установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения

Формула изобретения

Установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник с пакетом пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа и выполненных из профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что между газовым коллектором и камерой сгорания в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, размещен сопловой блок из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором между собой, в верхней части которых выполнены сквозные продольные пазы, а торцы или один торец элементов расположены с возможностью забора наружного воздуха, между пластинчатыми секциями установлены перегородки, в которых выполнены окна с турбулизаторами, причем теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами, а канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике малой мощности и может быть использовано для децентрализованного отопления и/или горячего водоснабжения жилых зданий и помещений производственного назначения.

Как известно, в настоящее время проводятся работы по совершенствованию установок для водяного отопления и горячего водоснабжения, работающих на газовом топливе, направленное на повышение коэффициента полезного действия и увеличение полноты сгорания газовоздушной смеси.

Известна конструкция установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения по патенту РФ № 2018771, F 24 D 3/08, опубл. 30.08.94, содержащая газовый генератор тепла, сообщенный с дымовой трубой посредством корпуса-газохода, в котором последовательно по ходу движения теплового потока установлены начальный теплообменник, средний теплообменник, конденсатосборник и конечный теплообменник, при этом теплообменники выполнены в виде пакета секций, расположенных вдоль потока нагретого газа с зазором между соседними секциями и снабженных каналами для прокачки циркулирующего потока нагреваемой жидкости, входы и выходы которых соединены соответствующими коллекторами пакетов.

Такая установка осуществляет нагрев теплоносителя, но не обеспечивает требуемые технико-экономические показатели и надежность при эксплуатации из-за сложности конструкции и трудоемкости при изготовлении.

Таким образом задачей данного технического решения являлось осуществление нагрева теплоносителя.

Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией установки является наличие корпуса, газового генератора тепла, теплообменника, расположенного по ходу движения потока нагретого газа, выполненного в виде пакета секций, установленных с зазором между соседними секциями и снабженных каналами для прокачки циркулирующего потока нагреваемой жидкости, входы и выходы которых соединены соответствующими коллекторами пакетов.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения по патенту РФ № 2127853, F 24 D 3/08, опубл. 20.03.99 (принятая авторами за прототип), содержащая корпус, в котором расположены газовый генератор тепла, включающий в себя камеру сгорания с контуром охлаждения и газовый коллектор, первый и второй теплообменники, а также конденсатосборник, при этом каждый из указанных теплообменников выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных с образованием зазора между соседними секциями и расположенных вдоль движения основного теплового потока в корпусе установки, причем каждая секция теплообменника состоит из двух профилированных металлических листов, герметично соединенных между собой с образованием зигзагообразного канала, служащего для прохождения теплоносителя между листами, движение которого между секциями осуществляется по трубам-распределителям, кроме того, между каждой парой пластин по бокам пакета установлены закладные элементы.

Такая конструкция установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения позволяет обеспечить нагрев теплоносителя.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной установки, принятой за прототип, относятся технологическая сложность ее изготовления и большая металлоемкость, обусловленные наличием конденсатосборника, двух теплообменников с закладными элементами и трубами-распределителями и камеры сгорания с водяным охлаждением, а также высокое гидравлическое сопротивление в теплообменниках ввиду их большой протяженности.

Таким образом задачей данного технического решения (прототипа) являлось повышение надежности работы и упрощение конструкции установки.

Общими признаками с предлагаемой авторами установкой являются корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник с пакетом пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа, выполненных из профилированных металлических листов и скрепленных между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя.

В отличие от прототипа в предлагаемой авторами установке для водяного отопления и/или горячего водоснабжения между газовым коллектором и камерой сгорания, в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, размещен сопловой блок из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором между собой, в верхней части которых выполнены сквозные продольные пазы, а торцы или один торец элементов расположены с возможностью забора наружного воздуха, между пластинчатыми секциями установлены перегородки, в которых выполнены окна с турбулизаторами, причем теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами, а канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты во всех случаях, достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных и технико-экономических характеристик установки за счет обеспечения эффективного сгорания газа с повышенным коэффициентом избытка окислителя, принудительного перемешивания продуктов сгорания посредством турбулизаторов, собственного охлаждения путем формирования воздушной завесы, а также охлаждения теплонапряженных элементов конструкции за счет съема тепла и отвода его за пределы теплообменника.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной установке для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащей корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник с пакетом пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа и выполненных из профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя, особенность заключается в том, что между газовым коллектором и камерой сгорания, в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, размещен сопловой блок из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором между собой, в верхней части которых выполнены сквозные продольные пазы, а торцы или один торец элементов расположены с возможностью забора наружного воздуха, между пластинчатыми секциями установлены перегородки, в которых выполнены окна с турбулизаторами, причем теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами, а канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами.

Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- размещения между газовым коллектором и камерой сгорания, в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, соплового блока из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором между собой обеспечить собственное охлаждение и охлаждение теплонапряженных стенок камеры сгорания;

- выполнения в верхней части трубчатых элементов сквозных продольных пазов и расположения торцев или одного торца элементов с возможностью забора наружного воздуха обеспечить подмешивание вторичного воздуха до оптимальной величины избытка окислителя и создать вблизи стенок камеры сгорания воздушную завесу, препятствующую нагреву стенок камеры сгорания;

- размещения между пластинчатыми секциями перегородок, в которых выполнены окна с турбулизаторами, обеспечить перемешивание продуктов сгорания, изменение направления их движения к пластинчатым секциям и последующее дожигание газовоздушной смеси в каналах теплообменника;

- снабжения теплообменника вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами обеспечить съем тепла с теплонапряженных частей теплообменника и отвод его за пределы теплообменника.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник с пакетом пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа и выполненных из профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя, в отличие от прототипа, согласно изобретению между газовым коллектором и камерой сгорания, в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, размещен сопловой блок из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором, в верхней части которых выполнены сквозные продольные пазы, а торцы или один торец элементов расположены с возможностью забора наружного воздуха, между пластинчатыми секциями установлены перегородки, в которых выполнены окна с турбулизаторами, причем теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами, а канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, на фиг.2, 3 и 4 - теплообменник (вид спереди, сбоку и сверху соответственно), на фиг.5 - пластинчатая секция (вид сверху), на фиг.6, 7 и 8 - перфорированный лист (вид спереди, сбоку и сверху соответственно), на фиг.9, 10 и 11 - газовый генератор тепла (вид спереди, сбоку и сверху соответственно), на фиг.12 - различные варианты конструкции элементов трубчатой формы.

Предлагаемая установка содержит корпус 1, в котором размещены газовый генератор тепла 2 и теплообменник 3, выполненный в виде пакета пластинчатых секций 4, установленных с зазором h между соседними секциями 4 и расположенных вдоль движения теплового потока в корпусе 1, каждая секция 4 состоит из двух профилированных металлических листов 5, герметично соединенных между собой с образованием зигзагообразного канала 6 для прохода теплоносителя, при этом в профилированных металлических листах 5, образующих каждую секцию 4 теплообменника 3, в верхней и нижней частях выполнены осесимметричные выступы 7 с отверстием d для прохода теплоносителя, кроме того, каждый профилированный лист 5 имеет отбортовки 8, закрывающие доступ воздуха в теплообменник 3 с боков, причем в верхней части теплообменника 3, по всей его ширине, между секциями 4 установлены перегородки 9, в которых выполнены окна с турбулизаторами 10 с отклонением поверхностей на угол + и - от вертикали. Газовый генератор тепла 2 состоит из газового коллектора 11 с рядом форсунок 12, коллектора 13, соплового блока 14 с элементами трубчатой формы 15 или 16 (элемент 15 наиболее полно отвечает требованиям чистоты сгорания газовоздушной смеси, а элемент 16 - наиболее прост при изготовлении), имеющими сквозные продольные пазы b для подачи вторичного воздуха в камеру сгорания 17, а между элементами трубчатой формы 15 (16) предусмотрены зазоры k для прохода первичной газовоздушной смеси в камеру сгорания 17, образованную стенками 18 и 19, причем крайние элементы трубчатой формы 20 и 21 плотно прилегают к стенкам 19 камеры сгорания 17, препятствуя прохождению газовоздушной смеси, а продольные щели b в них создают воздушную завесу для стенок 19.

Вышеописанная установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения работает следующим образом.

Горючий газ, находящийся под избыточным давлением, подают из системы газоснабжения в газовый коллектор 11 газового генератора тепла 2, установленного в корпусе 1, затем через форсунки 12 в коллектор 13 с инжектированием окружающего воздуха, полученная газовоздушная смесь перемешивается в коллекторе 13, проходит через зазоры k между элементами трубчатой формы 15 (16) соплового блока 14 в камеру сгорания 17, где и осуществляется процесс сгорания, при этом через сквозные продольные пазы b элементов 15 (16) подмешивают вторичный воздух до оптимальной величины избытка окислителя, кроме того, обеспечивают охлаждение соплового блока 14 и теплонапряженных стенок 18 камеры сгорания 17, а посредством продольных пазов b крайних труб 20 и 21 создают вблизи стенок 19 камеры сгорания 17 воздушную завесу, препятствующую нагреву стенок 19, далее продукты сгорания подают в теплообменник 3, где происходит обмен тепловой энергией между продуктами сгорания и теплоносителем, который подают от тепловой нагрузки через верхнее отверстие d в выступе 7 и далее по герметичным зигзагообразным каналам 6 пластинчатых секций 4, образованных профилированными металлическими листами 5 с отбортовками 8, к нижнему отверстию d в выступе 7 на выход из теплообменника 3 к тепловой нагрузке, причем продукты сгорания поднимаются по зазорам h вдоль пластинчатых секций 4 и перегородок 9, установленных между ними в верхней части теплообменника 3 по всей его ширине по ходу потока продуктов сгорания, с выполненными в них окнами с турбулизаторами 10, посредством которых осуществляется перемешивание продуктов сгорания и тем самым обеспечивается их более полное догорание, а также улучшение передачи тепла пластинчатым секциям 4 и далее теплоносителю, а затем продукты сгорания, охлаждаясь в теплообменнике 3, установленном в корпусе 1, поступают в вытяжную систему.

Выполнение установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения в соответствии с изобретением позволяет повысить эксплуатационные и технико-экономические характеристики установки, технологичность изготовления, снизить металлоемкость и упростить конструкцию, что обеспечивает достижение положительного эффекта, состоящего в создании скоростной установки мощностью до 100 кВт с кпд до 100% по низшей теплоте сгорания, а также ее безопасное и надежное функционирование и экологическую чистоту класса "Голубой ангел".

Эксплуатационные характеристики такой установки улучшаются в 1,2-1,3 раза, а технико-экономические характеристики повышаются в 1,05-1,1 раза.

Изобретение может быть использовано для децентрализованного отопления и/или горячего водоснабжения жилых зданий и помещений производственного назначения.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов установки, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана документация, проведены государственные испытания, намечено серийное производство.