аппарат для нагрева жидкости (варианты)

Формула изобретения

1. Аппарат для нагрева жидкости, содержащий водяной бак, теплообменник, имеющий внешний барабан с двойной стенкой, с верхней и нижней газораспределительными камерами, образованными в верхней и нижней частях двойной стенки, и с камерой дымовых газов между ними, внутренний барабан с камерой сгорания в нем, расположенный внутри внешнего барабана и с зазором относительно него, отделенную водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу, проходящую через внешний барабан, сообщающуюся с полостью водяного бака и соединенную с верхней частью отделенной водяной камеры, нижнюю соединительную трубу в нижней части отделенной водяной камеры, соединяющую ее нижнюю часть с водяным баком, вытяжную трубу в отделенной водяной камере, проходящую через указанную камеру и соединяющую камеру сгорания с газораспределительной камерой, выпускную трубу внешнего барабана, открытую наружу водяного бака, отличающийся тем, что он дополнительно содержит опорный цилиндр для горелки на боковой стенке внутреннего барабана, проходящий через внешний барабан, и отделенную водяную камеру и выступающий наружу водяной бак, съемную горелку в этом опорном цилиндре, нижняя соединительная труба отделенной водяной камеры подключена к нижней части водяного бака, вытяжная труба расположена в верхней части водяной камеры, а выпускная труба в нижней части внешнего барабана для обеспечения нисходящей тяги в камере дымовых газов двойной стенки внешнего барабана.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что нижняя соединительная труба находится в нижней части внешнего барабана.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что нижняя соединительная труба находится в выпускной трубе.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что большое число теплообменников находится в водяном баке.

5. Аппарат для нагрева жидкости, содержащий водяной резервуар и теплообменник, включающий промежуточный барабан с двойной стенкой, снабженный внешней водяной камерой, образованной между теплообменником и внешним барабаном и располагающий верхней и нижней газораспределительными камерами в верхней и нижней частях двойной стенки и образованной между ними камерой дымовых газов, внутренний барабан с камерой сгорания, расположенной внутри промежуточного барабана и с зазором относительно него, внутреннюю водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу в верхней части внутренней водяной камеры, проходящую через внутренний барабан и сообщающуюся с водяным резервуаром, нижнюю соединительную трубу в нижней части внутренней водяной камеры, вытяжную трубу во внутренней водяной камере, проходящую через указанную внутреннюю водяную камеру и соединяющую камеру сгорания с одной из газораспределительных камер, и выпускную трубу, сообщающуюся с другой газораспределительной камерой и открытую наружу, отличающийся тем, что теплообменник прикреплен к нижней части водяного резервуара разъемным соединением и снабжен внешним барабаном, образующим с промежуточным барабаном внешнюю водяную камеру, сообщающуюся с резервуаром вверху, а в нижней части - с нижней соединительной трубой внутренней водяной камеры, причем вытяжная труба расположена в верхней части последней, соединена через верхнюю распределительную камеру дымовых газов для обеспечения в последней нисходящего потока.

6. Аппарат по п.5, отличающийся тем, что в верхней части внешнего барабана находится цилиндрическая разделительная перегородка, выступающая вверх внутрь водяного резервуара.

7. Аппарат по п.5, отличающийся тем, что содержит опорный цилиндр для горелки, проходящий через отделенную водяную камеру, промежуточный барабан и внешний барабан, выступающий наружу водяного бака, и съемную горелку в этом опорном цилиндре.

8. Аппарат по п.5, отличающийся тем, что водяной резервуар в верхней или нижней частях имеет трубу для подачи воды и в верхней части - отверстие для выпуска горячей воды.

9. Аппарат по п.5, отличающийся тем, что с водяным резервуаром соединено большое число съемных теплообменников.

Приоритет по пунктам:

22.07.92 по пп.1 - 4;

11.08.92 по пп.5 - 9.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к аппарату для нагрева жидкости, в котором в водяном баке установлен теплообменник, например котел, позволяющий использовать метод восходящей и нисходящей тяги дымовых газов.

Известен аппарат для нагрева жидкости (SU, авт.св. N 94844, кл. F 24 H 1/34, 1953), содержащий водяной бак, теплообменник, имеющий внешний барабан с двойной стенкой, с верхней и нижней газораспределительными камерами, образованными в верхней и нижней частях двойной стенки, и с камерой дымовых газов между ними, внутренний барабан с камерой сгорания в нем, расположенный внутри внешнего барабана и с зазором относительно него, отделенную водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу, проходящую через внешний барабан, сообщающуюся с полостью водяного бака и соединенную с верхней частью отделенной водяной камеры, нижнюю соединительную трубу в нижней части отделенной водяной камеры, соединяющую ее нижнюю часть с водяным баком, вытяжную трубу в верхней части отделенной водяной камеры, проходящую через указанную камеру и соединяющую камеру сгорания с газораспределительной камерой, выпускную трубу внешнего барабана, открытую наружу водяного бака.

Известен аппарат для нагрева жидкости (SU, авт.св. N 94844),содержащий водяной резервуар и теплообменник, включающий промежуточный барабан с двойной стенкой, снабженный внешней водяной камерой, образованной между теплообменником и внешним барабаном, и располагающий верхней и нижней газораспределительными камерами в верхней и нижней частях двойной стенки, и образованной между ними камерой дымовых газов, внутренний барабан с камерой сгорания, расположенной внутри промежуточного барабана и с зазором относительно него, внутреннюю водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу в верхней части внутренней водяной камеры, проходящую через внутренний барабан и сообщающуюся с водяным резервуаром, нижнюю соединительную трубу в нижней части внутренней водяной камеры, соединяющую нижнюю часть этой камеры с нижней частью внешней водяной камеры, вытяжную трубу во внутренней водяной камере, проходящую через указанную внутреннюю водяную камеру и соединяющую камеру сгорания с одной из газораспределительных камер, и выпускную трубу, проходящую через внешний барабан, сообщающуюся с другой газораспределительной камерой и открытую наружу.

Однако описанные известные технические решения не обеспечивают равномерный нагрев воды, а коэффициент теплопередачи является недостаточно высоким.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение эффективного равномерного нагрева воды.

Поставленная задача решается благодаря созданию аппарата для нагрева жидкости, содержащего водяной бак, теплообменник, имеющий внешний барабан с двойной стенкой, с верхней и нижней газораспределительными камерами, образованными в верхней и нижней частях двойной стенки, и с камерой дымовых газов между ними, внутренний барабан с камерой сгорания в нем, расположенный внутри внешнего барабана и с зазором относительно него, отделенную водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу, проходящую через внешний барабан, сообщающуюся с полостью водяного бака и соединенную с верхней частью отделенной водяной камеры, нижнюю соединительную трубу в нижней части отделенной водяной камеры, соединяющую ее нижнюю часть с водяным баком, вытяжную трубу в отделенной водяной камере, проходящую через указанную камеру и соединяющую камеру сгорания с газораспределительной камерой, выпускную трубу внешнего барабана, открытую наружу водяного бака, в котором дополнительно включены опорный цилиндр для горелки на боковой стенке внутреннего барабана, проходящий через внешний барабан, отделенную водяную камеру и выступающий наружу водяного бака, и съемная горелка в этом опорном цилиндре, нижняя соединительная труба отделенной водяной камеры подключена к нижней части водяного бака, вытяжная труба расположена в верхней части водяной камеры, а выпускная труба - в нижней части внешнего барабана для обеспечения нисходящей тяги в камере дымовых газов двойной стенки внешнего барабана.

При этом желательно расположить нижнюю соединительную трубу в нижней части внешнего барабана или в выпускной трубе.

Желательно также расположить большое число теплообменников в водяном баке.

Поставленная задача решается также за счет создания аппарата для нагрева жидкости, содержащего водяной резервуар и теплообменник, включающий промежуточный барабан с двойной стенкой, снабженный внешней водяной камерой, образованной между теплообменником и внешним барабаном, и располагающий верхней и нижней газораспределительными камерами в верхней и нижней частях двойной стенки, и образованной между ними камерой дымовых газов, внутренний барабан с камерой сгорания, расположенной внутри промежуточного барабана и с зазором относительно него, внутреннюю водяную камеру между ними, верхнюю соединительную трубу в верхней части внутренней водяной камеры, проходящую через внутренний барабан и сообщающуюся с водяным резервуаром, нижнюю соединительную трубу в нижней части внутренней водяной камеры, вытяжную трубу во внутренней водяной камере, проходящую через указанную внутреннюю водяную камеру и соединяющую камеру сгорания с одной из газораспределительных камер, и выпускную трубу, сообщающуюся с другой газораспределительной камерой и открытую наружу, теплообменник прикреплен к нижней части водяного резервуара разъемным соединением и снабжен внешним барабаном, образующим с промежуточным барабаном внешнюю водяную камеру, сообщающуюся с резервуаром вверху, а в нижней части - с нижней соединительной трубой внутренней водяной камеры, причем вытяжная труба расположена в верхней части последней, соединена через верхнюю распределительную камеру с камерой дымовых газов для обеспечения в последней нисходящего потока.

Целесообразно расположить в верхней части внешнего барабана цилиндрическую разделительную перегородку так, чтобы она выступала вверх внутрь водяного резервуара.

Также целесообразно предусмотреть в аппарате опорный цилиндр для горелки, проходящий через отделенную водяную камеру, промежуточный барабан и внешний барабан, выступающий наружу водяного бака, а съемную горелку поместить в опорном цилиндре.

Водяной резервуар в верхней или нижней частях может иметь трубу для подачи воды и в верхней части - отверстие для выпуска горячей воды.

При этом предпочтительно соединить с водяным резервуаром большое число съемных теплообменников.

На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, вид спереди, первый вариант; на фиг. 2 - то же, разрез по линии 2-2 на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, вид спереди, второй вариант; на фиг. 4 - то же, разрез по линии 4-4 на фиг. 3; на фиг. 5 -соотношение между положениями точки нагрева, средней точки и точки выпуска; на фиг. 6 - то же, вид спереди, третий вариант; на фиг. 7 - то же, вид спереди, четвертый вариант; на фиг. 8 - то же, вид спереди, пятый вариант.

В первом варианте изобретения (фиг. 1) показаны водяной бак 1 и теплообменник 2 в этом водяном баке. Теплообменник 2 имеет внешний барабан 3 с двойной стенкой, с верхней и нижней газораспределительными камерами 5, 11 наверху и внизу двойной стенки и с образованной между ними камерой с нисходящей тягой дымовых газов 16; внутренний барабан 4 с камерой сгорания 9 и с образованной в нем камерой с восходящей тягой дымовых газов 14, расположенной внутри внешнего барабана и с зазором относительно него; отделенную водяную камеру 6 между внешним барабаном 3 и внутренним барабаном 4; верхнюю соединительную трубу 7, проходящую через внешний барабан 3, сообщающуюся с полостью водяного бака 1 и соединенную с верхней частью отделенной водяной камеры 6; нижнюю соединительную трубу 8 внизу внешнего барабана 3, соединяющую отделенную водяную камеру 6 с нижней частью водяного бака 1; верхнюю вытяжную трубу 10, наверху отделенной водяной камеры 6, проходящую через эту камеру 6 и соединяющую камеру сгорания 9 с газораспределительной камерой 5; выпускную трубу 12 внизу барабана 3, открытую наружу водяного бака; опорный цилиндр для горелки 13 на боковой стенке внутреннего барабана 1, проходящий через отделенную водяную камеру 6 и выступающий наружу водяного бака 1, и съемную горелку в опорном цилиндре для горелки 13.

В аппарате для нагрева жидкости, имеющем вышеописанную конструкцию, с началом работы теплообменника 2 и горелки 15 в опорном цилиндре 13 дымовые газы, образующиеся в камере сгорания 9, поднимаются во внутреннем барабане 4 и камере с восходящей тягой дымовых газов 14, через верхнюю вытяжную трубу 10 входят в верхнюю газораспределительную камеру 5, образованную двойной стенкой внешнего барабана, изменяют направление движения на обратное на верхней периферии указанной газораспределительной камеры 5, опускаются по камере с нисходящей тягой дымовых газов 16, входят в нижнюю газораспределительную камеру 11 и выпускаются наружу через выпускную трубу 12.

При вышеописанном подъеме и опускании дымовых газов в теплообменнике 2 происходит теплообмен между дымовыми газами и жидкостью на наружной поверхности внешнего барабана 3 и в водяном баке 1. Посредством этого теплообмена дымовые газы в камере с нисходящей тягой дымовых газов 16 отдают тепло жидкости с внутренней и наружной стороны этой камеры, при этом возрастает нисходящая тяга и улучшается эффективность сгорания.

При этом процессе в жидкости, находящейся в отделенной водяной камере и на наружной поверхности барабана 3, возникает конвекция, при которой указанная жидкость поднимается внутри отделенной водяной камеры 6 и опускается снаружи ее, проходя через верхнюю и нижнюю соединительные трубы 7, 8, при этом увеличивается скорость теплообмена с дымовыми газами и быстро повышается температура жидкости.

Кроме того, как показано на фиг. 5, высота H" средней точки M над точкой образования тепла U на h меньше высоты H и, наоборот, точка выпуска D расположена на h ниже точки образования тепла, так что даже если теоретически при остановке теплообменника 2 дымовые газы, оставшиеся внутри теплообменника, и будут стремиться двигаться от точки выпуска D к средней точке М и далее к точке нагрева U, как это имеет место в известных аппаратах для нагрева жидкости, т. е. в направлении, противоположном направлению движения дымовых газов при работе теплообменника 2, чтобы выйти из аппарата, то горелка 15 в опорном цилиндре 13 будет препятствовать такому распределению. По этой причине дымовые газы будут продолжать оставаться в теплообменнике, что предотвратит проникновение холодного воздуха снаружи теплообменника и создаст теплоизоляционный эффект. В результате тепло горячей воды в водяном баке 1 никогда не будет излучаться наружу.

Во втором варианте предложенного изобретения (фиг.3 и 4) нижняя соединительная труба 8 расположена в выпускной трубе 12 снизу внешнего барабана 3. По этой причине данный вариант изобретения не отличается от первого варианта, за исключением того, что не образуется т.н. стоячая вода, поскольку жидкость в донной части водяного бака 1 распределяется более равномерно и эффективно вбирается в теплообменник 2.

В этих вариантах изобретения в водяном баке находится только один теплообменник 2. Однако в одном водяном баке может быть помещено несколько теплообменников 2, так что данное изобретение можно успешно применить в ванне, плавательном бассейне с горячей водой, котле водяной системы, передвижной ванне, ванне с постоянной температурой, парогенераторе, абсорбционном холодильнике, ванне с горячими химическими веществами, горячей ванне для выращивания бактерий, аппарате для нагрева бетонного раствора и т.д.

На фиг.6 показан третий вариант данного изобретения, где изображены теплообменник 41, съемный водяной резервуар 42 наверху теплообменника, теплообменник 41 имеет промежуточный барабан 51 с двойной стенкой, образующий с внешним барабаном 43 внешнюю водяную камеру 60 между ними и располагающий верхней и нижней газораспределительными камерами 45, 54 в верхней и нижней частях двойной стенки, и образованной между ними камерой с нисходящей тягой дымовых газов 56; внутренний барабан 44 с камерой сгорания 49 в нем, расположенный внутри промежуточного барабана 51 и с зазором относительно него; внутреннюю водяную камеру 46 между внутренним и промежуточным барабанами; верхнюю соединительную трубу 47 наверху внутренней водяной камеры 46, проходящую через промежуточный барабан 51 и сообщающуюся с водяным резервуаром 42; нижнюю соединительную трубу 48 внизу внутренней водяной камеры 46, соединяющую нижнюю часть этой камеры с донной частью внешней водяной камеры 60; вытяжную трубу 50 наверху внутренней водяной камеры 46, проходящую через эту камеру и соединяющую камеру сгорания 49 с верхней газораспределительной камерой 45; выпускную трубу 52, проходящую через нижнюю часть внешнего барабана, сообщающуюся с нижней газораспределительной камерой 54 и открытую наружу; опорный цилиндр для горелки 53, проходящий через промежуточный барабан 51 и внешний барабан 43 и выступающий наружу теплообменника 41; съемную горелку 55 в опорном цилиндре 53 и цилиндрическую разделительную перегородку 59 наверху внешнего барабана 43, выступающую внутрь водяного резервуара 42. Внизу водяного резервуара 42 находится труба для подачи воды 57, а наверху его - выпускное отверстие для горячей воды 58. Теплообменник 41 имеет разъемное соединение с водяным резервуаром 42 посредством фланцев 63 и 64 соответственно наверху теплообменника 41 и на водяном резервуаре 42.

Когда в аппарате для нагрева жидкости, имеющем вышеописанную конструкцию, начинают работать теплообменник 41 и горелка 55 в опорном цилиндре 53, дымовые газы, образующиеся в камере сгорания 49, поднимаются наверх этой камеры, изменяют направление движения на обратное при входе в верхнюю газораспределительную камеру 45 через вытяжную трубу 50, опускаются в камере с нисходящей тягой дымовых газов 56 и из нижней газораспределительной камеры 54 выпускаются наружу через выпускную трубу 52.

С другой стороны, вода, подаваемая через трубу 57 в водяной резервуар 42, опускается во внешнюю водяную камеру 60 между разделительной перегородкой 59 и внешним барабаном 43, через нижнюю соединительную трубу 48 входит во внутреннюю водяную камеру 46 и поднимается в ней, а затем выпускается в водяной резервуар 42 через верхнюю выпускную трубу 47.

При этом процессе не повышается температура холодной воды во внешней водяной камере, так что устраняются взаимные помехи между холодной водой и горячей водой и создается плавная конвекция воды между внутренней и внешней водяными камерами 46 и 60. Дымовые газы отдают достаточное количество тепла жидкости во внутренней и внешней водяных камерах 46, 60, при этом возрастает нисходящая тяга, улучшается эффективность сгорания и предотвращается неполное сгорание. Таким образом происходит соответствующий теплообмен между газами и жидкостью, повышается тепловой КПД и быстро возрастает температура жидкости. Кроме того, если необходимо выполнять работы по проверке, ремонту или замене внутри теплообменника 41, то эти работы выполняются после отделения теплообменника 41 от водяного резервуара 42.

Далее, на боковой стенке внутреннего барабана находится опорный цилиндр для горелки, проходящий сквозь отделенную водяную камеру, промежуточный барабан и внутренний барабан и выступающий наружу водяного бака. В этом опорном цилиндре находится съемная горелка. Если даже после прекращения работы горелки дымовые газы, остающиеся внутри теплообменника, будут стремиться двигаться от точки выпуска (выпускная труба) к средней точке и далее к точке нагрева (горелка), т.е. в направлении, противоположном направлению движения дымовых газов при работе теплообменника, горелка в опорном цилиндре предотвратит такое распределение дымовых газов. По этой причине дымовые газы останутся в теплообменнике, что предотвратит проникновение снаружи холодного воздуха и обеспечит теплоизоляционный эффект, поэтому тепло горячей воды в аппарате не будет излучаться наружу.

Четвертый вариант данного изобретения (фиг. 7) имеет почти такую же конструкцию, как и третий вариант. Различие между ними заключается в том, что верхняя соединительная труба 47 выполняет также функцию разделительной перегородки. Другие особенности, включая и влияние этой перегородки, не являются отличительными, поэтому здесь опускается описание четвертого варианта изобретения.

В пятом варианте данного изобретения (фиг. 8) водяной резервуар 42 имеет большой корпус 62, подобный большой ванне или плавательному бассейну с горячей водой. В подобном случае на днище корпуса 62 водяного резервуара установлено множество фланцев 64, соединенных болтами 61 с фланцем 63 каждого отдельного теплообменника. Если необходима проверка, ремонт или замена в каждом из теплообменников 41, то такая работа проводится лишь после снятия соответствующего теплообменника с водяного резервуара 42. Таким образом, данное изобретение полезно тогда, когда оно применяется в таких местах, как ванна, плавательный бассейн с горячей водой, котел в водяной системе, передвижная ванна, ванна с постоянной температурой, тепловая ванна для выращивания бактерий, аппарат для нагрева бетонного раствора и котел для варки.