RU2117877C1

RU2117877C1 - Gas heating module

Info

Publication number: RU2117877C1
Application number: RU96111679/06A
Authority: RU
Inventors: А.И. Щелоков; В.А. Богомолов; В.Н. Федоров; Л.Г. Шульц
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: decentralized heat supply and hot water supply systems of residential, industrial and public buildings. SUBSTANCE: gas heating module has metal reservoir for water to be heated, gas and air feed system, automated gas burner unit, expansion tank and make-up tank, heat generating member, smoke stack and auxiliary devices. Heat generating member is made of series-connected rectangular direct and return passages connected by U-shaped swivel knee. Direct and return passages have common attachment flange. Return passage has cylindrical tenons installed over entire length across smoke gas flow. Lower generating line of return passage has 5-7 degrees slope towards smoke stack to let out condensate forming both in heat generating member and in special heat exchanger installed on smoke stack behind heat generating member. Vertical separating metal flat sheets are installed in reservoir for water to be heated. These sheets form heated water raising and lowering channels along heat generating member formed between metal sheet and outer walls of reservoir. EFFECT: reduced mass of device, improved repairability under optimum heat exchange conditions. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике нагрева воды, а именно к установкам децентрализованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий. The invention relates to techniques for heating water, and in particular to installations of decentralized heat supply and hot water supply for residential, industrial and public buildings.

Известны проточные водонагревательные установки для децентрализованного теплоснабжения, представляющие собой водогрейные котлы различной мощности. Таковы, например, устройства ГУТ-50 (г. Москва), фирм ЮНКЕРС, СОНЬЕ-ДЮВАЛЬ и др. Known instantaneous water heating plants for decentralized heat supply, which are hot water boilers of various capacities. Such, for example, are the GUT-50 devices (Moscow), the companies JUNCERS, SONIER-DUVAL, and others.

Недостатками таких установок являются большая удельная масса (кг/кВт), жесткие требования к качеству нагреваемой воды, сложность ремонта поверхностей нагрева в случае их механического повреждения (прогорание, появление трещин в металле чугунных секций при возможных перекосах тепловых потоков и др.). The disadvantages of such plants are the large specific gravity (kg / kW), stringent requirements for the quality of the heated water, the difficulty of repairing the heating surfaces in the event of mechanical damage (burning, cracks in the metal of the cast-iron sections with possible distortions of heat fluxes, etc.).

В качестве прототипа принят газовый водонагреватель (заявка N 2254413, Великобритания, МКИ P 23 B 14/02), состоящий из цилиндрического сосуда, заполненного водой, в котором размещены камера сжигания газа и система дымогарных труб, по которым продукты сгорания удаляются через общий дымоход в атмосферу. Воздух для горения подается вентилятором, через всос которого проходит дымоход, вследствие чего воздух подогревается за счет теплоты дымовых газов. Водонагреватель снабжен баком расширителем и баком подпитки. Нагрев воды для горячего водоснабжения осуществляется встроенным теплообменником, расположенным в верхней части корпуса водонагревателя. Вода для отопления циркуляционным насосом подается в контур отопления здания. As a prototype, a gas water heater (application N 2254413, Great Britain, MKI P 23 B 14/02) was adopted, consisting of a cylindrical vessel filled with water, in which there is a gas combustion chamber and a system of smoke pipes, through which the combustion products are removed through a common chimney in the atmosphere. The combustion air is supplied by a fan, through which a chimney passes, as a result of which the air is heated by the heat of the flue gases. The water heater is equipped with an expansion tank and a make-up tank. Water heating for hot water supply is carried out by a built-in heat exchanger located in the upper part of the water heater body. Water for heating with a circulation pump is supplied to the heating circuit of the building.

Указанный водонагреватель имеет следующие недостатки: требовательность к качеству воды, необходимость развитой поверхности нагрева, так как при протекании дымовых газов внутри дымогарных труб коэффициент теплоотдачи невелик (30 - 50 Вт/м²град), трудность ремонта при возможном прогаре дымогарных труб, низкая надежность, большая удельная масса (кг/кВт).The specified water heater has the following disadvantages: exactingness to water quality, the need for a developed heating surface, since when the flue gases flow inside the smoke tubes, the heat transfer coefficient is small (30 - 50 W / m ² deg), the difficulty of repair with possible burnout of the smoke tubes, low reliability, large specific gravity (kg / kW).

Сущность изобретения заключается в том, что в газовом отопительном модуле, состоящем из металлического сосуда для нагреваемой воды, системы подвода газа и воздуха, автоматизированного газогорелочного блока, расширительного бака и бака подпитки, теплогенерирующего элемента, дымохода и вспомогательных устройств, теплогенерирующий элемент выполнен из последовательно расположенных прямого и обратного хода прямоугольной формы, соединенных поворотным коленом и имеющим U-образную форму, а обратный и прямой ход имеют общий фланец для крепления, причем обратный ход имеет цилиндрические шипы, установленные по всей длине поперек потока дымовых газов, а нижняя образующая обратного хода имеет уклон в 5 - 7^o в сторону дымохода для отвода конденсата и сборки конденсата, образующегося как в теплогенерирующем элементе при малых нагрузках, так и в специальном теплообменнике, установленном на дымоходе за теплогенерирующим элементом, а для равномерного распределения теплового потока от продуктов горения применена горелка растянутого диффузионного факела и для усиления и организации внутренней циркуляции нагреваемой воды, в сосуде установлены вертикально разделительные металлические плоские листы, образующие вдоль теплогенерирующего элемента каналы подъема нагреваемой воды и опускные каналы, образуемые металлическим листом и внешней стенкой сосуда.The essence of the invention lies in the fact that in a gas heating module consisting of a metal vessel for heated water, a gas and air supply system, an automated gas burner unit, an expansion tank and a make-up tank, a heat-generating element, a chimney and auxiliary devices, the heat-generating element is made of sequentially located forward and reverse motion of a rectangular shape, connected by a rotary elbow and having a U-shape, and the reverse and forward motion have a common flange for mounting and the return stroke has cylindrical spikes installed along the entire length transverse to the flue gas flow, and the lower generatrix of the reverse stroke has a slope of 5 - 7 ^o towards the chimney to remove condensate and collect condensate formed both in the heat-generating element at low loads, and in a special heat exchanger installed on the chimney behind the heat-generating element, and for uniform distribution of the heat flux from the combustion products, a burner of a stretched diffusion torch is used to strengthen and organize Cored oil circulating heated water, mounted vertically in the vessel dividing the flat metal sheets forming the heat generating element along the lifting channel, and the heated water downcomer channels formed by the metal sheet and the outer vessel wall.

На фиг. 1 изображен газовый отопительный модуль, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a gas heating module, general view; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Газовый отопительный модуль состоит из металлического сосуда 1, заполненного водой, теплогенерирующего элемента 2, имеющего U-образную форму, расширительного бака и бака подпидки 3, автоматизированного газогорелочного блока 4, дымохода 5 и теплообменника 6, установленного над корпусом 1, сборника конденсата 7. The gas heating module consists of a metal vessel 1 filled with water, a heat-generating element 2 having a U-shape, an expansion tank and a support tank 3, an automated gas burner unit 4, a chimney 5 and a heat exchanger 6 installed above the body 1, a condensate collector 7.

Циркуляция воды в системе отопления осуществляется насосом 3. Для горячего водоснабжения используется водопроводная вода и ее водоразбор осуществляется за счет напора водопровода. Газовый отопительный модуль имеет расширительный бак и бак подпитки 3, сообщающийся с атмосферой, что обеспечивает работу всей системы при атмосферном давлении с небольшим избытком, равным высоте установки расширительного бака 3, который устанавливается на верхней крышке металлического сосуда 1. Для устранения контакта нагреваемой воды с атмосферным воздухом в расширительный бак выше уровня воды залита жидкость 9, несмешивающаяся с водой (масло и др.). Теплогенерирующий элемент 2 имеет общий фланец 10 для прямого и обратного хода и шпильками крепится к одной из торцовых стен металлического сосуда 1. Крепление на общем фланце 10 теплогенерирующего элемента 2 обеспечивает достаточную жесткость конструкции и позволяет иметь минимальное число шпилек, что существенно облегчает монтаж и демонтаж его на корпусе. The circulation of water in the heating system is carried out by pump 3. For hot water, tap water is used and its water intake is carried out due to the pressure of the water supply. The gas heating module has an expansion tank and a make-up tank 3 in communication with the atmosphere, which ensures the operation of the entire system at atmospheric pressure with a slight excess equal to the height of the expansion tank 3, which is installed on the top cover of the metal vessel 1. To eliminate the contact of heated water with atmospheric liquid 9, immiscible with water (oil, etc.), is poured into the expansion tank above the water level with air. The heat-generating element 2 has a common flange 10 for forward and reverse motion and is mounted with studs to one of the end walls of the metal vessel 1. The fastening on the common flange 10 of the heat-generating element 2 provides sufficient structural rigidity and allows you to have a minimum number of studs, which greatly simplifies its mounting and dismounting on the case.

Теплогенерирующий элемент 2 представляет собой плоский прямоугольного сечения двухходовый короб U-образной формы, имеющий гладкую поверхность с внешней стороны, смываемой нагреваемой водой, с внутренней стороны канал прямого хода имеет также гладкую поверхность, а к внутренней поверхности канала обратного хода приварены цилиндрические шипы 11 переменной высоты, возрастающей по ходу движения газов. The heat generating element 2 is a flat rectangular cross-section U-shaped two-way duct having a smooth surface on the outside washed off by heated water, the forward passage channel also has a smooth surface on the inside, and variable-height cylindrical spikes 11 are welded to the inner surface of the return channel , increasing along the movement of gases.

Каналы прямого и обратного хода дымовых газов скомпанованы последовательно в виде вытянутой буквы U, что обеспечивает омывание водой всех поверхностей, соприкасающихся с дымовыми газами, и исключает местные перегревы, которые имеют место, когда ходы дыма разделены металлической перегородкой внутри общего канала. Прямой и обратный ходы соединены поворотным коленом. Переменная высота шипов обеспечивает достаточно эффективный теплоотвод от дымовых газов при падении их температуры вследствие охлаждения по ходу движения, а также снижение скорости их движения в обратном ходе. The flue gas forward and reverse channels are arranged sequentially in the form of an elongated letter U, which ensures that all surfaces in contact with the flue gases are washed with water and eliminates local overheating that occurs when the smoke moves are separated by a metal partition inside a common channel. The forward and reverse strokes are connected by a knee. The variable height of the spikes provides a fairly efficient heat removal from the flue gases when their temperature drops due to cooling along the direction of travel, as well as a decrease in their speed in the return stroke.

Нижняя плоскость обратного хода от нижней плоскости поворотного колена имеет уклон 5 - 7^o в сторону отводящего дымохода. Переменное сечение обратного хода, выполненное с уклоном нижней плоскости, обеспечивает отвод конденсирующихся водяных паров из дымовых газов, который имеет место при снижении нагрузки, а также при работе теплогенерирующего элемента в режиме ожидания, когда газ сжигается только в постоянно действующем запаснике.The lower plane of the reverse stroke from the lower plane of the knee has a slope of 5 - 7 ^o in the direction of the outlet chimney. A variable return cross section made with a slope of the lower plane ensures the removal of condensing water vapor from flue gases, which occurs when the load is reduced, as well as when the heat-generating element is in standby mode, when the gas is burned only in a constantly operating storage tank.

Образовавшийся конденсат собирается в специальном сборнике 7 и используется для подпитки системы теплоснабжения. В дымоходе 5 установлен теплообменник 15, усиливающий конденсацию водяных паров дымовых газов. Конденсат из сборника 7 насоса 12 подается в бак 3, а уровень регулируется поплавком 13. Для обеспечения оптимальных условий теплообмена между дымовыми газами и стенками теплорегулирующего элемента используется автоматизированный газогорелочный блок 4, формирующий растянутый диффузионный факел, обеспечивающий практически полное выгорание газа до входа продуктов горения в обратный ход. Такое сжигание обеспечивает минимальное количество выбросов оксидов азота. The resulting condensate is collected in a special collection 7 and is used to feed the heating system. In the chimney 5, a heat exchanger 15 is installed, enhancing the condensation of water vapor flue gases. Condensate from collector 7 of pump 12 is supplied to tank 3, and the level is regulated by float 13. To ensure optimal conditions of heat exchange between flue gases and the walls of the heat-regulating element, an automated gas burner unit 4 is used, which forms an extended diffusion torch, which ensures almost complete burnout of gas before the combustion products enter return stroke. Such combustion provides a minimal amount of nitrogen oxide emissions.

Для усиления внутренней циркуляции нагреваемой воды и лучшего ее перемешивания по высоте внутри металлического сосуда 1 установлены вертикально разделительные металлические плоские листы 14, вдоль вертикальных стенок теплогенирирующего элемента с двух сторон, разделяющие водяной объем на два канала - канал подъема нагреваемой воды вблизи стенок теплогенерирующего элемента и опускной канал, образованный корпусом металлического сосуда и разделительным листом, где вода несколько холоднее. To enhance the internal circulation of the heated water and its better mixing in height inside the metal vessel 1, vertically separating metal flat sheets 14 are installed along the vertical walls of the heat-generating element on two sides, dividing the water volume into two channels - a channel for raising the heated water near the walls of the heat-generating element and the lowering a channel formed by the body of a metal vessel and a separation sheet, where the water is somewhat colder.

Газовый отопительный модуль предназначен для отопления и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий в качестве автономного теплоисточника крышного типа. Малое избыточное давление воды в модуле, определяемое высотой установки расширительного бака и теплообменника горячего водоснабжения (Ратм + (2 ^oC 2,5 м) позволяет минимизировать толщину стенок и существенно снизить массу устройства, что особенно важно при размещении на крыше или техническом чердаке здания. Эта особенность существенно повышает ремонтоспособность, т.к. в случае прогара стенок теплогенерирующего элемента нет необходимости полностью освобождать систему от воды. Для этого необходимо слить воду ниже уровня установки прямого хода и заменить или отремонтировать теплогенирирующий элемент. Все эта операция занимает 30 - 40 мин и здание не успевает охладиться.The gas heating module is designed for heating and hot water supply of residential, industrial and public buildings as an autonomous roof type heat source. The low excess water pressure in the module, determined by the installation height of the expansion tank and the hot water heat exchanger (Ratm + (2 ^° C 2.5 m), minimizes the wall thickness and significantly reduces the weight of the device, which is especially important when placed on the roof or technical attic of the building. This feature significantly increases the maintainability, since in the event of burnout of the walls of the heat-generating element, it is not necessary to completely empty the system from water. . Ode and replace or repair the item teplogeniriruyuschy All this operation takes 30 - 40 minutes and the building does not have time to cool down.

Claims

A gas heating module consisting of a metal vessel for heated water, a gas and air supply system, an automated gas burner unit, an expansion tank and a make-up tank, a heat-generating element, a chimney and auxiliary devices, characterized in that the heat-generating element is made in the form of a U-shaped box, having rectangular straight and reverse strokes successively arranged connected by a rotary elbow and having a common flange for fastening, the return stroke having a cylindrical shape tires installed along the entire length of the return stroke across the flue gas flow and increasing height along the flue gas, and the lower forming backward slope is 5 - 7 ^o towards the chimney, the heat exchanger is installed on the last one behind the heat-generating elements, in addition, in a metal vessel vertically dividing flat metal sheets are installed that form the heating water lifting channels and the lowering channels, and a stretched diffusion torch burner is used.