RU2123644C1

RU2123644C1 - Electric hot-water double-pressure boiler

Info

Publication number: RU2123644C1
Application number: RU97104392A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Яриз
Original assignee: Яриз Николай Алексеевич
Priority date: 1997-03-20
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: heat supply systems and hot water supply systems. SUBSTANCE: boiler is provided with natural circulation of intermediate heat-transfer agent; to this end, intermediate heat-transfer agent loop is provided with additional connecting branch pipe and two additional heat-exchanger chambers which ensure complete transfer of heat by intermediate heat-transfer agent. Efficiency of heat transfer is enhanced due to use of liquid high-boiling dielectric as intermediate heat-transfer agent. EFFECT: enhanced efficiency due to enhanced efficiency of heat exchange. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды. The invention relates to electrical engineering and can be used for heat supply needs and for producing hot water.

Известен электрический водогрейный котел электропроводной жидкости, включающий корпус цилиндрической формы, входной и выходной патрубки контура нагреваемой жидкости и электроды пластинчатой формы. Known electric hot water boiler of electrically conductive liquid, comprising a cylindrical body, inlet and outlet pipes of the heated fluid circuit and plate-shaped electrodes.

Для повышения КПД котла в качестве нагреваемой жидкости используют воду с повышенной электропроводимостью, например, за счет обработки ее солями тринатрийфосфата (см., например, А.С. SU, N 1737765, H 05 B 3/60, 1992). To increase the boiler efficiency, water with increased electrical conductivity is used as a heated liquid, for example, by treating it with trisodium phosphate salts (see, for example, A.S. SU, N 1737765, H 05 B 3/60, 1992).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного котла, относится то, что в известном котле для повышения КПД необходимо осуществлять непрерывный контроль за удельным электрическим сопротивлением сетевой воды и поддерживать его на требуемом уровне (1 - 3 тыс. Ом • см) путем добавления в воду либо тринатрийфосфатной соли, либо дистиллированной воды. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known boiler include the fact that in a known boiler, in order to increase the efficiency, it is necessary to continuously monitor the electrical resistivity of the network water and maintain it at the required level (1 - 3 thousand Ohm • cm) by adding either trisodium phosphate salt or distilled water to the water.

Учитывая то обстоятельство, что технологически весьма сложно осуществлять непрерывный контроль за удельным сопротивлением воды, на практике стабилизацию сопротивления осуществляют не непрерывно, а только по факту уменьшения мощности котла на 10%. Последнее обстоятельство приводит к снижению КПД котла. Given the fact that it is technologically very difficult to continuously monitor the resistivity of water, in practice, stabilization of resistance is not carried out continuously, but only after the boiler power is reduced by 10%. The latter circumstance leads to a decrease in boiler efficiency.

Известен электрический водогрейный котел, включающий корпус с крышкой, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточной теплоноситель в виде керамики, нефти или раствора солей, и теплообменные секции контура нагреваемой воды (см., например, патент Великобритании N 1279668, кл. F 24 H 7/00, опубл. 1972). Known electric boiler, including a housing with a lid, placed inside the housing, electric heaters, an intermediate heat carrier in the form of ceramics, oil or salt solution, and heat exchange sections of the heated water circuit (see, for example, UK patent N 1279668, class F 24 H 7 / 00, publ. 1972).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, т. е. повышению КПД, при использовании известного котла относится то, что в известном котле промежуточный теплоноситель находится в стационарном состоянии, вследствие чего не может быть обеспечен эффективный теплообмен между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой. Кроме этого, в известном котле конструкция теплообменных труб по отношению к промежуточному теплоносителю имеет проходной характер, что также не способствует наиболее полному теплообмену между теплоносителем и нагреваемой средой. Не способствует эффективному теплообмену и тот факт, что используемые в этом известном котле в качестве промежуточного теплоносителя материалы имеют низкие теплофизические характеристики и низкие допустимые рабочие температуры. Указанные причины не позволяют получить относительно высокий КПД известного котла. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below, i.e., the increase in efficiency when using a known boiler, include the fact that in the known boiler the intermediate heat carrier is in a stationary state, as a result of which efficient heat exchange between the intermediate heat carrier and the heated medium cannot be ensured. In addition, in the known boiler, the design of the heat transfer pipes with respect to the intermediate heat transfer medium is of a through nature, which also does not contribute to the most complete heat transfer between the heat transfer medium and the heated medium. The fact that the materials used in this well-known boiler as an intermediate heat transfer medium have low thermophysical characteristics and low permissible operating temperatures is not conducive to efficient heat transfer. These reasons do not allow to obtain a relatively high efficiency of the known boiler.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электрический водогрейный двухконтурный котел, включающий корпус с крышкой и основанием, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточный химически инертный теплоноситель и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, входной и выходной патрубки контура нагреваемой воды, а также входной и выходной патрубки контура промежуточного теплоносителя, соединенные соответственно с основанием и крышкой котла (см., например, патент РФ N 2037106, кл. F 24 H 1/20, 1995). The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is an electric hot water bypass boiler, comprising a housing with a lid and a base, electric heaters placed inside the housing, an intermediate chemically inert coolant and heat exchange sections of a closed circuit of heated water, the inlet and outlet pipes of the heated water circuit , as well as the inlet and outlet pipes of the intermediate coolant circuit, connected respectively to the base and roofs boiler (see, for example, RF patent N 2037106, class F 24 H 1/20, 1995).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного котла, принятого за прототип, относится то, что в известном котле в качестве промежуточного теплоносителя использован парафин. Последнее обстоятельство обусловило наличие в известном котле лопастного активатора, предназначенного для обеспечения принудительной циркуляции парафина вдоль теплообменных труб. Снижение КПД в этом известном котле обусловлено дополнительным расходом электрической энергии, требуемой для работы лопастного активатора, а также недостаточной эффективностью теплообмена при использовании принудительной циркуляции. Кроме этого, в известном котле нагрев промежуточного теплоносителя (парафина) и отдача тепла, обусловленная перемещением парафина вдоль теплообменных труб, конструктивно осуществляются в разных местах котла. Это обстоятельство также существенно снижает эффективность теплообмена между парафином и нагреваемой средой, а следовательно, приводит к снижению КПД котла. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known boiler adopted as a prototype include the fact that paraffin is used as an intermediate heat carrier in the known boiler. The latter circumstance led to the presence in the well-known boiler of a paddle activator designed to ensure forced circulation of paraffin along the heat exchange tubes. The reduction in efficiency in this known boiler is due to the additional consumption of electric energy required for the operation of the paddle activator, as well as the insufficient heat exchange efficiency when using forced circulation. In addition, in the known boiler, heating of the intermediate heat carrier (paraffin) and heat transfer due to the movement of paraffin along the heat exchange tubes are structurally carried out in different places of the boiler. This fact also significantly reduces the efficiency of heat transfer between paraffin and the heated medium, and therefore leads to a decrease in boiler efficiency.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Известные электрические двухконтурные водогрейные котлы не обеспечивают высокий КПД, поскольку используют в качестве промежуточного теплоносителя вещество, позволяющее осуществлять теплообмен только при наличии принудительной циркуляции. Кроме этого, теплообмен в этих котлах между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой конструктивно осуществляется либо только в общей с тепловыми нагревателями камере, либо только отдельно. Known electric double-circuit hot water boilers do not provide high efficiency, since they use a substance that allows heat transfer only in the presence of forced circulation as an intermediate heat carrier. In addition, the heat transfer in these boilers between the intermediate heat carrier and the heated medium is structurally carried out either only in a common chamber with thermal heaters, or only separately.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД электрического водогрейного двухконтурного котла. The technical result of the invention is to increase the efficiency of an electric double-circuit boiler.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в электрическом водогрейном двухконтурном котле, включающем корпус с крышкой и основанием, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточный химически инертный теплоноситель и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, входной и выходной патрубки контура нагреваемой воды, а также входной и выходной патрубки контура промежуточного теплоносителя, соединенные соответственно с основанием и крышкой котла, особенность заключается в том, что входной и выходной патрубки в контуре промежуточного теплоносителя соединены между собой снаружи корпуса дополнительным соединительным патрубком, а в контуре нагреваемой воды между крышкой и корпусом котла и между основанием и корпусом котла дополнительно предусмотрены две теплообменные камеры, соединенные между собой по воде упомянутыми теплообменными секциями и подсоединенные соответственно к выходному и входному патрубкам контура нагреваемой воды, при этом внутри теплообменных камер предусмотрены проходные отверстия, направленные вдоль корпуса котла, обеспечивающие замкнутый контур промежуточного теплоносителя. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in an electric hot water double-circuit boiler, comprising a housing with a lid and a base, electric heaters placed inside the housing, an intermediate chemically inert coolant and heat exchange sections of a closed circuit of heated water, inlet and outlet pipes of a heated water circuit, and also the inlet and outlet nozzles of the intermediate coolant circuit, connected respectively to the base and the lid of the boiler, feature for It is concluded that the inlet and outlet pipes in the intermediate coolant circuit are connected to each other outside the casing by an additional connecting pipe, and in the circuit of heated water between the cover and the boiler body and between the base and the boiler body, two heat-exchange chambers are additionally connected to each other via water heat-exchange sections and connected respectively to the outlet and inlet nozzles of the heated water circuit, while inside the heat-exchange chambers are provided passage openings directed along the boiler body, providing a closed loop of the intermediate coolant.

Кроме этого, особенность заключается в том, что в качестве промежуточного теплоносителя может быть использован жидкий высококипящий диэлектрик. In addition, the peculiarity lies in the fact that a liquid high-boiling dielectric can be used as an intermediate coolant.

Отличительными признаками, характеризующими изобретение, являются наличие дополнительного соединительного патрубка для обеспечения естественной циркуляции промежуточного теплоносителя, наличие двух дополнительных теплообменных камер для обеспечения дополнительного теплообмена между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой, использование в качестве теплоносителя жидкого высококипящего диэлектрика. Distinctive features characterizing the invention are the presence of an additional connecting pipe to ensure natural circulation of the intermediate heat carrier, the presence of two additional heat exchange chambers to provide additional heat transfer between the intermediate heat carrier and the heated medium, and the use of a liquid high-boiling dielectric as the heat carrier.

При исследовании отличительных признаков описываемого электрического водогрейного двухконтурного котла не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции электрического двухконтурного котла одновременно с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя, с повышенной теплоотдачей, обеспечиваемой в процессе циркуляции промежуточного теплоносителя, с высокой температурой нагрева промежуточного теплоносителя, что, вместе взятое, за счет высокоэффективного теплообмена позволяет значительно повысить тепловое напряжение котла, а следовательно, получить высокий КПД. In the study of the distinguishing features of the described electric double-circuit boiler, no similar known solutions were found regarding the use of the traditional design of the electric double-circuit boiler simultaneously with the natural circulation of the intermediate heat carrier, with increased heat transfer provided during the circulation of the intermediate heat carrier, with a high heating temperature of the intermediate heat carrier, which, taken together, due to the highly efficient heat transfer through allows you to significantly increase the thermal voltage of the boiler, and therefore, to obtain high efficiency.

На чертеже изображен электрический водогрейный двухконтурный котел, вид сбоку. The drawing shows an electric hot water double-circuit boiler, side view.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в том, что электрический двухконтурный водогрейный котел включает корпус 1 с крышкой 2 и основанием 3, размещенные внутри корпуса 1 электрические нагреватели 4, промежуточный теплоноситель 5, например трансформаторное масло, неонол ТУ 38.103625-87, трубчатые теплообменные секции 6, теплообменные камеры 7, 8 с проходными отверстиями 9, входной 10 и выходной 11 патрубки контура нагреваемой воды, входной 12, соединительный 13 и выходной 14 патрубки контура промежуточного теплоносителя. Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result is that the electric double-circuit boiler includes a housing 1 with a cover 2 and a base 3, electric heaters 4 located inside the housing 1, an intermediate heat transfer medium 5, for example, transformer oil, neonol TU 38.103625 -87, tubular heat-exchange sections 6, heat-exchange chambers 7, 8 with passage openings 9, input 10 and output 11 pipes of the heated water circuit, input 12, connecting 13 outlet pipes 14 of the intermediate heat carrier circuit.

Электрический двухконтурный водогрейный котел работает следующим образом. Electric double-circuit hot water boiler operates as follows.

При подключении электрических нагревателей 4 к электрической сети в корпусе 1 котла начинается процесс нагрева промежуточного теплоносителя 5 и одновременно начинает нагреваться сетевая вода, находящаяся в трубчатом теплообменнике 6. Нагрев сетевой воды обусловлен тем, что конструктивно теплообменные секции 6, размещенные внутри корпуса 1, непосредственно погружены в промежуточный теплоноситель 5. По мере нагрева теплоноситель и вода начинают перемещаться в верхнюю часть корпуса 1 котла и попадают в теплообменную камеру 7, в которой нагретая вода, вытекающая из теплообменных труб 6, перемешивается и дополнительно подогревается. Причем дополнительный подогрев сетевой воды происходит без дополнительного расхода электрической энергии за счет тепла, отдаваемого промежуточным теплоносителем 5, протекающим по проходным отверстиям камеры 7. Из камеры 7 горячая вода через выходной патрубок 11 поступает в отопительную сеть, а промежуточный теплоноситель 5 через выходной патрубок 14, соединительный патрубок 13 и входной патрубок 12 за счет естественной циркуляции поступает в основание 3 котла и далее в теплообменную камеру 8. Протекая по проходным отверстиям 9 теплообменной камеры 8, промежуточный теплоноситель еще раз дополнительно охлаждается, отдавая тем самым наиболее полно тепловую энергию сетевой воде, поступающей в камеру 8 через патрубок 10, и перемещается в нижнюю часть корпуса 1 котла. В корпусе 1 промежуточный теплоноситель 5 повторно интенсивно нагревается и цикл повторяется. When connecting electric heaters 4 to the electric network in the boiler body 1, the process of heating the intermediate heat carrier 5 begins and at the same time the network water located in the tubular heat exchanger 6 begins to heat up. into the intermediate heat carrier 5. As the heat carrier and water begin to move to the upper part of the boiler body 1 and enter the heat exchange chamber 7, in which the heat melting water flowing from the heat exchanger tubes 6, is mixed and heated further. Moreover, additional heating of the network water occurs without additional consumption of electric energy due to the heat provided by the intermediate coolant 5 flowing through the passage openings of the chamber 7. From the chamber 7, hot water through the outlet pipe 11 enters the heating network, and the intermediate coolant 5 through the outlet pipe 14, the connecting pipe 13 and the inlet pipe 12 due to natural circulation enters the base 3 of the boiler and then into the heat exchange chamber 8. Flowing through the passage openings 9 of the heat exchange chamber 8, the intermediate coolant is once again additionally cooled, thereby giving the most complete thermal energy to the network water entering the chamber 8 through the pipe 10, and moves to the lower part of the boiler body 1. In the housing 1, the intermediate coolant 5 is re-heated intensively and the cycle repeats.

Таким образом, выше изложенные сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды. Thus, the above information indicates that the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely for the needs of heat supply and for hot water.

При этом применение заявляемой конструкции электрического котла позволяет обеспечить нагрев воды для целей горячего водоснабжения от 5 до 65^oC, для нужд отопления от 70 и 95^oC.Moreover, the use of the claimed design of the electric boiler allows for heating water for hot water supply from 5 to 65 ^o C, for heating needs from 70 and 95 ^o C.

Наличие в предлагаемом котле замкнутого контура с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя позволяет повысить эффективность теплообмена. The presence in the proposed boiler of a closed circuit with natural circulation of an intermediate coolant can improve the efficiency of heat transfer.

Применение в заявленном электрическом водогрейном двухконтурном котле двух дополнительных теплообменных камер с проходными отверстиями для циркуляции промежуточного теплоносителя обеспечивает более полную отдачу тепла промежуточным теплоносителем без дополнительных затрат электрической энергии. The use in the declared electric double-circuit boiler of two additional heat-exchange chambers with passage openings for circulation of the intermediate heat carrier provides a more complete heat transfer by the intermediate heat carrier without additional costs of electric energy.

Использование в изобретении химически неактивного жидкого теплоносителя с высокой температурой кипения, например трансформаторного масла с рабочей температурой порядка 125^oC или неонола с рабочей температурой порядка 245^oC, обеспечивает возможность выполнения котла с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя, а также высокоэффективным теплообменном.The use of a chemically inactive liquid coolant with a high boiling point in the invention, for example, transformer oil with a working temperature of about 125 ^° C or neonol with a working temperature of about 245 ^° C, makes it possible to design a boiler with natural circulation of the intermediate coolant, as well as a highly efficient heat transfer.

Рассмотренные отличительные признаки позволяют существенно повысить тепловое напряжение котла, т.е. в меньшем объеме аккумулировать большую тепловую энергию, и обеспечивают тем самым требуемый технический результат. The considered distinguishing features can significantly increase the thermal voltage of the boiler, i.e. accumulate more thermal energy in a smaller volume, and thereby provide the required technical result.

В результате сравнительного анализа основных характеристик заявляемого электрического котла и известных котлов такого же назначения очевидно, что предлагаемый котел имеет по сравнению с известными котлами следующие преимущества. В нем исключается необходимость в химической подготовке воды, нагреваемая вода используется для более широких нужд, исключается коррозия котла, электрическая мощность в процессе эксплуатации остается неизменной, уменьшены массогабаритные показатели конструкции на единицу мощности. Важно отметить также, что при использовании в качестве промежуточного теплоносителя жидкого диэлектрика тепловые нагреватели могут быть выполнены из полосы электротехнической стали, что позволит обеспечить в этом случае непосредственное контактирование между нагревателями и промежуточным теплоносителем. As a result of a comparative analysis of the main characteristics of the inventive electric boiler and known boilers of the same purpose, it is obvious that the proposed boiler has the following advantages compared with known boilers. It eliminates the need for chemical water treatment, the heated water is used for wider needs, boiler corrosion is eliminated, electrical power during operation remains unchanged, weight and size design parameters per unit of power are reduced. It is also important to note that when using a liquid dielectric as an intermediate heat carrier, heaters can be made of a strip of electrical steel, which will ensure in this case direct contact between the heaters and the intermediate heat carrier.

Из сказанного следует, что предлагаемый электрический водогрейный двухконтурный котел, выполненный с дополнительным соединительным патрубком, с двумя дополнительными теплообменными камерами, с использованием жидкого высококипящего теплоносителя, позволяет получить высокий КПД и может быть применен как для нужд отопления, так и для целей горячего водоснабжения. It follows from the foregoing that the proposed electric double-circuit boiler, made with an additional connecting pipe, with two additional heat exchange chambers, using a liquid high-boiling coolant, allows to obtain high efficiency and can be used both for heating and for hot water supply.

Claims

1. Electric double-circuit boiler, comprising a housing with a lid and a base, electric heaters located inside the housing, an intermediate chemically inert coolant and heat-exchange sections of a closed loop of heated water, an inlet and outlet pipe of a heated water circuit, and an inlet and outlet pipe of an intermediate coolant circuit, connected respectively to the base and the lid of the boiler, characterized in that the inlet and outlet pipes in the intermediate coolant circuit are connected between each other outside the casing with an additional connecting pipe, and in the heated water circuit between the lid and the boiler body and between the base and the boiler body, two heat exchange chambers are additionally connected to each other by water by the heat-exchange sections and connected respectively to the outlet and inlet pipes of the heated water circuit, at the same time, through holes are provided inside the heat exchange chambers, directed along the boiler body, providing a closed loop of intermediate heat carrier.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that a liquid high-boiling dielectric is used as an intermediate coolant.