RU135086U1 - Теплообменный аппарат - Google Patents

Abstract

1. Теплообменный аппарат, содержащий корпус с горелкой, форсункой или топочной камерой, теплообменник с конвективными каналами и патрубок отвода продуктов сгорания, при этом пространство корпуса включает расположенные в технологической последовательности характерные зоны: забора воздуха, подвода воздуха к зоне горения топлива, горения топлива, нагрева теплоносителя продуктами сгорания и отвода охлажденных продуктов сгорания, отличающийся тем, что зона нагрева теплоносителя продуктами сгорания выполнена с суммарной площадью конвективных каналов для прохода продуктов сгорания в теплообменнике, равной (6,0-8,6) см/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, причем зона нагрева теплоносителя и зона отвода охлажденных продуктов сгорания разделены дросселирующей перегородкой с образованием коллектора с, по меньшей мере, одним отверстием, площадь которого составляет (0,9-1,3) см/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, причем зона отвода продуктов сгорания выполнена сообщающейся с зоной забора воздуха посредством, по меньшей мере, одного эжекционного канала.2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит технологически связанный с внутренним корпусом наружный теплоизолирующий корпус, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с внутренним пространством помещения.3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит технологически связанный с внутренним корпусом наружный теплоизолирующий корпус, выполненный герметичным, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполн�

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована при конструировании разнообразных теплообменных аппаратов, в частности, котлов, предназначенных для отопления и/или горячего водоснабжения.

Изучение проблемы эффективности использования топлива (газообразного, жидкого или твердого) в теплообменных аппаратах показало, что эффективная работа оборудования отмечается исключительно при максимальных режимах его нагружения. Для этого состояния характерен максимальный КПД, который вносится в техническую характеристику паспортных данных теплообменных аппаратов.

Происходит парадоксальная ситуация, когда экономия топлива оборачивается увеличением его расхода. Теоретически все теплообменное оборудование должно работать исключительно на максимальной мощности с периодическим включением-отключением. Однако такой режим работы не применяется из-за сложностей, связанных, например, с периодическим образованием точек росы, приводящих к интенсивной коррозии металлоконструкций и т.д. Таким образом, при уменьшении подачи топлива сгоревшие газы по мере их движения к дымоходу под действием тяги складываются в достаточно тонкую струю или тонкий шлейф, которые проходят вдоль стенок (ребер) теплообменника, едва касаясь их. Этому способствует достаточно широкое, выполненное с поправкой на загрязнение сажей, отверстие дымохода. Для устранения этого потоки сгоревших газов турбулизируют, перенаправляют и т.д., но это лишь частично решает проблему эффективной теплопередачи.

В частности, известен котел отопительный газовый, состоящий из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, при этом патрубок выхода продуктов сгорания установлен вертикально за внешней стенкой помещения и содержит конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами [Описание изобретения к патенту РФ №2269065 от 29.03.2004, МПК F24H 1/00, F23J 15/02, опубл. 27.01.2006]. Настоящий котел обеспечивает улучшение экологических параметров эксплуатации.

Как упоминалось выше, эффективная тяга уносит тепло из топки, тем эффективнее, чем меньше топлива там сгорает.Это приводит к увеличению расхода топлива и, соответственно снижает КПД котла.

Существуют другие варианты котлов, которые отличаются тем же самым принципом неэффективного использования тепла продуктов сгорания топлив, например:

Известен вертикальный водогрейный жаротрубный котел, содержащий корпус, в нижней части которого расположена топка, подающий и обратный патрубки, патрубок удаления дымовых газов, при этом верхняя часть котла выполнена в виде центральной трубчатой и кольцеобразной камер, которые образуют с внутренним диаметром корпуса внутренний и внешний кольцеобразные вертикальные газоходы, нижняя часть упомянутых камер заглушена, а верхняя часть соединена с корпусом котла, внутренний газоход соединен с внешним и с патрубком удаления дымовых газов с помощью окна, а внутренняя и внешняя поверхности газоходов выполнены в виде цилиндрических винтообразных металлических ребер, образующих винтообразные восходящие газоходы [Описание изобретения к патенту РФ №2158395 от 12.05.1999, МПК⁷ F24H 1/28, опубл. 27.10.2000]. Настоящий котел обеспечивает повышение коэффициента полезного действия и удешевление производства теплоэнергии.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус, топочную камеру, размещенную в корпусе с образованием водяной рубашки между ними, патрубок подвода холодной (обратной) воды и горелочное устройство, которые размещены в нижней части соответственно водяной рубашки и топочной камеры, патрубок отвода горячей воды и дымовыводящий патрубок, при этом в нижней части топочной камеры над горелочным устройством установлены теплообменники в виде пучков труб, размещенных наклонно и закрепленных обоими концами в соответствующих противоположных стенках топочной камеры с образованием коллекторов соответственно входного и выходного, причем входной коллектор размещен ниже, чем выходной, и соединен с водяной рубашкой, а выходной коллектор соединен с патрубком отвода горячей воды [Описание изобретения к патенту РФ №2273802 от 12.07.2004, МПК F24H 1/44, опубл. 10.04.2006]. Конструкция котла обеспечивает увеличение поверхности теплообмена за счет ступенчатой теплопередачи и гравитационной циркуляции воды, повышение эффективности использования дымовых газов, а также повышение КПД и экономичности.

Известен котел отопительный водогрейный газовый каскадный, содержащий корпус, топочный блок с топочной камерой и газовой горелкой, теплообменную поверхность с расположенным над топочной камерой верхним медно-чугунно-стальным теплообменником с пучком медных оребренных труб и сборник продуктов сгорания газа над ним, при этом теплообменная поверхность дополнительно снабжена нижним теплообменником в виде полого элемента из листового материала, расположенного по периметру вокруг топки, нижний и верхний теплообменники теплообменной поверхности и сборник продуктов сгорания газа объединены в модуль а, по крайней мере, два модуля расположены и закреплены один над другим и имеют самостоятельные дымоотводы, причем межтрубное пространство верхнего ряда и боковое пространство крайних труб верхнего теплообменника снабжены пластинами-активаторами из нержавеющей стали [Описание изобретения к патенту РФ №2381421 от 17.09.2007, МПК F24H 1/00, опубл. 10.02.2010]. Котел решает задачу минимизации веса, обеспечение КПД не ниже 91%, повышение ресурса и ремонтопригодности, обеспечение удобства эксплуатации и технического обслуживания скоростного медного и объемного стального теплообменников.

Известен водогрейный котел, содержащий корпус, размещенные в корпусе водяной объем с соответствующими входом и выходом для протока воды, топочную камеру с горелками, дымогарные трубы, снабженные вставками и сообщенные своими входами с топочной камерой, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ ТЕМ, ЧТО вставки имеют поперечное сечение, например в форме креста, по периферии вставок установлены штампованные из листа турбулизаторы в форме сопла, обрезанного в его горле [Описание изобретения к патенту РФ №2256127 от 17.11.2003, МПК⁷ F24H 1/28, опубл. 10.07.2005]. Использование узких щелевых каналов и кольцевых выступов в дымогарных трубах сопровождается значительным сопротивлением в газовом тракте, что исключает использование относительно простых в изготовлении атмосферных горелок, характерных для бытовых водогрейных котлов. Котел отличается высоким КПД.

Известен отопительный котел, содержащий изолированный корпус, включающий размещенные в нижней части топочную камеру с газовыми горелками, над ними теплообменник в виде пучка труб, подключенных к входному и выходному водяным коллекторам, а в верхней части - коллектор дымовых газов с выходным отверстием, при этом трубы теплообменника выполнены из меди или медно-никелевого сплава, а водяные коллекторы - из чугуна и каждая труба теплообменника снабжена отражательными пластинами [Описание изобретения к патенту РФ №2169316 от 11.10.2000, МПК⁷ F24H 1/00, опубл. 20.06.2001]. Котел отличается повышенной эффективностью использования тепла дымовых газов.

Известен котел для отопления и/или горячего водоснабжения, содержащий корпус, внутри которого расположена топочная камера с газовой горелкой, теплообменники контура отопления, сборник продуктов сгорания газа, расположенный в верхней части котла, при этом первый теплообменник контура отопления выполнен в виде водяной рубашки, расположенной, по меньшей мере, по части периметра топочной камеры, а второй теплообменник выполнен в виде медной или на основе медного сплава оребренной трубы, расположенной в верхней части топочной камеры и сообщающейся с первым теплообменником [Описание изобретения к патенту РФ №2452907 от 01.03.2011, МПК F24H 1/08, опубл. 10.06.12]. Наличие второго теплообменника в виде медной или на основе медного сплава оребренной трубы обеспечивает высокий КПД котла и увеличенную производительность по теплопередаче.

Известен котел для отопления и/или горячего водоснабжения, содержащий расширительный бачок и герметичный корпус, в котором размещены топочная камера с газовой горелкой, теплообменник контура отопления с дымовой коробкой, патрубки для подачи воздуха в топку к газовой горелке и удаления продуктов сгорания, расположенные в верхней части котла, при этом теплообменник контура отопления включает призматический корпус с открытой нижней частью, трубной доской в верхней части и змеевиком на наружной поверхности, дымовая коробка в месте ее соединения с патрубком удаления продуктов сгорания снабжена каналом, соединенным с внутренней полостью герметичного корпуса [Описание изобретения к патенту РФ №2452906 от 14.09.2010, МПК F24H 1/08, опубл. 10.06.12]. Котел отличается улучшенными эксплуатационными и весовыми характеристиками, надежностью в работе и простотой в обслуживании, обеспечивает повышение температуры отходящих газов и увеличение КПД или сохранение его на уровне требований государственных стандартов.

Как видно, увеличенный КПД всех перечисленных теплообменных аппаратов, независимо от конструкции и типа их теплообменников относится к максимальной нагрузке в топочной камере. При ее снижении КПД резко падает и происходит увеличение расхода топлив - твердого, жидкого или газообразного.

Задача, решаемая полезной моделью и достигаемый технический результат, заключаются в расширении арсенала теплообменных аппаратов, эффективно использующих тепло продуктов сгорания газообразных, жидких и твердых топлив независимо от регулирования уровня мощности горелки, форсунки или топочной камеры, снижение расхода топлив, повышение и стабилизация коэффициента полезного действия теплообменного оборудования на разных режимах его работы.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в теплообменном аппарате, содержащем корпус с горелкой, форсункой или топочной камерой, теплообменник с конвективными каналами и патрубок отвода продуктов сгорания, при этом пространство корпуса включает расположенные в технологической последовательности характерные зоны: забора воздуха, подвода воздуха к зоне горения топлива, горения топлива, нагрева теплоносителя продуктами сгорания и отвода охлажденных продуктов сгорания, зона нагрева теплоносителя продуктами сгорания выполнена с суммарной площадью конвективных каналов для прохода продуктов сгорания в теплообменнике, равным (6,0-8,6) см²/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, при этом зона нагрева теплоносителя и зона отвода охлажденных продуктов сгорания разделены дросселирующей перегородкой с образованием коллектора с, по меньшей мере, одним отверстием, площадь которого составляет (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, причем зона отвода продуктов сгорания выполнена сообщающейся с зоной забора воздуха посредством, по меньшей мере, одного эжекционного канала.

Кроме этого, теплообменный аппарат:

- содержит технологически связанный с внутренним (основным) корпусом наружный теплоизолирующий корпус, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с внутренним пространством помещения;

- содержит технологически связанный с внутренним (основным) корпусом наружный теплоизолирующий корпус, выполненный герметичным, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с независимым от внутреннего пространства помещения источником забора воздуха.

Полезная модель поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1-3 показан типовой теплообменный аппарат и схема подвода продуктов сгорания к его теплообменнику при разных режимах нагрузки - 100%, 60% и 30%, соответственно;

- на фиг. 4-6 - теплообменный аппарат, выполненный согласно полезной модели, и схема подвода продуктов сгорания к его теплообменнику при разных режимах нагрузки - 100%, 60% и 30%, соответственно;

- на фиг. 7 и 8 показаны теплообменные аппараты фиг. 4-6, оснащенные теплоизолирующими корпусами с вариантами организации забора и подвода воздуха к горелке (на форсунку или в топочную камеру) - из помещения и из-за пределов помещения, соответственно.

Теплообменный аппарат содержит корпус 1 (также далее по тексту - внутренний, основной корпус 1) с горелкой 2 (или форсункой, или топочной камерой - условно не показаны), теплообменник 3 с конвективными каналами 4 и патрубок 5 отвода продуктов сгорания, при этом пространство корпуса 1 включает расположенные в технологической последовательности характерные зоны: забора 6 воздуха, подвода 7 воздуха к зоне горения топлива, горения 8 топлива, нагрева 9 теплоносителя продуктами сгорания и отвода 10 охлажденных продуктов сгорания, причем зона 9 нагрева теплоносителя продуктами сгорания выполнена с суммарной площадью конвективных каналов 4 для прохода продуктов сгорания в теплообменнике 3, равным (6,0-8,6) см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), при этом зона 9 нагрева теплоносителя и зона 10 отвода охлажденных продуктов сгорания разделены дросселирующей перегородкой 11 с образованием коллектора 12 с, по меньшей мере, одним отверстием 13, площадь которого составляет (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), причем зона 10 отвода продуктов сгорания выполнена сообщающейся с зоной 6 забора воздуха посредством, по меньшей мере, одного эжекционного канала 14.

Теплообменный аппарат может содержать технологически связанный с внутренним (основным) корпусом 1 наружный теплоизолирующий корпус 15, при этом между стенками обоих корпусов 1 и 15 имеется зазор 16, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с внутренним пространством 17 помещения.

Также теплообменный аппарат может содержать технологически связанный с внутренним (основным) корпусом 1 наружный теплоизолирующий корпус 18, выполненный герметичным, при этом между стенками обоих корпусов 1 и 18 имеется зазор 19, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с независимым от внутреннего пространства помещения источником 20 забора воздуха.

Порядок работы теплообменного аппарата заключается в подаче топлива и воздуха к горелке 2 (или на форсунку, или в топочную камеру), сгорание топлива, подвод продуктов сгорания к теплообменнику 3, нагрев теплоносителя через стенки теплообменника 3 и отвод охлажденных продуктов сгорания через патрубок 5 их удаления, который осуществляют с гидродинамическим сопротивлением через коллектор 12 посредством дросселирования через отверстие 13, которое совмещают с эжекцией воздуха из прилегающего окружающего пространства, например, через каналы 14. Подаваемый к горелке 2 (или к форсунке, или в топочную камеру) воздух может подогреваться за счет его контакта с нагретыми поверхностями наружных элементов конструкции, например, с корпусами 1 и 15, обладающими максимальной площадью поверхности теплоотдачи.

Проанализируем существенные признаки полезной модели.

В результате исследования работы разнообразных теплообменных аппаратов (см. фиг. 1-3), размещенных в типовых корпусах 1, было выявлено существенное снижение КПД в зависимости от уменьшения нагрузки на горелке 21 (на форсунке или в топочной камере). Практически это означает, что при уменьшении подачи газообразного, жидкого или твердого топлива с целью его экономии, например, в котел для отопления и/или горячего водоснабжения при повышении температуры окружающей среды, на деле не приводит к экономии, а, скорее, к перерасходу. И если при 100% загрузке теплообменного оборудования величина КПД колеблется в районе 85%, то при 30% - всего 15%. Физически это выглядит, как складывание тепловых потоков 22 продуктов сгорания и их стремлением принять наиболее компактный вид и максимально обтекаемую форму - см. фиг. 1-3. В итоге, при малых нагрузках тепловые потоки складываются, практически, в «нить», которая проходит через конвекционные каналы 23, не касаясь их стенок, и уходит в патрубок 24 отвода.

Потребовалось техническое решение, обеспечивающее эффективное заполнение зоны 9 нагрева теплоносителя продуктами сгорания с гарантированной передачей ими своего тепла стенкам теплообменника 3.

Результатом явилось техническое решение теплообменного аппарата, реализующее новый порядок его работы.

Оптимизация работы теплообменного аппарата включает определение максимальной мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), которую выбирают из расчета 1 кВт/(6,0-8,6) см² минимальной суммарной площади конвективных каналов 4 для прохода продуктов сгорания в теплообменнике, при этом отвод охлажденных продуктов сгорания осуществляют с гидродинамическим сопротивлением через коллектор 12, расположенный на выходе из теплообменника 3, посредством дросселирования, по меньшей мере, через одно отверстие 13, площадь сечения которого выбирают исходя из расчета (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), причем отвод охлажденных продуктов сгорания в патрубок 5 их удаления после дросселирования совмещают с эжекцией воздуха из прилегающего окружающего пространства, предпочтительно через ряд отверстий - эжекционные каналы 14.

Значения суммарной площади конвективных каналов 4 для прохода продуктов сгорания в теплообменнике меньшие 6,0 см²/1 кВт препятствуют эффективному непринудительному - за счет естественной тяги, - отводу продуктов сгорания, а значения большие 8,6 см²/1 кВт приводят к тому, что естественная тяга заставляет тепловые потоки складываться, создавая между ними и стенками конвективных каналов 4 теплоизолирующую воздушную прослойку.

Значения площади сечения отверстия 13 для дросселирования в коллекторе меньшие 0,9 см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры) приведут к тому, что охлажденные продукты сгорания не будут полностью выводиться из конвективных каналов 4 и коллектора 12, создавая теплоизоляционные зоны, приводящие к снижению эффективности теплообмена (теплопередачи, излучения), а значения большие 1,3 см²/1 кВт приведут к формированию индивидуального канала интенсивного отсоса продуктов сгорания при сохранении теплоизоляционных зон.

Эжекционные каналы 14 обеспечивают выравнивание силы тяги вытяжного канала 5 и тяги через дросселирующее отверстие 13 в перегородке 11 коллектора 12 в зависимости от нагрузки на горелке 2 (или на форсунке, или в топочной камере), перепада температур в помещении, где установлен теплообменный аппарат, и на улице, этажности помещения, розы ветров, заведомо большого стандартизованного сечения вытяжного канала 5, наличия открытых-закрытых форточек и дверей и т.д.

Перечисленные приемы в итоге обеспечиваю увеличение КПД тепло-обменного оборудования и его стабилизацию в зависимости от нагрузки на горелке 2 (или на форсунке, или в топочной камере) - см. фиг. 4-6. Дополнительное улучшение показателей оборудования можно получить за счет подачи к горелке 2 (или к форсунке, или в топочную камеру) подогретого воздуха, что обеспечивается за счет его контакта с нагретыми поверхностями наружных, преимущественно, корпусных элементов оборудования.

Внутреннее и внешнее пространство корпуса 1 теплообменного аппарата содержит расположенные в технологической последовательности характерные зоны: забора 6 воздуха, подвода 7 воздуха к зоне горения топлива, горения 8 топлива, нагрева 9 теплоносителя продуктами сгорания и отвода 10 охлажденных продуктов сгорания.

Соответственно, зона нагрева 9 теплоносителя продуктами сгорания выполнена с суммарной площадью конвективных каналов 4 для прохода продуктов сгорания в теплообменнике 3, равным (6,0-8,6) см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), причем зона 9 нагрева теплоносителя и зона 10 отвода охлажденных продуктов сгорания разделены дросселирующей перегородкой 11 с образованием коллектора 12 с, преимущественно, одним отверстием 13, площадь которого составляет (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки 2 (или форсунки, или топочной камеры), причем зона 10 отвода продуктов сгорания выполнена сообщающейся с зоной 6 забора воздуха посредством одного или нескольких эжекционных каналов 14.

Как видно, выявленные закономерности обеспечивают достижение заявленного технического результата, они позволяют провести модернизацию практически любого теплообменного оборудования с увеличением и стабилизацией КПД в зависимости от нагрузки на горелке 2 (или на форсунке, или в топочной камере).

При оснащении основного корпуса 1 теплообменного аппарата дополнительным наружным теплоизолирующим корпусом 15 появляется возможность подогрева воздуха, поступающего в зону горения, за счет отвода излишков тепла от основного корпуса 1, при этом воздух может забираться, как из окружающего теплообменный аппарат пространства, т.е. из помещения (см. поз. 17), так и извне, например, с улицы (см. поз. 20) через специальный патрубок 25. В одном случае получается теплообменный аппарат открытого типа, в другом - закрытого.

Рассмотрим работу теплообменного аппарата на примере котла для обогрева и горячего водоснабжения, оснащенного газовой горелкой 2 (как наиболее явно обеспечивающей положительный эффект), хотя с таким же, или чуть меньшим эффектом, он может быть оснащен форсункой под жидкое топливо или топочной камерой под твердое топливо.

Пример 1 - см. фиг. 7. Котел для обогрева и горячего водоснабжения открытого типа.

Котел проектируется с расчетом необходимой мощности горелки 2, которая увязана с суммарной площадью конвективных каналов 4 для прохода продуктов сгорания (т.н. проходное сечение теплообменника 3) вышеуказанным соотношением 1 кВт/(6,0-8,6) см², например, проходному сечению 40 см² будет соответствовать оптимальная мощность 40/8,0=5,0 кВт. Соответственно, под мощность горелки 2 или под проходное сечение конвективных каналов 4 подбирают площадь отверстия 13 в дросселирующей перегородке 11 коллектора 12, которая составит для данного случая (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки 2, например, 5,0×1,1=5,5 см².

Котел имеет внутренний корпус 1 и наружный корпус 15 с рядом воздухозаборных отверстий 26, расположенных по его периметру. Настоящий котел устанавливают на полу в отведенном месте или крепят на стену, подключают патрубком 5 к штатному каналу отвода продуктов сгорания, патрубками 27 и 28 к системе отопления, патрубками 29 и 30 к водопроводу, а также специальным патрубком (условно не показан) - к магистрали природного газа. В отопительную систему заливают теплоноситель. Клапан 31 воздуховыпуска автоматически освобождает теплообменник 3 контура отопления от находящегося там воздуха. На блоке автоматического управления (условно не показан) газовой горелкой 2 устанавливают необходимую температуру теплоносителя. Далее включают подачу газа и зажигают запальник, пламя с которого воспламеняет горелку 2. Воздух, необходимый для сгорания газа поступает из зоны 6; 17 забора воздуха, которой является пространство помещения, где установлен котел, через отверстия 26 в наружном корпусе 15 в зону 7 его подвода к зоне 8 горения топлива. Смесь газа с воздухом сгорает в зоне 8 и поступает к теплообменнику 3 - зоне 9 нагрева теплоносителя продуктами сгорания. Охлажденные продукты сгорания собираются в коллекторе 12, что способствует максимально возможному заполнению объема пространства конвективных каналов 4 теплообменника 3 независимо от расхода газа на горелке 2 (см. фиг. 4-6) с передачей ему своего тепла и, через отверстие 13 поступают в верхнюю часть зоны 10 их отвода (т.е. за дросселирующую перегородку 11), а далее через патрубок 5 - на улицу. Одновременно с отводом охлажденных продуктов через эжекционные каналы 14 в зону отвода 10 охлажденных продуктов сгорания - за дросселирующую перегородку 11, - засасывается воздух помещения. Настоящий подход позволяет нейтрализовать явно избыточную пропускную способность выбранного с запасом проходного сечения штатного канала отвода охлажденных продуктов сгорания. В противном случае естественная тяга будет высасывать принудительно все продукты сгорания, не давая им возможность передать свое тепло теплоносителю.

В результате теплообмена нагревается теплоноситель, который, в свою очередь нагревает вторичный контур 32 горячего водоснабжения, если он предусмотрен конструкцией котла.

Котел эксплуатируется в обычном режиме. При необходимости расход газа уменьшают-увеличивают и независимо от этого, происходит гарантированное заполнение зоны 9 нагрева теплоносителя продуктами сгорания с передачей ими своего тепла теплоносителю через стенки теплообменника 3. Теоретически это выглядит (см. фиг. 4-6), как абсолютное заполнение коллектора 12 продуктами сгорания и такое же заполнение верхней, средней и нижней частей теплообменника 3, в зависимости от нагрузки на горелке 2.

В результате происходит существенная экономия природного газа при сохранении всех нормативных требований по теплоснабжению.

В случае если количество продуктов сгорания превысит скорость их отвода, они нагреют датчик 33 опрокидывания тяги и горелка 2 получит команду на снижение расхода газа или на его отключение.

Пример 2 - см. фиг. 8. Котел для обогрева и горячего водоснабжения закрытого типа.

Отличие настоящего котла от описанного в Примере 1 заключается в особой конструкции воздухозабора - поз. 6; 20, - который осуществляют непосредственно с улицы - через специальный патрубок 25 наружного корпуса 18 котла. Независимо от нагрузки на горелке 2 подвод воздуха осуществляется в изолированный от пространства помещения внутренний объем наружного корпуса 18, установленного с зазором 19 к внутреннему корпусу 1. В результате исключается возможность выхолаживания помещения и попадания продуктов сгорания в его пространство.

В остальном работа котла аналогична Примеру 1.

Пример 3. Модернизация «традиционного» котла для обогрева и горячего водоснабжения.

При модернизации рассчитывают мощность традиционного котла (см. фиг. 1-3), в зависимости от величины проходного сечения теплообменника. Если, например, проходное сечение теплообменника такого котла составило 40 см², то мощность горелки следует ограничить до уровня - 40/8,0=5,0 кВт, как правило, заменить ее на менее мощную.

Зону нагрева теплоносителя продуктами сгорания и их отвода делят дросселирующей перегородкой с отверстием, преимущественно круглого сечения с отверстием площадь сечения которого составляет, например, 5,0×1,2=6 см².

Модернизированный котел эксплуатируется аналогично котлам, описанным в Примерах 1 и 2.

Приведенные для газовых котлов примеры могут быть распространены и на котлы, работающие на жидком или твердом топливе, а также на любое другое теплообменное оборудование, где есть характерные зоны передачи продуктами сгорания своего тепла стенкам теплообменника и задача настоящей полезной модели заключается в том, чтобы это тепло распределить максимально по всему объему теплопоглащающих (теплопередающих) поверхностей и передать теплоносителю, т.е. сформировать реальную зону 9 нагрева теплоносителя в пределах теплообменника 3. Настоящая полезная модель обеспечивает получение заявленного технического результата при загрузке горелки 2, форсунки или топки в пределах от 100% до 25%. Снижение нагрузки менее, чем 25% приводит к тому, что продукты сгорания будут вытягиваться непосредственно в дросселирующее отверстие 13, минуя коллектор 12 и, соответственно не заполняя полностью теплообменную зону нагрева 9 теплоносителя продуктами сгорания - внутреннее пространство конвективных каналов 4. Непосредственное изменение площади дросселирующего отверстия 13 в процессе снижения нагрузки на горелке 2, на форсунке или в топке признано нецелесообразным, поскольку это усложняет конструкцию теплообменного оборудования.

В результате использования полезной модели расширился арсенал теплообменных аппаратов, эффективно использующих тепло продуктов сгорания газообразных, жидких и твердых топлив независимо от регулирования уровня мощности горелки, форсунки или топочной камеры, снизился расход топлив, повысился и стабилизировался коэффициент полезного действия теплообменного оборудования на разных режимах его работы.

Claims (3)

1. Теплообменный аппарат, содержащий корпус с горелкой, форсункой или топочной камерой, теплообменник с конвективными каналами и патрубок отвода продуктов сгорания, при этом пространство корпуса включает расположенные в технологической последовательности характерные зоны: забора воздуха, подвода воздуха к зоне горения топлива, горения топлива, нагрева теплоносителя продуктами сгорания и отвода охлажденных продуктов сгорания, отличающийся тем, что зона нагрева теплоносителя продуктами сгорания выполнена с суммарной площадью конвективных каналов для прохода продуктов сгорания в теплообменнике, равной (6,0-8,6) см²/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, причем зона нагрева теплоносителя и зона отвода охлажденных продуктов сгорания разделены дросселирующей перегородкой с образованием коллектора с, по меньшей мере, одним отверстием, площадь которого составляет (0,9-1,3) см²/1 кВт мощности горелки, форсунки или топочной камеры, причем зона отвода продуктов сгорания выполнена сообщающейся с зоной забора воздуха посредством, по меньшей мере, одного эжекционного канала.

2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит технологически связанный с внутренним корпусом наружный теплоизолирующий корпус, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с внутренним пространством помещения.

3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что содержит технологически связанный с внутренним корпусом наружный теплоизолирующий корпус, выполненный герметичным, при этом между стенками обоих корпусов имеется зазор, выполненный с возможностью перемещения воздушных потоков и сообщающийся с независимым от внутреннего пространства помещения источником забора воздуха.

Images