RU2116582C1 - Automatic gas-fired water heater - Google Patents

Abstract

FIELD: water heating appliances. SUBSTANCE: automatic gas-fired water heater has main and ignition torches 2 and 3, respectively, shut-off valve 6 for main burner, heat exchanger 1, room-temperature sensor 10, automatic safety and control gear 7. The latter incorporates water-temperature, ignition-torch flame, and draft sensors 9, 5, and 4, respectively, and electromagnet 8 connected to gas supply valve. Inserted between shut-off valve 6 of main torch and safety and control gear valve is regulating valve 12 of radiator thermostat, such as that of firm Danfoss, coupled through control part with room- temperature sensor 10; electromagnet 8 is supplied with power from flame sensor 5. EFFECT: reduced gas consumption, facilitated servicing, reduced maintenance and adjustment time. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматическим газовым водонагревателям. Изобретение может быть использовано также в автоматизированных системах нагрева с твердым и жидким топливом индивидуальных строений. The invention relates to automatic gas water heaters. The invention can also be used in automated heating systems with solid and liquid fuels of individual buildings.

Известные автоматические газовые водонагреватели [1, 2] состоят из основной и запальной тарелок, запорного вентиля основной горелки, теплообменника, автоматики безопасности и регулирования, включающей датчики наличия пламени запальной горелки и тяги, регулятора температуры воды в теплообменнике, электромагнит, удерживающий клапаны, подающие газ на запальную и основную горелки и соединенный с термопарой датчика наличия пламени запальной горелки. Known automatic gas water heaters [1, 2] consist of a main and an ignition plate, a shut-off valve of the main burner, a heat exchanger, safety and control automatics, including flame sensors for the ignition burner and draft, a water temperature regulator in the heat exchanger, an electromagnet, holding valves that supply gas to the ignition and main burner and connected to the thermocouple of the ignition flame detector.

Однако известный автоматический газовый водонагреватель, рассматриваемый нами как аналог, не решает вопрос минимизации затрат энергоносителей для нагрева помещения. However, the well-known automatic gas water heater, considered by us as an analogue, does not solve the issue of minimizing energy costs for heating a room.

Устранению отмеченного выше недостатка служит устройство [3], принятое нами за прототип, где управление автоматическим водонагревателем осуществляется от датчика температуры помещения. The elimination of the aforementioned drawback is served by the device [3], which we adopted as a prototype, where the automatic water heater is controlled by a room temperature sensor.

Однако прототип обладает рядом недостатков, резко ухудшающих его надежность и живучесть в реальных условиях эксплуатации:
1. Функционирование прототипа требует, кроме подачи газа, еще и электропитание для реле времени 16 и катушки 41 электромагнита. В цепь питания катушки 41 включены нормально-открытые контакты датчиков воздуха помещения 6 и 7 и реле времени 16.However, the prototype has a number of disadvantages that sharply worsen its reliability and survivability in real use:
1. The functioning of the prototype requires, in addition to gas supply, also power for the time relay 16 and the coil 41 of the electromagnet. The power circuit of the coil 41 includes normally-open contacts of the room air sensors 6 and 7 and the time relay 16.

В заявленном объекте и уже цитированном [1, 2] отсутствуют газовые отопительные агрегаты, которые требуют для своего функционирования, кроме газа, еще и электропитание. И это не случайно, так как в сельской местности и пригородных зонах России, где в основном используются эти аппараты, нет устойчивого электроснабжения, оно отключается, бывает, даже на сутки. По этой причине большая часть выгоды от использования прототипа с усложненной автоматикой не будет получена. И более того, в период отключения электропитания, так как настройку регулятора температуры воды производят на самую высокую температуру, обычно 90-95^oC. Регулирование температуры воды в этом случае будет проходить с максимально возможной ошибкой, приводящей к максимально возможному перегреву.In the declared object and already quoted [1, 2] there are no gas heating units that require for their functioning, in addition to gas, also power supply. And this is no coincidence, since in rural areas and suburban areas of Russia, where these devices are mainly used, there is no sustainable power supply, it turns off, it happens, even for a day. For this reason, most of the benefits of using a prototype with sophisticated automation will not be obtained. Moreover, during a power outage, since the water temperature controller is set to the highest temperature, usually 90-95 ^o C. In this case, the water temperature will be regulated with the maximum possible error, leading to the maximum possible overheating.

2. В пневмогазовом блоке защиты и регулирования по пути, например, к основной горелке два последовательно расположенных клапана 18, 27, дополнительные каналы и дроссели 35, 37 и т.д., в то время как у заявленного объекта гидравлических сопротивлений в тракте горелки значительно меньше, т.е. минимальное необходимое давление газа у прототипа выше и срок службы в условиях понижения давления газа у прототипа ниже, чем у заявленного объекта. 2. In the pneumatic-gas protection and control unit along the path, for example, to the main burner, two consecutive valves 18, 27, additional channels and chokes 35, 37, etc., while the declared object of hydraulic resistance in the burner path is significantly less i.e. the minimum required gas pressure of the prototype is higher and the service life under conditions of lowering the gas pressure of the prototype is lower than that of the claimed object.

3. Пневмогазовый блок РГУ-2 с дополнительно введенными авторами [3] элементами достаточно сложен в обслуживании, малые диаметры дросселей 0,5-0,8 мм будут засоряться при низком давлении, при котором применяют как аналог [1, 2], так и прототип [3], а также заявленный объект. При этом будет нарушаться как точность регулирования, так и управляемость объекта в целом. Для восстановления работоспособности пневмогазового блока будет требоваться высококвалифицированный персонал. Для устранения вышеназванных недостатков прототипа предлагается следующее. 3. The pneumogas block RGU-2 with additional elements introduced by the authors [3] is quite difficult to maintain, small diameters of the throttles of 0.5-0.8 mm will clog at low pressure, at which both analogue [1, 2] and prototype [3], as well as the claimed object. In this case, both the accuracy of regulation and the controllability of the object as a whole will be violated. Highly qualified personnel will be required to restore the operability of the pneumogas block. To address the above disadvantages of the prototype, the following is proposed.

Автоматический газовый водонагреватель, состоящий из основной и запальной горелок, запорного вентиля основной горелки, теплообменника, датчика температуры помещения автоматики безопасности и регулирования, включающей электромагнит, управляющий клапаном подачи газа, питание которого производится от датчика наличия пламени запальной горелки, а блокировка датчиком тяги, датчик температуры воды в теплообменнике, в газовый тракт питания основной горелки между запорным вентилем основной горелки и газовым клапаном основной горелки автоматики безопасности и регулирования установлен регулирующий орган регулятора температуры, например, радиаторного термостата фирмы "Danfoss", а датчик температуры помещения связан с его управляющей частью. Automatic gas water heater, consisting of the main and ignition burners, shutoff valve of the main burner, heat exchanger, room temperature sensor, safety and control automatics, including an electromagnet that controls the gas supply valve, which is powered by the flame detector of the ignition burner, and is blocked by the draft sensor, sensor water temperature in the heat exchanger, into the gas path of the main burner supply between the shutoff valve of the main burner and the gas valve of the main burner tics safety and regulation set the regulator temperature controller, for example, the radiator thermostats "Danfoss" company, and the room temperature sensor is connected with its control part.

Использование радиаторного термостата, например, фирмы "Danfoss" для указанных выше целей весьма целесообразно, так как их применение в системе отопления носит массовый характер во всем мире (за последние 10 лет около 100 млн. штук таких радиаторных термостатов было успешно использовано в разных странах), что резко снизило их стоимость. В настоящее время и в России началось их массовое производство. The use of a radiator thermostat, for example, by Danfoss, for the above purposes is very advisable, since their use in the heating system is widespread throughout the world (over the past 10 years, about 100 million of these radiator thermostats have been successfully used in different countries) , which sharply reduced their cost. At present, their mass production has begun in Russia.

Далее в упомянутой выше автоматике безопасности и регулирования возможно в заявленном объекте заменить при выпуске новых изделий регулятор температуры воды в водонагревателе более простым с биметаллическим чувствительным элементом, как и в прототипе, так как его функции сужаются до уровня блокировки перегрева воды в автоматическом водонагревателе. Further, in the safety and regulation automatics mentioned above, it is possible to replace the water temperature controller in the water heater with a bimetallic sensitive element, as in the prototype, when new products are released, as its functions narrow to the level of blocking the water overheating in the automatic water heater.

Важным преимуществом предлагаемого технического решения является простота использования его с минимумом производственных затрат, как в эксплуатируемом парке автоматических водонагревателей в СНГ (а он не мал - около 2 млн. штук), так как и во вновь выпускаемом (это 100 тыс. штук ежегодно), а также в новых разработках при этом будет достигнута реальная экономия энергоносителей (газа) при эксплуатации. An important advantage of the proposed technical solution is its ease of use with a minimum of production costs, both in the operated fleet of automatic water heaters in the CIS (and it is not small - about 2 million units), as well as in the newly manufactured one (this is 100 thousand units per year), as well as in new developments, real savings in energy carriers (gas) during operation will be achieved.

На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство состоит из теплообменника 1, основной горелки 2, запальной горелки 3, датчика тяги 4, датчика наличия пламени на запальной горелке 5, запорного вентиля основной горелки 6, автоматики безопасности и регулирования 7, включающей электромагнит 8, управляющий клапанами, подающими газ на основную и запальную горелки, регулятор температуры воды 9 в теплообменнике, находящийся в тепловом контакте с водонагревателем, датчика температуры помещения 10, управляющей части регулятора температуры 11, регулирующего клапана 12 радиаторного термостата (регулятора температуры), например, фирмы "Danfoss". Устройство работает следующим образом. The drawing shows the proposed device. The device consists of a heat exchanger 1, a main burner 2, an ignition burner 3, a draft sensor 4, a flame sensor on the ignition burner 5, a shut-off valve of the main burner 6, automatic safety and regulation 7, including an electromagnet 8 that controls the valves that supply gas to the main and pilot burner, water temperature controller 9 in the heat exchanger in thermal contact with the water heater, room temperature sensor 10, the control part of the temperature controller 11, control valve 12 of the radiator thermostat a (temperature controller), for example, the company "Danfoss". The device operates as follows.

При подаче газа на запальную горелку 3 и поджиге газа на запальной горелке начинается разогрев датчика наличия пламени 4. По достижении у датчика наличия пламени термоЭДС определенной величины срабатывает электромагнит 8 автоматики безопасности и регулирования 7, который начинает удерживать клапаны подачи газа на запальную и основную горелку 2. После этого открывают запорный вентиль 6 основной горелки и, если температура помещения, фиксируемая датчиком температуры помещения 10, будет ниже заданного уровня, сигнал от последнего, пройдя через управляющую часть регулятора температуры 11, откроет регулирующий клапан регулятора температуры 12. На основную горелку поступит газ, и начнется подогрев воды в теплообменнике, а значит, и обогрев помещения. Когда температура в помещении превысит заданную, датчик температуры помещения даст сигнал на управляющую часть регулятора температуры, а тот закроет регулирующий клапан регулятора температуры, основная горелка отключится, и помещение начинается охлаждаться. В очень холодную погоду температура воды в теплообменнике может достигнуть 90^oC и выше, что может привести к повышению давления пара в теплообменнике выше его производственной прочности и к выводу его из строя, чтобы это исключить, в существующих автоматических водонагревателях необходимо производить настройку регулятора температуры воды в теплообменнике на самую высокую допустимую температуру 90-95^oC, по достижении которой подача газа на основную горелку прекратится, так как клапан подачи газа в автоматике безопасности и регулирования и опасный перегрев будет исключен. В этом случае управление автоматическим газовым водонагревателем фактически переходит к регулятору температуры воды в теплообменнике.When gas is supplied to the ignition burner 3 and gas is ignited on the ignition burner, heating of the flame detector 4 starts. When the thermoelectric power flame detector reaches a certain value, the electromagnet 8 of the safety and regulation automatics 7 is activated, which starts holding the gas supply valves to the ignition and main burner 2 After that, the shut-off valve 6 of the main burner is opened and, if the room temperature detected by the room temperature sensor 10 is below a predetermined level, the signal from the latter, passing through a control part of the temperature controller 11 will open the temperature regulating control valve 12. On the main burner gas will arrive and begin heating the water in the heat exchanger, and thus the heating of the room. When the room temperature exceeds the set temperature, the room temperature sensor will give a signal to the control part of the temperature controller, and it will close the control valve of the temperature controller, the main burner will turn off, and the room will begin to cool. In very cold weather, the water temperature in the heat exchanger can reach 90 ^o C and higher, which can lead to an increase in steam pressure in the heat exchanger above its production strength and to damage it to prevent this, in existing automatic water heaters it is necessary to adjust the water temperature controller in the heat exchanger to the highest permissible temperature of 90-95 ^o C, upon reaching which the gas supply to the main burner will stop, since the gas supply valve in the safety and control automatics and dangerous overheating will be ruled out. In this case, the control of the automatic gas water heater actually passes to the regulator of the water temperature in the heat exchanger.

В случае нарушения тяги, нормально-замкнутый контакт датчика тяги 5 разомкнет цепь питания электромагнита и подача газа на запальную и основную горелки прекратится. In the event of a draft violation, the normally-closed contact of the draft sensor 5 will open the electromagnet's supply circuit and the gas supply to the ignition and main burners will stop.

Claims (1)

Автоматический газовый водонагреватель, состоящий из основной и запальной горелок, запорного вентиля основной горелки, теплообменника, датчика температуры помещения, автоматики безопасности и регулирования, включающей датчики температуры воды, наличия пламени запальной горелки, тяги и электромагнит, который соединен с клапаном подачи газа, отличающийся тем, что между запорным вентилем основной горелки и клапаном автоматики безопасности и регулирования установлен регулирующий клапан радиаторного термостата, например, фирмы "Danfoss", который через управляющую часть связан с датчиком температуры помещения, причем питание электромагнита производится от датчика наличия пламени. Automatic gas water heater, consisting of the main and pilot burners, shutoff valve of the main burner, heat exchanger, room temperature sensor, safety and control automatics, including water temperature sensors, the presence of a pilot burner flame, traction and an electromagnet that is connected to the gas supply valve, characterized in that between the shutoff valve of the main burner and the safety automation and control valve there is a control valve of a radiator thermostat, for example, Danfoss, ory through the control part is connected with the room temperature sensor, wherein the electromagnet is powered by the flame sensor.