RU2452906C2 - Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation - Google Patents
Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452906C2 RU2452906C2 RU2010137875/06A RU2010137875A RU2452906C2 RU 2452906 C2 RU2452906 C2 RU 2452906C2 RU 2010137875/06 A RU2010137875/06 A RU 2010137875/06A RU 2010137875 A RU2010137875 A RU 2010137875A RU 2452906 C2 RU2452906 C2 RU 2452906C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boiler
- heat exchanger
- heating
- coolant
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области производственной и коммунальной теплоэнергетике и могут быть использованы в конструкциях котлов, предназначенных для отопления и/или горячего водоснабжения, а также для организации технологических процессов локального тепло- и/или водоснабжения.The invention relates to the field of industrial and municipal heating and can be used in the construction of boilers designed for heating and / or hot water supply, as well as for the organization of technological processes of local heat and / or water supply.
Известен котел отопительный водогрейный газовый каскадный, содержащий вертикально ориентированный корпус, два установленных один над другим топочных модуля с топочными камерами и газовыми горелками, теплообменными поверхностями с расположенными над топочными камерами верхними теплообменниками с пучками медных оребренных труб и нижними теплообменниками в виде полых элементов из листового материала, расположенными по периметру вокруг топок, и самостоятельные для каждого модуля дымоотводы и патрубки входа и выхода воды, причем каждый модуль снабжен самостоятельным микропроцессорным управлением с единой для котла приборной панелью управления [описание изобретения к патенту РФ №2381421 от 17.09.2007, МПК F24H 1/00, опубл. 10.02.2010]. Решаемая задача - минимизация веса котла и занимаемой им площади помещения, обеспечение КПД не ниже 91%, повышение ресурса и ремонтопригодности котла, обеспечение удобства эксплуатации и технического обслуживания котла, обеспечение возможности применения в котельных без постоянного присутствия персонала путем объединения преимуществ двух различных концепций в одной конструкции - скоростного медного и объемного стального теплообменников.A well-known gas-fired heating water boiler comprising a vertically oriented housing, two combustion modules installed one above the other with combustion chambers and gas burners, heat exchange surfaces with upper heat exchangers located above the combustion chambers with tufts of copper finned tubes and lower heat exchangers in the form of hollow elements made of sheet material located around the perimeter around the furnaces, and separate chimneys and water inlet and outlet pipes for each module, each module is provided with a separate microprocessor controlled with a single boiler for instrument control panel [specification of a patent RF №2381421 from 17.09.2007, IPC F24H 1/00, publ. 02/10/2010]. The task to be solved is minimizing the weight of the boiler and the room occupied by it, ensuring an efficiency of at least 91%, increasing the resource and maintainability of the boiler, ensuring ease of operation and maintenance of the boiler, ensuring the possibility of use in boiler rooms without the constant presence of personnel by combining the advantages of two different concepts in one designs - high-speed copper and volume steel heat exchangers.
Оснащение каждого модуля сложными системами микропроцессорного управления не позволяет говорить о простоте конструкции котла, что создает определенные трудности с его использованием вдали от мест сервисного и технического обслуживания, например в сельской местности.Equipping each module with complex microprocessor control systems does not allow us to talk about the simplicity of the boiler design, which creates certain difficulties with its use far from service and maintenance areas, for example, in rural areas.
Известен водогрейный котел для горячего водоснабжения и отопления, 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 установлен теплообменник в виде пучка 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, при этом над пучком труб размещен дополнительный теплообменник для утилизации остатков тепла дымовых газов [описание изобретения к патенту РФ №2273802 от 12.07.2004, МПК F24H 1/44, опубл. 10.04.2006]. Котел отличается увеличенной поверхностью теплообмена, ступенчатой теплопередачей и гравитационной циркуляцией воды, повышенной эффективностью использования дымовых газов, повышенным КПД и экономичностью, а также независимостью работы от электроэнергии.Known hot water boiler for hot water supply and heating, comprising a housing, a combustion chamber placed in the housing with the formation of a water jacket between them, a pipe for supplying cold (reverse) water and a burner device, which are located in the lower part of a water jacket and a combustion chamber, respectively, a branch pipe hot water and a smoke outlet, while in the lower part of the combustion chamber above the burner there is a heat exchanger in the form of a bundle of pipes placed obliquely and fixed by both ends in joint the corresponding opposite walls of the combustion chamber with the formation of collectors of the inlet and outlet respectively, the inlet manifold being lower than the outlet and connected to a water jacket, and the outlet manifold connected to a hot water outlet, while an additional heat exchanger is placed above the tube bundle to recover heat residues flue gases [description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2273802 of 12.07.2004, IPC F24H 1/44, publ. 04/10/2006]. The boiler is distinguished by an increased heat exchange surface, stepwise heat transfer and gravitational circulation of water, increased flue gas efficiency, increased efficiency and efficiency, as well as independence of work from electricity.
Котел данной конструкции отличается повышенной металлоемкостью и низкой ремонтопригодностью. Кроме этого, для сжигания топлива используется воздух помещения, что не позволяет устанавливать котел в комнатах малого объема.The boiler of this design is characterized by increased metal consumption and low maintainability. In addition, indoor air is used for fuel combustion, which does not allow the boiler to be installed in small rooms.
Известен водогрейный котел для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, содержащий герметичный корпус, в нижней части которого размещены топочная камера с горелкой и дымогарные трубы, расположенный над ними теплообменник, при этом котел снабжен датчиком давления и электромагнитным клапаном, расположенными в верхней части котла, при этом выход электромагнитного клапана соединен трубопроводом с внутренней полостью горелки [описание изобретения к патенту РФ №2347976 от 26.01.2007, МПК F22B 7/00, опубл. 27.02.2009]. Изобретение обеспечивает увеличение теплопередачи от паров котловой воды к воде системы теплоснабжения и снижение содержания окислов азота в отработанных газах.Known hot water boiler for heating and hot water supply of residential and public buildings, containing a sealed enclosure, in the lower part of which there is a combustion chamber with a burner and smoke tubes, a heat exchanger located above them, while the boiler is equipped with a pressure sensor and an electromagnetic valve located in the upper part of the boiler while the output of the electromagnetic valve is connected by a pipeline to the internal cavity of the burner [description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2347976 from 01/26/2007, IPC F22B 7/00, publ. 02/27/2009]. The invention provides an increase in heat transfer from boiler water vapor to heat supply system water and a decrease in the content of nitrogen oxides in the exhaust gases.
Данный котел работает с высоким избыточным давлением, что требует присутствия при его работе аттестованного органами котлонадзора оператора, а это делает практически невозможным его применение для индивидуального поквартирного отопления.This boiler operates with high overpressure, which requires the presence of an operator certified by the boiler supervision authorities during its operation, and this makes it practically impossible to use it for individual apartment heating.
Одним из «слабых» мест котлов является образование конденсата на границах контакта сред с разной температурой. Можно получить удовлетворительные результаты работы котла, но периодическое образование конденсата, например, на входе в дымовую трубу, где происходит его смешение с продуктами горения, представляющего собой агрессивную среду, создает дополнительные трудности с эксплуатацией котла и его надежностью и долговечностью. Существуют технические решения, где образование конденсата является рабочим моментом работы котла. Например, известна установка горячего водоснабжения, содержащая водогрейный котел с прямым и обратным патрубками, подключенными к системе отопления, патрубок подачи холодной водопроводной воды, дымовую трубу, нижняя часть которой выполнена в виде экономайзера с прямым и обратным патрубками, соединенными с емкостным бойлером, разделенным на две части: верхнюю и нижнюю, и снабженным патрубком горячей воды, при этом емкостный бойлер и экономайзер заполнены водопроводной водой и образуют контур естественной или принудительной циркуляции нагреваемой воды отходящими дымовыми газами водогрейного котла. Кроме этого установка оснащена в нижней части полостью для сбора конденсата и конденсатоотводящей трубкой [описание изобретения к патенту РФ №2230262 от 07.08.2002, МПК7 F24H 1/48, опубл. 10.06.2004]. Установка обладает высоким КПД и удешевляет нагрев воды.One of the “weaknesses” of boilers is the formation of condensate at the boundaries of contact of media with different temperatures. Satisfactory boiler operation results can be obtained, but the periodic formation of condensate, for example, at the entrance to the chimney, where it mixes with combustion products, which is an aggressive medium, creates additional difficulties with the operation of the boiler and its reliability and durability. There are technical solutions where the formation of condensate is the working moment of the boiler. For example, a hot water supply installation is known, comprising a hot water boiler with direct and return pipes connected to the heating system, a cold water supply pipe, a chimney, the lower part of which is made as an economizer with direct and return pipes connected to a capacitive boiler divided into two parts: upper and lower, and equipped with a hot water pipe, while the capacitive boiler and economizer are filled with tap water and form a natural or forced circulation circuit agrevaemoy water flue gas boiler. In addition, the installation is equipped in the lower part with a cavity for collecting condensate and a condensate drain [description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2230262 from 08/07/2002, IPC 7 F24H 1/48, publ. 06/10/2004]. The installation has a high efficiency and reduces the cost of water heating.
Образование конденсата требует использования в конструкции установки высококачественных сталей или более массивных деталей, что ограничивает ее тиражирование.The formation of condensate requires the use of high-quality steels or more massive parts in the installation design, which limits its replication.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выполняемой функции является серийно выпускаемый водогрейный котел, предназначенный для раздельного отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых многоэтажных домах и индивидуальных жилых зданиях, с системами естественной и принудительной циркуляции воды. Котел содержит расширительный бачок и герметичный корпус, в котором размещены топочная камера с газовой горелкой, теплообменник контура отопления с дымовой коробкой, буферная емкость прямоугольного сечения с теплообменником (змеевиком) контура горячего водоснабжения, патрубки для подачи воздуха в топку к газовой горелке и удаления продуктов сгорания, расположенные в верхней части котла, патрубки подвода-отвода теплоносителя и подвода-отвода воды, и систему управления, включающую датчик опрокидывания тяги и блок безопасности газовой горелки [описание полезной модели к патенту РФ №88113 от 24.06.2009, МПК F24H 1/08, опубл. 27.10.2009]. Котел отличается улучшенными эксплуатационными характеристиками, надежностью работы и простотой в обслуживании. Герметичный корпус исключает отбор воздуха из внутреннего объема помещения.The closest in combination of essential features and functions performed is a commercially available hot water boiler designed for separate heating and hot water supply of apartments in residential multi-storey buildings and individual residential buildings, with natural and forced water circulation systems. The boiler contains an expansion tank and a sealed housing in which a combustion chamber with a gas burner, a heat exchanger of a heating circuit with a smoke box, a rectangular rectangular buffer tank with a heat exchanger (coil) of a hot water circuit, pipes for supplying air to the furnace to a gas burner and removal of combustion products are placed located in the upper part of the boiler, coolant inlet and outlet pipes and water inlet and outlet, and a control system including a traction rollover sensor and a gas safety unit orielki [description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 88113 of 06.24.2009, IPC F24H 1/08, publ. 10/27/2009]. The boiler is characterized by improved performance, reliability and ease of maintenance. The tight case excludes air selection from the internal volume of the room.
К недостаткам котла следует отнести повышенную металлоемкость и, как следствие, высокую инертность в работе, для устранения которой требуется применение дорогостоящих датчиков и сложной системы управления. Герметичный корпус котла обеспечивает возможность гарантированного забора воздуха только с улицы (но не из помещения) и гарантированный отвод продуктов горения наружу. Тем не менее, остается возможность за счет обратной тяги ухудшить показатели горения газовой горелки, вплоть до полного гашения пламени свежим воздухом или собственными продуктами горения. Такой режим работы при всех положительных результатах работы вызывает периодическое отпотевание стенок теплообменника и образование конденсата на стенках дымовых труб.The disadvantages of the boiler include increased metal consumption and, as a result, high inertia in the work, which requires the use of expensive sensors and a complex control system. The sealed boiler body provides the possibility of a guaranteed intake of air only from the street (but not from the room) and a guaranteed removal of combustion products to the outside. Nevertheless, it remains possible, due to the reverse draft, to degrade the combustion performance of the gas burner, up to the complete extinguishing of the flame with fresh air or its own combustion products. This mode of operation, with all the positive results of the work, causes periodic fogging of the walls of the heat exchanger and the formation of condensate on the walls of the chimneys.
Задача, решаемая настоящим изобретением, и достигаемый технический результат заключаются в расширении номенклатуры выпускаемых водогрейных котлов с улучшенными эксплуатационными и весовыми характеристиками, надежных в работе и простых в обслуживании, обеспечивающих повышение температуры отходящих газов и увеличение КПД или сохранения его на требуемом нормами государственных стандартов уровне.The problem solved by the present invention and the technical result achieved are to expand the range of manufactured hot water boilers with improved operational and weight characteristics, reliable in operation and easy to maintain, providing an increase in the temperature of the exhaust gases and an increase in efficiency or maintaining it at the level required by state standards.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в известном котле для отопления и горячего водоснабжения, содержащем расширительный бачок и герметичный корпус, в котором размещены топочная камера с газовой горелкой, теплообменник контура отопления с дымовой коробкой, буферная емкость с теплообменником контура горячего водоснабжения, патрубки для подачи воздуха в топку к газовой горелке и удаления продуктов сгорания, расположенные в верхней части котла, патрубки подвода-отвода теплоносителя и подвода-отвода воды, и систему управления, 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, а буферная емкость связана с патрубком отвода теплоносителя и включает призматический корпус с расположенным внутри него теплообменником контура горячего водоснабжения и собственными патрубками подвода и отвода теплоносителя и подвода-отвода воды, при этом буферная емкость вынесена за пределы расположения теплообменника контура отопления, размещена в нижней части герметичного корпуса и посредством дополнительного патрубка через кран переключения в режим «отопление+горячее водоснабжение/только горячее водоснабжение» соединена с патрубком подвода теплоносителя, на котором после его соединения с дополнительным патрубком буферной емкости установлен насос.To solve the problem and achieve the claimed technical result in a well-known boiler for heating and hot water supply, containing an expansion tank and a sealed enclosure, in which there is a combustion chamber with a gas burner, a heat exchanger of the heating circuit with a smoke box, a buffer tank with a heat exchanger of the hot water supply circuit, pipes for supplying air to the furnace to the gas burner and removing combustion products located in the upper part of the boiler, pipes for supplying and discharging the coolant and supplying -the water drain, and the control system, the heat exchanger of the heating circuit includes a prismatic housing with an open lower part, a pipe board at the top and a coil on the outer surface, the smoke box at the point of its connection with the exhaust pipe is equipped with a channel connected to the internal cavity of the sealed housing and the buffer tank is connected with the coolant outlet pipe and includes a prismatic housing with a heat exchanger of the hot water supply circuit located inside it and its own pipe and the inlet and outlet of the coolant and the inlet and outlet of water, while the buffer tank is outside the location of the heat exchanger of the heating circuit, is located in the lower part of the sealed enclosure and is connected via the additional pipe through the tap to the switch “heating + hot water supply / only hot water supply” to coolant supply pipe, on which, after its connection with an additional buffer tank pipe, a pump is installed.
Кроме этого:Besides:
- теплообменник контура отопления выполнен из меди или сплава на основе меди;- the heat exchanger of the heating circuit is made of copper or an alloy based on copper;
- объем буферной емкости выполнен в пределах 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла;- the volume of the buffer capacity is made in the range of 0.2-0.4 liters per 1 kW of boiler power;
- система управления включает блок автоматического управления газовой горелкой, автоматический клапан воздуховыпуска, датчик опрокидывания тяги, датчик протока среды, установленный на патрубке подвода теплоносителя после насоса, предохранительный клапан, установленный на дополнительном патрубке, соединяющем буферную емкость с патрубком подвода теплоносителя, и датчик контроля температуры теплоносителя, установленный на патрубке подвода теплоносителя в месте его соединения с теплообменником контура отопления и связанный с блоком автоматического управления газовой горелкой.- the control system includes a gas burner automatic control unit, an automatic air outlet valve, a draft tipping sensor, a medium flow sensor installed on the coolant supply pipe after the pump, a safety valve installed on an additional pipe connecting the buffer tank to the coolant supply pipe, and a temperature control sensor coolant installed on the coolant supply pipe in the place of its connection with the heat exchanger of the heating circuit and connected to block a automatic gas burner control.
Типовой теплообменник на примере котла для отопления и/или горячего водоснабжения содержит корпус, в нижней части которого расположена топка с горелочным устройством, подающий и обратный патрубки, патрубок удаления дымовых газов, при этом нижняя часть теплообменника выполнена в виде водяной рубашки, а верхняя - в виде специальной камеры, сообщающейся с водяной рубашкой нижней части, оснащенной вертикальными газоходами для утилизации тепла дымовых газов, причем внутренняя и внешняя поверхности газоходов выполнены в виде цилиндрических винтообразных металлических ребер [описание изобретения к патенту РФ №2158395 от 12.05.1999, МПК7 F24H 1/28, опубл. 27.10.2000].A typical heat exchanger, for example, a boiler for heating and / or hot water supply, contains a housing, in the lower part of which there is a furnace with a burner, supply and return pipes, a flue gas removal pipe, while the lower part of the heat exchanger is made in the form of a water jacket, and the upper part is in in the form of a special chamber communicating with the water jacket of the lower part, equipped with vertical flues for utilizing the heat of the flue gases, the inner and outer surfaces of the flues being made in the form of cylindrical screw-shaped metal ribs [description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2158395 of 05/12/1999, IPC 7 F24H 1/28, publ. 10.27.2000].
Теплообменник обеспечивает повышение коэффициента полезного действия и удешевление производства теплоэнергии.A heat exchanger provides an increase in the efficiency and a reduction in the cost of heat production.
Данный теплообменник способен утилизировать большую часть тепла отходящих дымовых газов, но отрицательным моментом этого является практически постоянное отпотевание стенок в тех или иных местах, что приводит к преждевременному выходу теплообменника из строя. Именно по этой причине стенки таких теплообменных аппаратов делают с большой толщиной и, вообще, сами теплообменники выполняют в виде самостоятельных котлов.This heat exchanger is able to utilize most of the heat of the exhaust flue gases, but the negative point of this is the almost constant fogging of the walls in certain places, which leads to premature failure of the heat exchanger. For this reason, the walls of such heat exchangers are made with a large thickness and, in general, the heat exchangers themselves are made in the form of independent boilers.
Известна более совершенная конструкция теплообменника, которая применяется в газовом отопительном водогрейном каскадном котле с КПД не ниже 91% и включает объединенные в единое устройство верхний и нижний теплообменники, где верхний представляет пучок медных оребренных труб, а нижний представляет собой полый элемент из листовой стали, расположенный по периметру вокруг топки, а его водяная полость соединена посредством перепускного патрубка с расположенным над ним верхним теплообменником, который выполнен медно-чугунно-стальным [описание изобретения к патенту РФ №2381421 от 17.09.2007, МПК F24H 1/00, опубл. 10.02.2010]. Такие теплообменники можно скомпоновать в двухуровневую батарею. Их преимущество - сочетание в одной конструкции двух концепций - скоростного медного и объемного стального теплообменников.A more advanced heat exchanger design is known, which is used in a gas heating cascade boiler with an efficiency of not less than 91% and includes the upper and lower heat exchangers combined in a single device, where the upper one is a bundle of copper finned tubes, and the lower one is a hollow sheet steel element located around the perimeter around the firebox, and its water cavity is connected via an overflow pipe to the upper heat exchanger located above it, which is made of copper-cast iron-steel [description the invention to the patent of the Russian Federation No. 2381421 dated 09/17/2007, IPC F24H 1/00, publ. 02/10/2010]. Such heat exchangers can be arranged in a two-level battery. Their advantage is a combination of two concepts in one design - high-speed copper and volume steel heat exchangers.
Сочетание разнородных материалов с различными физическими и электрохимическими показателями способствует интенсивному износу соединяемых деталей, особенно во время переключения теплообменника на функцию исключительно горячего водоснабжения - на отпотевших стенках образуется агрессивный конденсат, способствующий неравномерному износу (коррозии) стенок деталей теплообменника.The combination of dissimilar materials with different physical and electrochemical parameters contributes to intensive wear of the connected parts, especially when the heat exchanger switches to the function of exclusively hot water supply - aggressive condensate forms on the sweating walls, which contributes to uneven wear (corrosion) of the walls of the heat exchanger parts.
Наличие разнообразных конструкций теплообменников, используемых в котлах, в том числе являющихся элементами корпусных деталей котлов, не позволяет выбрать такой, где органично сочетаются низкая металлоемкость, высокая теплоотдача и, одновременно, высокая теплоемкость, способные обеспечить теплом второй контур - горячего водоснабжения.The presence of various designs of heat exchangers used in boilers, including those that are elements of the boiler body parts, does not allow us to choose one where organically low metal consumption, high heat transfer and, at the same time, high heat capacity are able to provide heat to the second circuit - hot water supply.
Задача, решаемая вторым изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в расширении номенклатуры выпускаемых теплообменников котлов для отопления и/или горячего водоснабжения с улучшенными эксплуатационными и массовыми характеристиками, надежных в работе и простых в обслуживании, обеспечивающих повышение температуры отходящих газов и увеличение КПД или сохранение его на требуемом нормами государственных стандартов уровне.The problem solved by the second invention of the group and the technical result achieved are to expand the range of manufactured heat exchangers for boilers for heating and / or hot water supply with improved operational and mass characteristics, reliable in operation and easy to maintain, providing an increase in the temperature of the exhaust gases and increase the efficiency or preservation it at the level required by state standards.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата теплообменник котла включает призматический корпус с открытой нижней частью, трубной доской в верхней части, змеевиком на наружной поверхности и патрубками подвода-отвода теплоносителя, при этом трубная доска включает два уровня оребренных трубок, причем шаг оребрения верхнего уровня относится к шагу оребрения нижнего уровня как 1:(1,75-2,25), патрубок подвода теплоносителя установлен на входе в змеевик, патрубок отвода теплоносителя установлен на выходе с трубной доски верхнего уровня, а сам теплообменник выполнен из меди или сплава на основе меди.To solve the problem and achieve the claimed technical result, the boiler heat exchanger includes a prismatic housing with an open lower part, a tube plate in the upper part, a coil on the outer surface and coolant inlet and outlet pipes, while the tube plate includes two levels of finned tubes, and the upper finning step level refers to the lower ribbing step as 1: (1.75-2.25), the coolant supply pipe is installed at the inlet to the coil, the coolant drain pipe is installed at the outlet with slaughter board of the upper level, and the heat exchanger itself is made of copper or an alloy based on copper.
Типовая буферная емкость котла для отопления и/или горячего водоснабжения включает преимущественно призматический корпус с расположенным внутри него теплообменником контура горячего водоснабжения, выполненным в виде змеевика, и каналы подвода-отвода теплоносителя и подвода-отвода воды. Буферная емкость может быть вынесена за пределы расположения теплообменника [см. описание изобретения к патенту РФ №2230262 от 07.08.2002, МПК7 F24H 1/48, опубл. 10.06.2004] или располагаться непосредственно на теплообменнике [см. ранее упомянутое описание полезной модели к патенту РФ №88113].A typical boiler buffer tank for heating and / or hot water supply includes mainly a prismatic housing with a heat exchanger for the hot water supply circuit located inside it, made in the form of a coil, and channels for supplying and discharging the coolant and for supplying and discharging water. The buffer tank can be moved outside the location of the heat exchanger [see Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2230262 dated 08/07/2002, IPC 7 F24H 1/48, publ. 06/10/2004] or located directly on the heat exchanger [see the previously mentioned description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 88113].
Преимущества раздельного расположения заключаются в возможности обеспечения высокой мощности горячего водоснабжения, высокой ремонтопригодности (включая обслуживание), а также возможности компоновки котла в соответствии с планировкой помещения.The advantages of a separate location are the ability to provide high power hot water supply, high maintainability (including maintenance), as well as the possibility of layout of the boiler in accordance with the layout of the room.
Недостатки - ограниченные эксплуатационные возможности, которые выражаются в нестабильной работе котла при увеличении расхода горячей воды, что влечет за собой снижение температуры в системе отопления, при этом увеличение объема буферной емкости резко снижает полезное пространство помещения.Disadvantages - limited operational capabilities, which are expressed in unstable operation of the boiler with an increase in hot water consumption, which entails a decrease in temperature in the heating system, while an increase in the volume of the buffer tank sharply reduces the usable space of the room.
Преимущества непосредственного расположения буферной емкости на теплообменнике заключаются в обеспечении возможности скорейшей теплопередачи от более нагретого тела к менее нагретому.The advantages of the direct location of the buffer tank on the heat exchanger are that it allows the speediest possible heat transfer from a warmer body to a less heated one.
Недостатки - усложнение конструкции котла и его непропорциональные габариты, а также низкая ремонтопригодность.Disadvantages - the complexity of the design of the boiler and its disproportionate dimensions, as well as low maintainability.
Задача, решаемая третьим изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в расширении номенклатуры выпускаемых буферных емкостей котлов для отопления и/или горячего водоснабжения с улучшенными эксплуатационными и массовыми характеристиками, надежных в работе и простых в обслуживании, обеспечивающих оптимальный объем для больших расходов горячей воды, который достаточен для срабатывания средств контроля и управления работой связанных с ними теплообменных аппаратов.The problem solved by the third invention of the group and the technical result achieved are to expand the range of manufactured buffer tanks of boilers for heating and / or hot water supply with improved operational and mass characteristics, reliable in operation and easy to maintain, providing an optimal volume for high consumption of hot water, which is sufficient for triggering the means of monitoring and controlling the operation of heat exchangers associated with them.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата буферная емкость котла включает призматический корпус с расположенным внутри него теплообменником контура горячего водоснабжения, выполненным в виде змеевика, и патрубки подвода-отвода теплоносителя и подвода-отвода воды, при этом внутри корпуса установлен стакан, открытая часть которого расположена со стороны патрубка отвода теплоносителя, а дно - со стороны патрубка подвода теплоносителя, змеевик расположен в зазоре между внутренними стенками корпуса и наружными стенками стакана, в дне стакана выполнены каналы, общая площадь которых не превышает площадь внутреннего сечения патрубка подвода теплоносителя, а объем призматического корпуса выбирают в пределах 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла.To solve the problem and achieve the claimed technical result, the boiler buffer capacity includes a prismatic housing with a heat exchanger of the hot water supply circuit located inside it, made in the form of a coil, and pipes for supplying and discharging the coolant and supplying and discharging water, while a glass is installed inside the case, the open part which is located on the side of the coolant outlet pipe, and the bottom - on the side of the coolant supply pipe, the coil is located in the gap between the inner walls of the housing and the outer walls of the cup, bottom cup formed in the channels, the total area of which is less than the cross section area of the inner coolant inlet pipe and the volume of the prismatic body is selected in the range 0.2-0.4 liters per 1 kW of power boiler.
Известен способ автономного теплоснабжения, включающий нагрев воды в газовом котле продуктами сгорания, подачу ее в подающий трубопровод системы отопления и горячего водоснабжения, поступление остывшей воды в обратный трубопровод и оттуда - в газовый котел, ПРИ ЭТОМ выходящие из котла дымовые газы охлаждают наружным и дутьевым воздухом до температуры ниже точки росы с последующим образованием конденсата водяных паров, который в виде пленки стекает вниз, смешиваясь при этом с конденсатом, насыщенным кислотными компонентами, кислородом и озоном, взаимодействует с окислами азота с образованием двуокиси азота и дальнейшим образованием азотной кислоты и ее нейтрализацией [описание изобретения к патенту РФ №2280815 от 26.04.2004, МПК F24D 3/00, опубл. 27.07.2006]. В результате реализации способа увеличивается экологическая и экономическая эффективность автономного теплоснабжения за счет очистки дымовых газов от вредных примесей и их утилизации.A known method of autonomous heat supply, including heating water in a gas boiler with combustion products, supplying it to a supply pipe of a heating system and hot water supply, the supply of cooled water to a return pipe and from there to a gas boiler, with the flue gases leaving the boiler being cooled by external and blast air to a temperature below the dew point with the subsequent formation of condensate of water vapor, which flows down in the form of a film, mixing with condensate saturated with acidic components, oxygen Ozone reacts with nitrogen oxides to form nitrogen dioxide and the further formation of nitric acid, and its neutralization [specification of a patent of RF №2280815 26.04.2004, IPC F24D 3/00, publ. July 27, 2006]. As a result of the implementation of the method, the environmental and economic efficiency of autonomous heat supply increases due to the purification of flue gases from harmful impurities and their disposal.
Недостатком способа является его сложность и необходимость использования при его реализации дорогостоящих коррозионностойких материалов и специального химического оборудования. На примере работы мини-котельной представляется спорной целесообразность утилизации дымовых газов за счет усложнения процесса отопления и горячего водоснабжения.The disadvantage of this method is its complexity and the need to use in its implementation of expensive corrosion-resistant materials and special chemical equipment. On the example of the mini-boiler room operation, the feasibility of utilizing flue gases due to the complication of the heating process and hot water supply is debatable.
Способ работы котла для отопления и горячего водоснабжения также можно проследить на примере работы известного водогрейного котла, производство которого освоено в 2009 году [см. ранее упомянутое описание полезной модели к патенту РФ №88113]. В частности, работа котла включает подачу воздуха в топочную камеру, нагрев теплоносителя продуктами сгорания газа в теплообменнике контура отопления, отвод продуктов сгорания через патрубок удаления, подачу теплоносителя в буферную емкость, оснащенную теплообменником контура горячего водоснабжения, и далее - в подающий трубопровод системы отопления, поступление остывшей воды в обратный трубопровод и оттуда - в теплообменник контура отопления. Способ отличается простотой и надежностью.The method of operation of the boiler for heating and hot water supply can also be traced on the example of the well-known hot water boiler, the production of which was mastered in 2009 [see the previously mentioned description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 88113]. In particular, the operation of the boiler includes air supply to the combustion chamber, heating of the coolant with gas from the combustion gas in the heat exchanger of the heating circuit, removal of combustion products through the removal pipe, supply of coolant to the buffer tank equipped with the heat exchanger of the hot water supply circuit, and then to the supply pipe of the heating system, the flow of cooled water into the return pipe and from there to the heat exchanger of the heating circuit. The method is simple and reliable.
К недостаткам способа работы котла следует отнести высокую инертность процессов, которая связана с повышенной металлоемкостью. Это делает сложным повышение температуры отходящих газов и увеличение КПД оборудования. Устранение этого недостатка требует применения дорогостоящего аппаратного обеспечения и сложной системы управления.The disadvantages of the method of operation of the boiler include high inertia of the processes, which is associated with increased metal consumption. This makes it difficult to increase the temperature of the exhaust gases and increase the efficiency of the equipment. The elimination of this drawback requires the use of expensive hardware and a sophisticated control system.
Задача, решаемая четвертым изобретением группы, и достигаемый технический результат заключаются в дальнейшей оптимизации работы водогрейных котлов, улучшении их эксплуатационных и массовых характеристик, обеспечивающих повышения температуры отходящих газов и увеличение КПД или сохранения его на требуемом нормами государственных стандартов уровне, а также повышение надежности работы и упрощение обслуживания.The problem solved by the fourth invention of the group, and the technical result achieved, are to further optimize the operation of hot water boilers, improve their operational and mass characteristics, which increase the temperature of the exhaust gases and increase the efficiency or maintain it at the level required by state standards, as well as increase the reliability and simplification of service.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в известном способе работы котла для отопления и/или горячего водоснабжения, включающем подачу воздуха в камеру сгорания, нагрев теплоносителя продуктами сгорания газа в теплообменнике контура отопления, отвод продуктов сгорания через патрубок удаления, подачу теплоносителя в буферную емкость, оснащенную теплообменником контура горячего водоснабжения, и далее в подающий трубопровод системы отопления, поступление остывшей воды в обратный трубопровод и оттуда - в теплообменник контура отопления, подачу воздуха в камеру сгорания совмещают с его подачей в герметичный корпус котла и подогревом за счет отвода части тепла с патрубка удаления продуктов сгорания и наружной поверхности теплообменника контура отопления, а отвод продуктов сгорания осуществляют одновременно с эжекцией подогретого воздуха из герметичного корпуса.To solve the problem and achieve the claimed technical result in the known method of operation of the boiler for heating and / or hot water supply, which includes supplying air to the combustion chamber, heating the heat carrier with gas combustion products in the heat exchanger of the heating circuit, exhausting combustion products through the removal pipe, supplying heat carrier to the buffer a tank equipped with a heat exchanger of the hot water supply circuit, and then into the supply pipe of the heating system, the flow of cooled water into the return pipe and from there to the heat exchanger of the heating circuit, the air supply to the combustion chamber is combined with its supply to the sealed boiler body and heated by removing part of the heat from the pipe to remove combustion products and the outer surface of the heat exchanger of the heating circuit, and the combustion products are removed simultaneously with ejection of heated air from sealed enclosure.
Кроме этого:Besides:
- процессы теплопередачи и теплоотвода осуществляют с использованием теплообменника контура отопления, конструктивные элементы которого выполнены из меди или сплава на основе меди;- the processes of heat transfer and heat removal are carried out using a heat exchanger of the heating circuit, the structural elements of which are made of copper or an alloy based on copper;
- объем буферной емкости выбирают в пределах 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла;- the volume of the buffer tank is selected in the range of 0.2-0.4 liters per 1 kW of boiler power;
- поступление остывшей воды в обратный трубопровод осуществляют принудительно.- the flow of cooled water into the return pipe is forced.
Изобретения иллюстрируются чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- на фиг.1 схематично показана конструкция котла для отопления и/или горячего водоснабжения;- figure 1 schematically shows the design of the boiler for heating and / or hot water;
- на фиг.2 схематично показан вид А фиг.1 - конструктивное исполнение двухуровневой трубной доски теплообменника в развернутом виде;- figure 2 schematically shows a view And figure 1 - structural design of a two-level tube plate of the heat exchanger in expanded form;
- на фиг.3 показано сечение Б-Б фиг.1 - конструкция буферной емкости котла.- figure 3 shows a section bB of figure 1 - the design of the buffer capacity of the boiler.
Котел для отопления и/или горячего водоснабжения содержит расширительный бачок 1 и герметичный корпус 2, в котором размещены топочная камера 3 с газовой горелкой 4, теплообменник 5 контура отопления с дымовой коробкой 6, буферная емкость 7 с теплообменником 8 контура горячего водоснабжения, патрубок 9 подачи воздуха в топку к газовой горелке 4 и патрубок 10 удаления продуктов сгорания, расположенные в верхней части котла, патрубки 11 подвода и 12 отвода теплоносителя, в качестве которого, как правило, выступает специально подготовленная вода, и патрубки подвода 13 и отвода 14 воды, и систему управления, включающую блок 15 автоматического управления газовой горелкой 4, автоматический клапан 16 воздуховыпуска, датчик 17 опрокидывания тяги, датчик 18 протока среды, установленный на патрубке 11 подвода теплоносителя, предохранительный клапан 19, установленный на дополнительном патрубке 20, соединяющем буферную емкость 7 с патрубком 11 подвода теплоносителя, и датчик 21 контроля температуры теплоносителя, установленный на патрубке подвода теплоносителя в месте его соединения с теплообменником контура отопления и связанный с блоком автоматического управления газовой горелкой. Теплообменник 5 контура отопления включает призматический корпус 22 с открытой нижней частью, образующей топочную камеру 3, трубной доской 23 в верхней части и змеевиком 24 на наружной поверхности, дымовая коробка 6 в месте ее соединения с патрубком 10 удаления продуктов сгорания снабжена каналом 25, соединенным с внутренней полостью 26 герметичного корпуса 2, а буферная емкость 7 связана с патрубком 12 отвода теплоносителя и включает призматический корпус 27 с расположенным внутри него теплообменником 8 контура горячего водоснабжения и собственными патрубками подвода 28 и отвода 29 теплоносителя и подвода 13 и отвода 14 воды, при этом буферная емкость 7 вынесена за пределы расположения теплообменника 5 контура отопления, размещена в нижней части герметичного корпуса 2 и посредством дополнительного патрубка 20 через кран 30 переключения в режим «отопление + горячее водоснабжение/только горячее водоснабжение» соединена с патрубком 11 подвода теплоносителя, на котором после его соединения с дополнительным патрубком 20 буферной емкости 7 установлен насос 31.The boiler for heating and / or hot water supply contains an
Для улучшения показателей работы котла теплообменник 5 контура отопления выполнен из меди или сплава на основе меди, а объем буферной емкости 7 выполнен в пределах 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла.To improve the performance of the boiler, the
Особенностями теплообменника 5 контура отопления котла является то, что он как самостоятельное изделие включает призматический корпус 22 с открытой нижней частью, трубной доской 23 в верхней части, змеевиком 24 на наружной поверхности и патрубками подвода 11 и отвода 12 теплоносителя, при этом трубная доска 23 включает два уровня - 32 и 33 оребренных трубок 34 и 35, причем шаг оребрения верхнего уровня 32 относится к шагу оребрения нижнего уровня 33 как 1:(1,75-2,25), патрубок 11 подвода теплоносителя установлен на входе 36 в змеевик 24, а патрубок 12 отвода теплоносителя установлен на выходе 37 с трубной доски 23 верхнего уровня 32. В таком виде теплообменник 5 может быть изготовлен из меди или сплава на основе меди.The features of the
Особенностями буферной емкости 7 котла является то, что она как самостоятельное изделие включает призматический корпус 27 с расположенным внутри него теплообменником 8 контура горячего водоснабжения, выполненным в виде змеевика (та же поз.8), и патрубки подвода 28 и отвода 29 теплоносителя и подвода 13 и отвода 14 воды, внутри корпуса 27 установлен стакан 38, открытая часть которого расположена со стороны патрубка 29 отвода теплоносителя, а дно 39 - со стороны патрубка 28 подвода теплоносителя, змеевик 8 расположен в зазоре 40 между внутренними стенками корпуса 27 и наружными стенками стакана 38, при этом в дне 39 стакана 37 выполнены каналы 41, общая площадь которых не превышает площадь внутреннего сечения патрубка 28 подвода теплоносителя. При проектировании буферной емкости следует исходить из того, что объем призматического корпуса 27 должен составлять 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла.The features of the
С учетом конструктивных особенностей котла для отопления и/или горячего водоснабжения, способ его работы будет включать подачу воздуха в топочную камеру 3, нагрев теплоносителя продуктами сгорания газа в теплообменнике 5 контура отопления, отвод продуктов сгорания через патрубок 10 удаления, подачу теплоносителя в буферную емкость 7, оснащенную теплообменником 8 контура горячего водоснабжения, и далее через патрубок 29 отвода теплоносителя в подающий трубопровод системы отопления (условно не показана), поступление остывшей воды в патрубок 11 обратного трубопровода и оттуда - в теплообменник 5 контура отопления, при этом подачу воздуха в топочную камеру 3 совмещают с его подачей в герметичный корпус 2 котла и подогревом за счет отвода части тепла с патрубка 10 удаления продуктов сгорания, элементом которого является дымовая коробка 6, и наружной поверхности теплообменника 5 контура отопления, а отвод продуктов сгорания осуществляют одновременно с эжекцией ранее подогретого воздуха из герметичного корпуса 2 через канал 25 дымовой коробки 6.Taking into account the design features of the boiler for heating and / or hot water supply, the method of its operation will include air supply to the
При реализации способа процессы теплопередачи и теплоотвода также осуществляют с использованием теплообменника 5 контура отопления, конструктивные элементы которого выполнены из меди или сплава на основе меди, объем буферной емкости выбирают в пределах 0,2-0,4 литра на 1 кВт мощности котла, а поступление остывшей воды в обратный трубопровод осуществляют принудительно при помощи насоса 31.When implementing the method, the processes of heat transfer and heat removal are also carried out using a
Проанализируем существенность признаков изобретений.We analyze the materiality of the features of inventions.
Серьезнейшей проблемой при создании малогабаритных котлов для отопления и горячего водоснабжения малой и средней мощности является отпотевание стенок теплообменников и образование конденсата на стенках дымовых труб, включая места их соединения с патрубками отвода дымовых газов. Учитывая сложный состав дымовых газов при их соединении с водой, образуются соединения, вызывающие активную коррозию металлоконструкций. Традиционно эта проблема решалась применением специальных дорогостоящих материалов или увеличением толщины стенок соответствующих деталей котлов, в результате чего масса котлов непропорционально увеличивалась. В этом был свой положительный результат, поскольку одновременно с массой увеличивалась теплоемкость конструкции - она дольше сохраняла тепло и за счет тепловой инерции была способна сглаживать, например, кратковременные сбои в работе топочной камеры. Однако эта инерционность при оперативном отслеживании режимов работы оборудования требовала использования сложной, преимущественно электронной системы управления. Кроме этого, в небольшом помещении, где традиционно используются или должны использоваться котлы малой и средней мощности, сложно установить габаритный металлоемкий котел, тем более разместить его на стене. Использование тонкостенных элементов в конструкции котла в сочетании с его микропроцессорным управлением позволяет решить проблему снижения массогабаритных характеристик и оперативного отслеживания различных режимов работы оборудования, но не решает проблему образования конденсата. Более того, в двухконтурных котлах она усугубляется. Государственные стандарты регламентируют температуру отходящих дымовых газов не ниже 116°С, хотя опыт показывает, что для российских зим эта температура должна быть 130-150°С. Однако указанная температура существенно снижает КПД котла от рекомендуемого - 91%. Одновременно попытка увеличения КПД ведет к падению температуры отходящих газов ниже установленных 116°С.A major problem in creating small-sized boilers for heating and hot water supply of small and medium capacity is the fogging of the walls of the heat exchangers and the formation of condensate on the walls of the chimneys, including their connection with the flue gas outlet pipes. Given the complex composition of flue gases when they are combined with water, compounds are formed that cause active corrosion of metal structures. Traditionally, this problem was solved by the use of special expensive materials or by increasing the wall thickness of the corresponding boiler parts, as a result of which the mass of the boilers disproportionately increased. This was a positive result, since the heat capacity of the structure increased simultaneously with the mass - it retained heat longer and due to thermal inertia was able to smooth out, for example, short-term malfunctions of the combustion chamber. However, this inertia in the operational monitoring of equipment operating conditions required the use of a complex, mainly electronic control system. In addition, in a small room where boilers of small and medium power are traditionally used or should be used, it is difficult to install a dimensional metal-intensive boiler, especially to place it on the wall. The use of thin-walled elements in the design of the boiler in combination with its microprocessor control allows us to solve the problem of reducing weight and size characteristics and operational tracking of various operating modes of the equipment, but does not solve the problem of condensation. Moreover, in double-circuit boilers, it is exacerbated. State standards regulate the temperature of exhaust flue gases not lower than 116 ° С, although experience shows that for Russian winters this temperature should be 130-150 ° С. However, the indicated temperature significantly reduces the boiler efficiency from the recommended - 91%. At the same time, an attempt to increase the efficiency leads to a drop in the temperature of the exhaust gases below the set value of 116 ° C.
Настоящие изобретения решают вышеописанное техническое противоречие. Смысл решений заключается в создании теплообменника 5 контура отопления, который максимально утилизирует тепло отходящих дымовых газов за счет объединения топочной камеры 3 с трубной доской 23 в едином призматическом корпусе 22, который в своей нижней части - на уровне топочной камеры 3, но с наружной стороны - оснащен змеевиком 24. Это позволяет, используя тонкостенные детали теплообменника и трубки малого диаметра, например, выполненные из меди, потенциально утилизировать большую часть тепла отходящих дымовых газов и передать часть тепла во внутреннюю полость 26 герметичного корпуса 2 за счет теплопередачи, конвективного теплообмена и теплообмена излучением. Свежий воздух, зайдя во внутреннюю полость 26 герметичного корпуса 2, выступая в качестве теплоизолятора между теплообменником 5 и стенками корпуса 2, нагревается, отбирая избыток тепла, и поступает в топочную камеру 3 подготовленным, т.е. не охлаждающим образующиеся топочные газы. В результате горения происходят процессы образования топочных газов, которые, поднимаясь вверх, передают тепло стенкам теплообменника 5, при этом его установленные в трубной доске 23 трубки, тем более оребренные, выступают в роли механических сопротивлений, тормозящих скорость газов.The present inventions solve the technical contradiction described above. The meaning of the solutions is to create a
Дополнительные возможности появляются у котла в случае, если трубная доска 23 будет включать два уровня - 32 и 33 оребренных трубок 34 и 35, причем шаг оребрения верхнего уровня 32 будет относиться к шагу оребрения нижнего уровня 33 как 1:(1,75-2,25). Более частое оребрение трубок верхнего уровня 32 будет обеспечивать последовательный отбор тепла дымовых газов и последовательное (плавное) уменьшение сечения газовых каналов удаления продуктов сгорания, что характерно для прогнозируемого режима работы теплообменника 5.Additional possibilities appear at the boiler if the
В случае, если соотношение шага оребрения трубок 34 верхнего уровня 32 к трубкам 35 нижнего уровня 33 будет выражаться по нижнему пределу, это приведет к увеличению КПД значительно большему, чем 91%, за счет утилизации максимального количества тепла продуктов сгорания, но при этом снизится температура отходящих дымовых газов, что приведет к образованию коррозионно-активного конденсата.If the ratio of the finning pitch of the
В случае, если соотношение шага оребрения трубок 34 верхнего уровня 32 к трубкам 35 нижнего уровня 33 будет выражаться по верхнему пределу, это может привести к тому, что нижний уровень 33 будет недогружен, а верхний уровень 32 не будет справляться с отбором тепла. Это приведет к снижению КПД котла.If the ratio of the finning pitch of the
За счет естественной тяги регулируется скорость подачи нагретого воздуха в топочную камеру 3. Избыток нагретого воздуха с небольшим количеством свежего воздуха за счет эжекции через канал 25 уходит наружу, смешиваясь с отходящими топочными газами существенно не охлаждая при этом их. В результате всех перечисленных процессов происходит естественная оптимизация работы котла - в топочную камеру 3 подается ровно столько подогретого воздуха, сколько требуется для поддержания процесса горения природного газа, поскольку избыток подогретого воздуха уходит в дымовую трубу через канал 25, а недостаток компенсируется за счет уменьшения тяги и, соответственно, эжекции. Избыточный поток свежего воздуха, который может поступить в результате, например, наддува сильного ветра, будет самортизирован объемом внутренней полости 26 герметичного корпуса 2, и гашение газовой горелки 4 не произойдет.Due to the natural draft, the heated air supply to the
Наличие буферной емкости 7 заданного объема позволяет обеспечить безаварийную работу теплообменника 5 и котла в целом при использовании простейших, но и наиболее надежных датчиков, например датчика 21 контроля температуры воды, который, например, в случае эксплуатации котла в режиме «только горячее водоснабжение» (ограниченный объем оборотного теплоносителя и резкая смена режимов теплоотвода) успевает передать команду на блок автоматического управления газовой горелкой 4 до того, как произойдет перегрев теплообменника, соответствующий, например, температуре 95°C и выше. Благодаря этому на внутренних стенках трубок 24, 34 и 35 не будет образовываться накипь, даже при использовании в системе отопления жесткого теплоносителя. Что касается объема буферной емкости 7, то ее малый объем (менее 0,2 литра на 1 кВт мощности котла) не успеет обеспечить время срабатывания датчика 21 контроля температуры теплоносителя, а большой объем (более 0,4 литра на 1 кВт мощности) приведет к необоснованному увеличению массогабаритных характеристик котла.The presence of a
Отнесение буферной емкости 7 на периферию герметичного корпуса 2, в его нижнюю часть позволяет избежать ее дополнительного неконтролируемого нагрева, иного, кроме нагрева теплоносителем на выходе из теплообменника 5 контура отопления.The assignment of the
Проблемой горячего водоснабжения в двухконтурных котлах является ограниченная температура подогрева воды в контуре горячего водоснабжения, зависящая от ее расхода и времени года. Например, в зимнее время потребуется горячая вода для ванны. Большой расход воды, проходящей через теплообменник горячего водоснабжения, потребует большой поверхности теплопередачи, а также его размещения внутри теплообменника отопления. Это приведет к непропорциональному увеличению габаритов котла. В противном случае вода нагреется ниже требуемой температуры, а система отопления недополучит необходимое количество тепла.The problem of hot water supply in double-circuit boilers is the limited temperature of water heating in the hot water circuit, depending on its flow rate and time of year. For example, in the winter, hot bath water is required. A large flow rate of water passing through a hot water heat exchanger will require a large heat transfer surface, as well as its placement inside the heating heat exchanger. This will lead to a disproportionate increase in the size of the boiler. Otherwise, the water will heat below the required temperature, and the heating system will not receive the required amount of heat.
В настоящем котле змеевик теплообменника 8 горячего водоснабжения размещен в буферной емкости 7 и занимает ее максимально возможное пространство - всю периферию относительно оси потока теплоносителя. Однако благодаря «сердечнику» в виде стакана 38 поток теплоносителя в случае больших расходов воды охлаждается и закупоривает внутреннюю полость стакана 38, ограничивая свое течение через каналы 41 и начинает интенсивно двигаться в зазоре 40 между внутренними стенками корпуса 27 и наружными стенками стакана 38. Происходит интенсивный отбор тепла у теплоносителя. Для системы автоматики это означает увеличение подачи газа на горелку 4.In this boiler, the coil of the hot
Массогабаритные характеристики котла позволяют использовать его как в напольном варианте эксплуатации, так и в настенном.The overall dimensions of the boiler allow it to be used both in the outdoor version of the operation and in the wall.
Перечисленные совокупности существенных признаков технических решений котла для отопления и/или горячего водоснабжения, его теплообменника и буферной емкости, а также реализуемый ими способ работы котла не позволили выявить решения, в том числе тождественные, обеспечивающие тот же самый технический результат, что позволило сделать вывод о соответствии заявленных решений условиям охраноспособности «новизна» и «изобретательский уровень».The listed sets of essential features of the technical solutions of the boiler for heating and / or hot water supply, its heat exchanger and buffer capacity, as well as the method of operation of the boiler implemented by them did not allow to identify solutions, including identical ones, providing the same technical result, which allowed us to conclude compliance of the declared solutions with the conditions of protection “novelty” and “inventive step”.
Рассмотрим работу котла на наиболее характерных примерах.Consider the operation of the boiler with the most typical examples.
Пример 1. Работа котла в режиме отопления и горячего водоснабжения.Example 1. The operation of the boiler in heating and hot water mode.
Котел устанавливается на полу в отведенном месте или крепится на стену, подключается патрубком 9 к воздуховоду, если используется закрытая схема работы котла, патрубком 10 - к каналу отвода продуктов сгорания, патрубками 11 и 12 - к системе отопления, патрубками 13 и 14 - к водопроводу, патрубком 42 - к магистрали природного газа и насосом 31 - к электросети. В отопительную систему заливают теплоноситель. Клапан 16 воздуховыпуска автоматически освобождает теплообменник 5 контура отопления от находящегося там воздуха. Проверяют подключения - их качество и герметичность. На блоке 5 автоматического управления газовой горелкой 4 устанавливают необходимую температуру теплоносителя. Кран 30 переключения устанавливают в режим «отопление + горячее водоснабжение», включают насос 31. Далее включают подачу газа и зажигают запальник, пламя с которого воспламеняет горелку 4. В топочной камере 3 образуются высокотемпературные дымовые газы, отдающие тепло через стенки и трубки теплообменника 5 теплоносителю. Далее охлажденные дымовые газы с температурой примерно 135°C поднимаются в дымовую коробку 6, поступают в патрубок 10 удаления продуктов сгорания и уходят наружу, засасывая при этом часть подогретого воздуха из внутренней полости 26 герметичного корпуса 2. Засасываемый воздух не позволяет нагреваться датчику 17 опрокидывания тяги, но одновременно и не охлаждает продукты сгорания до температуры, способствующей образованию конденсата. Нагретый теплоноситель, проходя через буферную емкость 7, поступает в систему отопления, отдает тепло и возвращается в теплообменник 5. Как только температура теплоносителя достигнет установленного уровня, датчик 21 контроля его температуры дает команду на отключение горелки 4, запальник при этом продолжает гореть, расходуя минимальное количество природного газа для поддержания собственного горения. Как только температура теплоносителя понизится ниже установленного предела, датчик 21 дает команду на подачу газа в горелку 4. Пламя запальника передается на горелку 4, воспламеняя природный газ. Таким образом, происходит автоматическое поддержание заданной температуры теплоносителя в системе отопления.The boiler is installed on the floor in a designated place or mounted on a wall, connected by
При отборе горячей воды теплообменник 8 контура горячего водоснабжения, находящийся в буферной емкости 7, начинает интенсивно отбирать тепло у теплоносителя. Датчик 21 фиксирует понижение температуры и дает команду на увеличение расхода газа. Полученного тепла будет достаточно, чтобы обеспечить заданную температуру в системе отопления и обеспечить нужную температуру горячей воды. Как только забор горячей воды прекратится, датчик 21 дает команду на отключение горелки 4 и т.д.During the selection of hot water, the
Как видно из описания, все управление работой котла сводится к отслеживанию заданной температуры теплоносителя достаточно простым и очень надежным датчиком 2 ее контроля.As can be seen from the description, all control over the operation of the boiler is reduced to monitoring the set temperature of the coolant with a rather simple and very
Далее рассмотрим потенциально возможные варианты работы котла.Next, we consider the potential options for the operation of the boiler.
В случае отключения электричества насос 31 перестает работать, датчик 18 протока среды дает команду на отключение газовой горелки 4. По прошествии небольшого промежутка времени термопара горелки 4 отключает запальник. Для включения котла надо повторить предыдущие операции, начиная с включения подачи газа и т.д.In the event of a power outage, the
В случае возникновения непредвиденной обратной тяги, особенно актуальной при использовании открытой схемы работы котла, происходит выгорание воздуха из внутренней полости 26 герметичного корпуса 2 без отвода дымовых газов наружу. Дымовые газы нагревают датчик 17 опрокидывания тяги, и он дает команду на отключение газовой горелки 4 и т.д.In the event of unforeseen reverse thrust, which is especially relevant when using an open boiler operation scheme, air burns out from the
В случае перегрева теплоносителя датчик 21 контроля его температуры дает команду на выключение горелки 4. Если перегрев произошел из-за выхода датчика 21 из строя, то отсутствие обратной связи также отключает горелку 4.In case of overheating of the coolant, the
В случае повышения давления теплоносителя в системе отопления срабатывает предохранительный клапан 19, «лишний» теплоноситель автоматически сливается из системы, и котел может продолжать дальнейшую работу.If the pressure of the coolant in the heating system increases, the
Пример 2. Работа котла в режиме только горячего водоснабжения.Example 2. The operation of the boiler in the mode of hot water only.
В данном режиме, характерном для летнего периода времени, проводят, при необходимости, все те же мероприятия, что и описанные в Примере 1, за исключением того, что кран 30 переключения устанавливают в режим «горячее водоснабжение», следствием чего будет образование «малого» контура движения теплоносителя с наименьшим сопротивлением среды, исключающем сопротивление в системе отопления.In this mode, characteristic of the summer time period, if necessary, all the same activities are carried out as described in Example 1, except that the switching
В исходном состоянии котла горит только запальник газовой горелки 4 с ее периодическим включением, необходимым для поддержания заданной температуры в «малом» контуре, который находится в своеобразном термостате - герметичном корпусе 2.In the initial state of the boiler, only the ignition of the
Как только включают отбор горячей воды, происходит падение температуры теплоносителя, и сразу же от работающего запальника включается газовая горелка 4.As soon as the selection of hot water is switched on, the coolant temperature drops, and immediately from the working igniter, the
По истечении времени отбор горячей воды прекращается, датчик 21 не успевает мгновенно отреагировать на отключение горелки 4, которая продолжает работать в штатном режиме и греть теплоноситель. В этот момент, для исключения перегрева теплоносителя, задействуется его весь находящийся в буферной емкости объем. Циркуляции этого объема достаточно для того, чтобы обладающий инерцией срабатывания датчик 21 контроля температуры послал сигнал на блок 15 автоматического управления газовой горелкой 4 для ее отключения.After the elapsed time, the selection of hot water stops, the
Как видно из описания данного режима работы котла, все управление его работой также сводится к отслеживанию заданной температуры теплоносителя датчиком 21 ее контроля.As can be seen from the description of this mode of operation of the boiler, all control of its operation also comes down to monitoring the set temperature of the coolant by the
Пример 3. Работа котла только в режиме отопления.Example 3. The operation of the boiler only in heating mode.
В данном режиме, характерном для не оборудованных водопроводом жилых помещений, котел работает в последовательности, аналогичной описанной в Примере 1, за исключением использования контура горячего водоснабжения, который глушится специальными пробками.In this mode, which is typical for residential premises not equipped with a water supply system, the boiler operates in the sequence similar to that described in Example 1, except for the use of a hot water supply circuit, which is suppressed by special plugs.
В результате использования изобретений были созданы новые теплообменник котла, его специальная буферная емкость и спроектирован котел для отопления и/или горячего водоснабжения, реализующий новый способ его работы. В итоге расширилась номенклатура теплотехнических изделий с улучшенными эксплуатационными и весовыми характеристиками, надежных в работе и простых в обслуживании, появилась возможность повышения температуры отходящих газов и увеличения КПД или сохранения его на уровне требуемого 91%, а также повысилась надежность работы котла и упростилось его обслуживание.As a result of the use of the inventions, a new boiler heat exchanger was created, its special buffer tank, and a boiler was designed for heating and / or hot water supply, which implements a new method of operation. As a result, the range of heating products with improved operational and weight characteristics, reliable in operation and easy to maintain, expanded, it became possible to increase the temperature of the exhaust gases and increase the efficiency or keep it at the level of the required 91%, as well as increased reliability of the boiler and simplified its maintenance.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137875/06A RU2452906C2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137875/06A RU2452906C2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2452906C2 true RU2452906C2 (en) | 2012-06-10 |
Family
ID=46680125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010137875/06A RU2452906C2 (en) | 2010-09-14 | 2010-09-14 | Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2452906C2 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525374C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-08-10 | Борис Григорьевич Белецкий | Method of heat exchanger operation and heat exchanger |
RU2555919C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Surface-mounted heat recovery unit for deep heat recovery of flue gases, and its operation method |
RU2576565C1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-03-10 | Евгений Евгеньевич Коткин | Water boiler running on solid fuel |
RU2652974C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-03 | Евгений Александрович Оленев | Method of the heating boiler operation in the system of hot water supply |
RU2659711C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-07-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Hot-water device and method of its operation |
RU203004U1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-03-17 | Алексей Леонидович Торопов | WALL-MOUNTED CONVECTION GAS BOILER FOR APARTMENT HEATING WITH DOUBLE-WALL ATMOSPHERIC BURNER |
RU2748956C1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-06-02 | Вадим Сергеевич Рыжов | Method for heat power control in heating system with solid fuel boiler |
CN114111032A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-01 | 中船九江锅炉有限公司 | Hot water boiler system with hot water buffer tank |
CN117267941A (en) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 聊城科创节能设备有限公司 | Energy-saving environment-friendly automatic temperature-control gas fuel water heater |
RU2815997C1 (en) * | 2022-11-21 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Варм" | Universal hydrogroup for wall-mounted boiler and method of conversion thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2230262C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Сердюков Алексей Алексеевич | Hot water supply plant (versions) |
RU2280815C2 (en) * | 2004-04-26 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет (ГОУ КурскГТУ) | Method and boiler for autonomous heat supply |
RU2347976C2 (en) * | 2007-01-26 | 2009-02-27 | Открытое акционерное общество "Нижегородский машиностроительный завод" | Hot water boiler |
RU88113U1 (en) * | 2009-06-24 | 2009-10-27 | Борис Григорьевич Белецкий | WATER BOILER |
RU2381421C2 (en) * | 2007-09-17 | 2010-02-10 | Валерий Викторович Лунев | Cascade gas hot-water heating boiler |
-
2010
- 2010-09-14 RU RU2010137875/06A patent/RU2452906C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2230262C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Сердюков Алексей Алексеевич | Hot water supply plant (versions) |
RU2280815C2 (en) * | 2004-04-26 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет (ГОУ КурскГТУ) | Method and boiler for autonomous heat supply |
RU2347976C2 (en) * | 2007-01-26 | 2009-02-27 | Открытое акционерное общество "Нижегородский машиностроительный завод" | Hot water boiler |
RU2381421C2 (en) * | 2007-09-17 | 2010-02-10 | Валерий Викторович Лунев | Cascade gas hot-water heating boiler |
RU88113U1 (en) * | 2009-06-24 | 2009-10-27 | Борис Григорьевич Белецкий | WATER BOILER |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2525374C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-08-10 | Борис Григорьевич Белецкий | Method of heat exchanger operation and heat exchanger |
RU2555919C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Surface-mounted heat recovery unit for deep heat recovery of flue gases, and its operation method |
RU2576565C1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-03-10 | Евгений Евгеньевич Коткин | Water boiler running on solid fuel |
RU2652974C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-03 | Евгений Александрович Оленев | Method of the heating boiler operation in the system of hot water supply |
RU2659711C1 (en) * | 2017-10-13 | 2018-07-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Hot-water device and method of its operation |
RU2748956C1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-06-02 | Вадим Сергеевич Рыжов | Method for heat power control in heating system with solid fuel boiler |
RU203004U1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-03-17 | Алексей Леонидович Торопов | WALL-MOUNTED CONVECTION GAS BOILER FOR APARTMENT HEATING WITH DOUBLE-WALL ATMOSPHERIC BURNER |
CN114111032A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-01 | 中船九江锅炉有限公司 | Hot water boiler system with hot water buffer tank |
RU2815997C1 (en) * | 2022-11-21 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Варм" | Universal hydrogroup for wall-mounted boiler and method of conversion thereof |
CN117267941A (en) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 聊城科创节能设备有限公司 | Energy-saving environment-friendly automatic temperature-control gas fuel water heater |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2452906C2 (en) | Boiler for heating and hot water supply, boiler heat exchanger, buffer reservoir of boiler and method of boiler operation | |
US5097802A (en) | Condensing furnace with submerged combustion | |
US5046478A (en) | Recuperative furnace system for space air and domestic hot water | |
RU2285208C1 (en) | Heating boiler | |
JPS63210558A (en) | Spatial heating and water heating device by integrated liquid back type gas combustion furnace | |
US4121563A (en) | Fuel saving furnace improvement | |
CN107014085A (en) | A kind of economical gas wall-hung boiler | |
CN201344621Y (en) | Coal-fired and oil-fired boiler | |
RU100594U1 (en) | BOILER FOR HEATING AND HOT WATER SUPPLY, BOILER HEAT EXCHANGER AND BOILER CAPACITY | |
RU2381421C2 (en) | Cascade gas hot-water heating boiler | |
RU88113U1 (en) | WATER BOILER | |
CN206905317U (en) | A kind of economical gas wall-hung boiler | |
RU2409793C2 (en) | Hot water boiler | |
CN2929610Y (en) | Direct heat exchange type coal burning hot blast stove | |
RU2362093C1 (en) | Hot-water boiler | |
RU108567U1 (en) | BOILER HEATING WATER HEATING PIG-IRON GAS | |
RU39934U1 (en) | BOILER HEATING MULTIFUNCTIONAL | |
CN202733990U (en) | Double-water jacket full-flue heat exchange cooking range | |
CN201281458Y (en) | Ambient pressure water boiler | |
CN212657878U (en) | Intelligent numerical control gas boiler | |
RU102982U1 (en) | SYSTEM OF APARTMENT HEATING AND HOT WATER SUPPLY | |
RU110460U1 (en) | WALL GAS BOILER | |
RU90174U1 (en) | WATER BOILER | |
CN201527095U (en) | High-efficient environment-friendly energy-saving hot air heating boiler | |
CN201488265U (en) | High-efficiency water and heat supply boiler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160915 |