водогрейный котел

Формула изобретения

Водогрейный котел системы центрального отопления, содержащий водяную емкость с разнесенными по высоте напорным и возвратным водяными патрубками, имеющую внутри вертикальные жаровые трубы, отличающийся тем, что емкость разделена по высоте на водяные камеры, последовательно соединенные между собой переливными трубами, в каждой паре смежных камер переливная труба соединена с верхней камерой вверху, с нижней внизу, при этом возвратный патрубок подсоединен к высшей камере внизу, а напорный к низшей камере вверху.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам центрального водяного отопления и более конкретно к водогрейным преимущественно газовым котлам центрального отопления жилых зданий.

В технике широко известны многообразные конструкции различных водогрейных котлов (см., например, К.В.Тихомиров. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. М. , "Стройиздат", 1981). Общим недостатком всех котлов, как и любой тепловой машины, является низкий КПД. Различные дополнительные устройства в виде рекуператоров, теплообменников и т.д., частично решая проблему, усложняют конструкцию и эксплуатацию отопительного оборудования.

Как по назначению, так и по совокупности существенных признаков наиболее близким к предложенному изобретению является газовый водогрейный жаротрубный котел марки "ДОН", предназначенный для системы водяного центрального отопления малоэтажных зданий, например, индивидуальных жилых домов (см., например, а.с. 1095882, МКИ F 24 H 1/28, 1980).

Известный котел представляет собой заполняемую водой (или другим аналогичным теплоносителем) емкость, сквозь которую вертикально проходят жаровые трубы, выходящие внизу котла в топку, а сверху - в вытяжную дымовую трубу. Вверху водяная емкость имеет выходной (напорный) патрубок, соединяемый с напорной трубой системы водяного отопления, а внизу - входной (возвратный) патрубок, соединяемый с обратной трубой системы ("обратка").

Горячая вода через верхний патрубок поступает в систему отопления, вытесняя из нее охладившуюся воду, которая возвращается в котел через нижний патрубок.

Очевидно, что в соответствии с известными физическими законами эта естественная циркуляция возможна только в одном направлении - от верхнего к нижнему патрубку, т.е. когда в самом котле холодная вода, нагреваясь, поднимается снизу вверх вдоль жаровых труб.

Однако работа такого котла неэкономична, поскольку отработанные топочные газы, продолжая иметь избыточно высокую температуру, взаимодействуют с уже нагретой водой, в силу чего теплообмена с ней не происходит, и в атмосферу с горячими газами выбрасывается большое количество тепла. Эти теплопотери можно снизить, изменив направление циркуляции в котле с прямоточного на противоточное, т.е. когда холодная вода будет подаваться в верхний патрубок котла, а горячая - отбираться из нижнего. В этом случае теплообмен будет происходить между уже отработанными, но еще горячими топочными газами и холодной водой, т. е. без какого-либо дополнительного оборудования будет проявляться эффект рекуперации.

Очевидно, что в известном котле естественная обратная (противоточная) циркуляция невозможна ввиду несоответствия физическим законам, а принудительная противоточная циркуляция за счет установки насоса с мотором на котлах подобного назначения по известным причинам неприемлема.

Перед изобретением была поставлена задача повысить экономичность бытового водогрейного котла путем изменения направления естественной циркуляции воды с прямоточной на противоточную.

Поставленная задача решается тем, что предложен водогрейный котел системы центрального отопления, содержащий водяную емкость с разнесенными по высоте напорным и возвратным водяными патрубками, имеющую внутри вертикальные жаровые трубы.

Новым в предложенном котле является то, что емкость разделена по высоте на водяные камеры, последовательно соединенные между собой переливными трубами, в каждой паре смежных камер переливная труба соединена с верхней камерой вверху, с нижней - внизу, при этом возвратный патрубок подсоединен к высшей камере внизу, а напорный - к низшей камере вверху.

Технический результат заключается в повышении экономичности котла за счет изменения направления естественной циркуляции с прямоточной на противоточную, когда верхний патрубок котла становится приемным (обратным), а нижний - напорным (выходным).

На чертеже показана схема заявленного котла.

В своей принципиальной части котел представляет собой заполняемую водой емкость 1, внутри которой вертикально установлены жаровые трубы 2, условно показанные на чертеже штриховыми линиями. Под котлом жаровые трубы 2 соединены с топкой 3, а над котлом - с вытяжной дымовой трубой 4. Конструкция топки и характер применяемого топлива для существа заявленного изобретения значения не имеют.

Внутри емкость 1 разделена горизонтальными перегородками 5 на отдельные камеры 6, 7 и 8, число которых выбирается в зависимости от желаемой глубины рекуперации отработанных топочных газов.

Для упрощения изготовления котла каждая из камер 6, 7, 8 может быть выполнена в виде отдельного блока со своим участком жаровых труб 2. Расположенные друг над другом камеры 6, 7, 8 последовательно соединены между собой переливными трубами 9 и 10 таким образом, что в любой паре смежных камер соответствующая переливная труба соединена с верхней камерой вверху, а с нижней - внизу. Например, из двух смежных камер 6 и 7 камера 6 является верхней, и, следовательно, соединяющая эти камеры переливная труба 9 должна быть соединена с камерой 6 в ее верхней части, а с нижней камерой 7 - в ее нижней части. Аналогично для пары смежных камер 7 и 8, но в этом случае камера 7 уже становится верхней.

Возвратный 11 и напорный 12 патрубки, как и в известном котле, разнесены по высоте водяной емкости 1, однако в отличие от известного котла они поменялись местами, т.е. возвратный патрубок 11 находится выше по отношению к напорному патрубку 12.

Работает котел следующим образом (на примере камеры 8).

При нагреве от проходящих через камеру 8 жаровых труб 2 горячая вода, расширяясь, поднимается вверх и вытесняется в систему отопления через напорный патрубок 12. Очевидно, что одновременно менее нагретая вода, имеющая более высокую плотность, будет перетекать на дно камеры 8 через переливную трубу 10 из смежной верхней камеры 7. Аналогичный процесс будет происходить в любой из камер, при атом хотя в каждой камере процесс протекает в полном соответствии с физическими законами, общее направление циркуляции будет обратным, т.е. от верхнего патрубка 11 к нижнему (внутри котла), что у постороннего наблюдателя вызывает недоумение.

Из-за изменения направления циркуляции горячие жаровые трубы в верхней части котла будут отдавать тепло холодной (остывшей) воде, поступающей из системы отопления, т. е. в заявленном котле проявляется эффект рекуперации (использование температуры отработанных газов).

Для определения эффективности изобретения автором были изготовлены в масштабе 1:10 две модели соответственно заявленного котла и котла-прототипа. Топкой для котлов служила спиртовая горелка. Критерием эффективности служил расход топлива. Испытания показали, что при прочих равных условиях расход топлива в модели заявленного котла ниже на 24%, чем в модели известного.