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, в верхней и нижней частях которого выполнены осесимметричные выступы для прохода теплоносителя, теплообменник выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа, каждая пластинчатая секция выполнена из пары профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичных каналов для прохода теплоносителя, а каждая пара пластинчатых секций скреплена между собой так, что образует герметичные каналы для прохождения горячего газа, отличающаяся тем, что герметичные каналы для прохода теплоносителя пластичных секций выполнены вертикальными и горизонтальными, причем крайние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с обеспечением исключения вытекания потока горячего газа и затекания воздуха в теплообменник, а средние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в его нижней части и максимальным сечением в его верхней части, герметичный горизонтальный верхний канал выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника и обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам, а герметичный горизонтальный нижний канал выполнен в нижней части пластинчатой секции теплообменника, соединенной с камерой сгорания газового генератора тепла и выполняет роль сборного коллектора всех ее герметичных вертикальных каналов, при этом верхний горизонтальный герметичный канал имеет максимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу в верхней части теплообменника, а нижний горизонтальный герметичный канал имеет минимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу в нижней части теплообменника.

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.

Известно, что совершенствование установок для водяного отопления и горячего водоснабжения, работающих на газовом топливе, направлено на повышение их к.п.д. и увеличение полноты сгорания в них газовоздушной смеси.

Известна конструкция установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, 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. Все теплообменники выполнены в виде пакета секций, расположенных вдоль потока нагретого газа с зазором между соседними секциями, и выполнены с каналами для прокачки циркулирующего потока нагреваемой жидкости, входы и выходы которых соединены соответствующими коллекторами пакетов (см. пат. РФ № 2018771, F24D 3/08, 30.08.1994).

Известная установка осуществляет нагрев теплоносителя, но не обеспечивает требуемых технико-экономических показателей и надежности при эксплуатации из-за сложности конструкции и трудоемкости при изготовлении.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является 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. Листы скреплены между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя. 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. Теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами. Канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами (см. пат. РФ № 2226656, F24H 1/00, 22.08.2002).

Недостатками известной установки являются технологическая сложность ее изготовления и большая металлоемкость, а также высокое гидравлическое сопротивление в теплообменнике ввиду большой протяженности его гидравлического тракта, а также наличие турбулизаторов, необходимость в воздушном охлаждении боковых каналов, герметизирующих теплообменник по нагретому газу с боков, псевдопротивоток.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности работы, упрощение конструкции и технологичности установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в установке для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащей корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник, в верхней и нижней частях которого выполнены осесимметричные коллекторы для прохода теплоносителя, теплообменник выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа, каждая пластинчатая секция выполнена из пары профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичных каналов для прохода теплоносителя, а каждая пара пластинчатых секций скреплена между собой так, что образует герметичные каналы для прохождения горячего газа, согласно изобретению герметичные каналы для прохода теплоносителя в пластинчатых секциях выполнены вертикальными и горизонтальными, причем крайние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с обеспечением исключения вытекания потока горячего газа и затекания воздуха в теплообменник, а средние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в нижней части и максимальным сечением в верхней части, герметичный горизонтальный верхний канал выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника и обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам, а герметичный горизонтальный нижний канал выполнен в нижней части пластинчатой секции теплообменника, соединенной с камерой сгорания газового генератора тепла, и выполняет роль сборного коллектора всех ее герметичных вертикальных каналов, при этом верхний горизонтальный герметичный канал имеет максимальное проходное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу в верхней части теплообменника, а нижний горизонтальный герметичный канал имеет минимальное проходное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу в нижней части теплообменника.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, на фиг.2 - секция теплообменника, на фиг.3 - теплообменник в разрезе, фиг.4-5 - сечения соответственно А-А и В-В секции теплообменника.

Предлагаемая установка содержит корпус 1, в котором размещены газовый генератор тепла 2 и теплообменник 3, выполненный в виде пакета пластинчатых секций 4, расположенных вдоль движения теплового потока в корпусе 1. Каждая секция 4 состоит из двух профилированных металлических листов 5, герметично соединенных между собой с образованием вертикальных каналов 6 для прохода теплоносителя. Каждая пара пластинчатых секций 4 скреплена между собой так, что образует герметичные каналы h для прохождения горячего газа. 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, каждая пластинчатая секция 4 теплообменника 3 имеет крайние вертикальные каналы 8 для прохода теплоносителя, закрывающие доступ воздуха в теплообменник 3 с боков, исключающие вытекание потока нагретого газа и затекание воздуха в теплообменник из боковых поверхностей теплообменника. Средние герметичные вертикальные каналы 6 для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в нижней части. Образованные пластинчатыми секциями 4 теплообменника 3 каналы h для прохождения через теплообменник горячего газа получаются также с переменным сечением по высоте с соответственно с максимальным сечением в нижней части. Верхний горизонтальный герметичный канал 9 имеет максимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу, а нижний горизонтальный герметичный канал 10 имеет минимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу.

Герметичный горизонтальный верхний канал 9 выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника, обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам 6 и выполняет роль экономайзера.

Герметичный горизонтальный нижний канал 10 выполнен в нижней части пластинчатой секции 4 теплообменника 3, соединенной с камерой сгорания 2, и выполняет роль сборного коллектора всех герметичных вертикальных каналов.

Нижний горизонтальный герметичный канал 10 обеспечивает перемешивание теплоносителя за счет малого проходного сечения и соответственно большей скорости потока теплоносителя и, таким образом, за счет хорошего съема тепла предотвращает местное закипание теплоносителя на нижней кромке секции 4, защищая нижнюю кромку секции 4 от разрушения.

Выполнение вертикальных герметичных средних каналов 6 секции 4 с переменным сечением по высоте, с минимальным сечением по теплоносителю в нижней части и с максимальным сечением по теплоносителю в верхней части обеспечивает получение каналов h с максимальной площадью проходного сечения в нижней части для прохождения горячих газов, поступающих из камеры сгорания в теплообменник. Каналы в верхней части теплообменника для остывшего газа получаются минимальными, но достаточными для последующего выхода остывших в теплообменнике 3 газов из него.

Сужение по высоте вертикальных каналов h по газовому тракту теплообменника при уменьшении температуры газового потока в результате теплообмена с теплоносителем обеспечивает поддержание по всей высоте теплообменника 4 скорости газа и турбулизацию пограничного слоя газового потока и, как следствие, обеспечивает хороший теплообмен по всей высоте теплообменника 4.

Горизонтальный канал 9 расположен в верхней части секции 4, выполняет роль раздающего коллектора для теплоносителя и экономайзера и обеспечивает равномерную, низкую температуру газового потока на выходе из теплообменника 3. Горизонтальный канал 9 имеет максимальное сечение по теплоносителю. Высота горизонтального канала определяется исходя из требований к.п.д. теплогенератора.

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

Горючий газ, находящийся под избыточным давлением, подают из системы газоснабжения в газовый коллектор газового генератора тепла 2, установленного в корпусе 1, затем через форсунки - в коллектор с инжектированием окружающего воздуха. Полученная газовоздушная смесь перемешивается в коллекторе, проходит в камеру сгорания, где и осуществляется процесс сгорания. Далее продукты сгорания подают в теплообменник 3, где происходит обмен тепловой энергией между продуктами сгорания и теплоносителем. Теплоноситель подают от тепловой нагрузки через верхнее отверстие d в выступе 7 по горизонтальному герметичному верхнему каналу 9 и далее по герметичным вертикальным каналам 6 и 8 пластинчатых секций 4, образованных профилированными металлическими листами 5, и по нижнему горизонтальному герметичному каналу 10 - к нижнему отверстию d в выступе 7 на выход из теплообменника 3 к тепловой нагрузке. Причем продукты сгорания поднимаются по каналам h вдоль пластинчатых секций 4, где происходит их более полное догорание, а также передача тепла пластинчатым секциям 4 и далее теплоносителю, а затем продукты сгорания, охлажденные в теплообменнике 3, установленном в корпусе 1, поступают в вытяжную систему.

Переменная ширина каналов h по протоку нагретого газа приводит к переменной суммарной площади для протока нагретого газа. Это в свою очередь при охлаждении газового потока позволяет увеличить скорость потока газа, его перемешивание и соответственно теплообмен без применения дополнительных турбулизирующих устройств, снижает металлоемкость, увеличивает надежность и улучшает шумовые характеристики.

Применение герметичных крайних вертикальных каналов 8 уменьшает тепловые потери, увеличивает к.п.д. и надежность устройства.

Средние вертикальные герметичные каналы 6 позволяют реализовать наиболее оптимальный режим теплообмена противотоком, увеличить удельный теплосъем, соответственно уменьшить металлоемкость устройства при заданных параметрах к.п.д. и уменьшить гидравлическое сопротивление по теплоносителю.

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 теплогенерирующей установки мощностью до 200 кВт с к.п.д. до 99% по высшей теплоте сгорания, а также обеспечить ее безопасное и надежное функционирование.

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.