотность продуктов сгорания увеличивается, продукты сгорания охлаждаются и опускаются вниз, а затем отводятся по рабочему дымоходу. Таким образом, обеспечивается турбулизация потока газообразных продуктов сгорания
топлива. При этом встречное движение продуктов сгорания сверху вниз и теплоносителя снизу вверх позволяет снизить температуру продуктов сгорания на выходе из котла практически до температуры теплоносителя на входе котла.
Таким образом, предложенная конструкция водогрейного котла позволяет увеличить площадь конвективного теплообмена и турбулизацию газообразных продуктов сгорания топлива и обеспечивает значительное повышение коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости 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, имеющую нижнюю часть 3, конвекционную камеру 4, расположенную в целом выше топочной камеры 2, горелочное устройство 5, расположенное в нижней части 3 топочной камеры 2, при этом конвекционная камера 4 имеет потолочную 6, вертикальные боковые 7, 8, переднюю 9 и заднюю 10 стенки, водяную рубашку 11, которая образована стенками корпуса 1, стенками топочной камеры 2 и стенками конвекционной камеры 4, патрубок подвода холодной воды 12, расположенный в нижней части корпуса 1, и патрубок отвода горячей воды 13, расположенный в верхней части корпуса 1, при этом патрубки обеспечивают подключение котла в систему отопления, водяной резервуар 14, обеспечивающий увеличение площади конвективного теплообмена и установленный между газоходом 15 и горелочным устройством 5, причем конвекционная камера 4 соединена посредством газохода 15 с топочной камерой 2, а газоход 15 образован направляющей перегородкой 16, выполненной в виде водяной полости из листовой стали, которая соединена с водяной рубашкой 11, при этом газоход 15 соединен также с пусковым дымоходом 17, расположенным в верхней части корпуса 1 и предназначенным для запуска котла и с рабочим дымоходом 18, расположенным над патрубком подвода воды 12 в нижней части корпуса 1, водяные полости 19,
расположенные зигзагообразно в конвекционной камере 4, обеспечивающие дополнительную теплоотдачу, и которые соединены с водяной рубашкой 11, поддон 20, расположенный в нижней части корпуса 1, и дверцу 21, расположенную в верхней части котла и обеспечивающую доступ ко всем элементам котла при очистки его от золы и сажи, заслонок 22, 23, расположенные в дымоходах 17 и 18 соответственно, и открывающие или закрывающие при необходимости дымоходы.
Водогрейный котел работает таким образом.
Топливо подается при помощи горелочного устройства 5 в топочную камеру 2 и поджигается. При этом заслонки 22 и 23 в дымоходе 17 и 18 предварительно открываются. При достижении рабочей температуры в котле заслонка 22 закрывается, перекрывая выход продуктов сгорания через пусковой дымоход 17. При этом над горелочным устройством 5 образуется зона высоких температур, под действием которых в резервуаре 14 в основном в нижней его части происходит нагрев теплоносителя. Нагретый теплоноситель расширяется, плотность его уменьшается, и он устремляется в верхнюю часть водяной рубашки 11. При этом часть тепловой энергии остается в продуктах сгорания, которые поступают в газоход 15 и далее в конвекционную камеру 4. Проходя по газоходу 15, часть тепла отбирается направляющей перегородкой 16, которая выполнена в виде водяной полости, что позволяет дополнительно увеличить площадь конвективного теплообмена. Полость направляющей перегородки соединена с водяной рубашкой 11, что создает циркуляцию теплоносителя. Пройдя газоход 15, горячие продукты сгорания топлива устремляются в конвекционную камеру 4. В зоне потолочной стенки конвекционной камеры 4 образуется зона высоких температур. Передача тепла от этой зоны происходит через потолочную стенку 6 к водяной рубашке 11 и водяным полостям 19, расположенным в конвекционной камере 4. В верхней части водяной рубашки 11 теплоноситель, нагретый в водяном резервуаре 14, в направляющей перегородке 16, в водяных полостях 19 конвекционной камеры 4, перемешивается и далее поступает через патрубок 13 в отопительную
систему. Продукты сгорания топлива, потеряв тепловую энергию и увеличив при этом плотность, постепенно вытесняются в нижнюю часть конвекционной камеры 4, создавая турбулизацию потока, и выходят через дымоход 18. В нижней части конвекционной камеры 4 происходит дальнейший теплообмен между встречными потоками, теряющими температуру продуктами сгорания и постепенно нагревающейся обратной водой, вновь поступившей из отопительной системы.
Горелочное устройство обеспечено автоматической регулировкой режимов работы.
Таким образом, предложенная конструкция водогрейного котла обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу в теплообменных элементах благодаря увеличению площади конвективного теплообмена и турбулизации потока газообразных продуктов сгорания топлива, позволяет снизить температуру выходящих газов и достичь значительного повышения коэффициента полезного действия при сокращении материальных затрат и металлоемкости котла.
1. Водогрейный котел, содержащий корпус и топочную камеру, водяную рубашку, которая снабжена патрубками подвода холодной и отвода горячей воды, рабочий дымоход, а также сообщающийся с ним газоход, образованный направляющей перегородкой, при этом топочная камера имеет горелочное устройство, отличающийся тем, что имеет конвекционную камеру, расположенную в целом выше топочной камеры, и соединенную с ней посредством газохода, рабочий дымоход, расположенный в нижней части конвекционной камеры, и пусковой дымоход, расположенный в верхней части конвекционной камеры, а между газоходом и горелочным устройством расположен водяной резервуар, соединенный с водяной рубашкой.
2. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что водяной резервуар имеет нижнюю поверхность, расположенную горизонтально в зоне высоких температур.
3. Водогрейный котел по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что водяной резервуар имеет верхнюю поверхность, выполненную наклонно.
4. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что конвекционная камера включает водяные полости, расположенные зигзагообразно.
5. Водогрейный котел по п.1, отличающийся тем, что направляющая перегородка газохода выполнена в виде водяной полости.
