RU2137049C1

RU2137049C1 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2137049C1
Application number: RU98103843A
Authority: RU
Inventors: Г.К. Югай
Original assignee: Югай Геннадий Константинович
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: heating systems. SUBSTANCE: boiler has tight shell filled with water inside which flue chamber and fire tubes are located. Fire tubes are provided with heating elements fitted at clearance. heating elements have form of helical coil made from smooth tube and inserted in fire tube forming spiral passage. One end of heating element tube is connected to water volume of boiler and other end is connected to feed water pipe line. EFFECT: increased heating surface due to helical form of heating elements; intensified heat exchange; enhanced reliability; enhanced maintainability of boiler. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в котлах для системы отопления. The invention relates to heat engineering and can be used in boilers for a heating system.

Водогрейный котел, содержащий горизонтально расположенный цилиндрический корпус с встроенной топкой прямоугольного сечения, окруженной водяной рубашкой, известен (пат. N 4418649, US, заявл. 02.11.82, N 438435, опубл. 06.12.83, F 22 B 5/00, НКИ 122/15). Между задней стенкой топки и задним днищем котла установлены два ряда дымогарных труб. Для повышения теплообмена дымогарные трубы снабжены шнековыми завихрителями. A water boiler containing a horizontally arranged cylindrical body with a built-in firebox of rectangular cross section surrounded by a water jacket is known (US Pat. No. 4418649, US Pat. 122/15). Between the rear wall of the furnace and the rear bottom of the boiler are two rows of smoke tubes. To increase heat transfer, smoke tubes are equipped with screw swirlers.

Недостатком указанного котла является низкое использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева и отсутствия элементов предварительного подогрева питательной воды теплом котла, установленных непосредственно в котле. The disadvantage of this boiler is the low heat use of the burned fuel due to the small heating surface and the absence of elements for pre-heating the feed water with the boiler heat installed directly in the boiler.

Водогрейный котел, содержащий заполненный водой герметичный корпус, внутри которого расположена топка, жаровая камера и дымогарные трубы, известен (авт. св. 1543183, SU, F 22 B 7/12, 9/12, (988). Для повышения интенсификации теплообмена дымогарные трубы снабжены винтовыми вставками, способствующими турбулизации топочных газов, обеспечивающей улучшение теплообмена. A water boiler containing a sealed enclosure filled with water, inside which there is a firebox, a fire chamber and smoke tubes, is known (ed. St. 1543183, SU, F 22 B 7/12, 9/12, (988). To increase the heat transfer, smoke the pipes are equipped with screw inserts that contribute to the turbulization of the flue gases, which improves heat transfer.

Недостатком известного котла является также низкого использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева. A disadvantage of the known boiler is also the low heat use of the burnt fuel due to the small heating surface.

Известен также водогрейный котел, содержащий корпус наполненный водой, внутри которого расположена жаровая камера и дымогарные трубы (патент FR 1.589.502, F 22 B 7/12, 1970, 9). Внутри дымогарных труб расположены с зазором нагревательные элементы (водные трубки, служащие для дополнительного нагрева воды), один конец которых подсоединен к водяному объему котла. Also known is a boiler containing a housing filled with water, inside which there is a fire chamber and smoke tubes (patent FR 1.589.502, F 22 B 7/12, 1970, 9). Heating elements (water pipes serving for additional heating of water), one end of which is connected to the water volume of the boiler, are located inside the smoke tubes.

Недостатком известного котла, как и указанных выше аналогов, является также низкое использование тепла сгоревшего топлива вследствие малой поверхности нагрева. A disadvantage of the known boiler, as well as the above analogues, is also the low heat use of the burnt fuel due to the small heating surface.

Так как данное изобретение наиболее близко технической сущности и решаемой задачи предлагаемому, то примем его за прототип. Since this invention is the closest to the technical nature and the problem to be proposed, we will take it as a prototype.

Основной задачей, преследуемой данным изобретением, является при неизменных габаритах увеличить поверхность нагрева, повысить интенсификацию теплообмена, а также надежность и удоборемонтность котла. The main task pursued by this invention is, with constant dimensions, to increase the heating surface, increase the heat transfer, as well as the reliability and convenience of the boiler.

Для решения указанной задачи котел содержит заключенный в герметичный корпус водяной объем. Внутри водяного объема помещена жаровая камера и дымогарные трубы. Дымогарные трубы снабжены нагревательными элементами. Каждый нагревательный элемент выполнен из гладкой трубы, навитой в виде винтового змеевика, вставленного в дымогарную трубу с образованием спирального канала. При этом один конец трубы указанного змеевика подключен к питательному трубопроводу, а другой - к водяному объему котла. Котел может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. Для чего он снабжен горелочным устройством. To solve this problem, the boiler contains a water volume enclosed in a sealed enclosure. A fire chamber and smoke tubes are placed inside the water volume. Smoke tubes are equipped with heating elements. Each heating element is made of a smooth pipe wound in the form of a helical coil inserted into a smoke tube with the formation of a spiral channel. At the same time, one end of the pipe of the specified coil is connected to the feed pipe, and the other to the water volume of the boiler. The boiler can operate on both liquid and gaseous fuels. Why is it equipped with a burner device.

Исходя из технической сущности, заключаем, что использование данного изобретения позволит получить следующий технический результат: при одинаковой мощности сократить габариты котла за счет увеличения обогреваемой поверхности, так как топочные газы омывают как наружные так и внутренние поверхности нагрева, причем, теплопередача происходит по всей винтообразной поверхности змеевика, развернутая длина которого на порядок больше, чем удвоенная длина дымогарной трубы. Based on the technical nature, we conclude that the use of this invention will allow us to obtain the following technical result: at the same power, reduce the dimensions of the boiler by increasing the heated surface, since flue gases wash both the external and internal heating surfaces, moreover, heat transfer occurs over the entire helical surface coil, the expanded length of which is an order of magnitude greater than the doubled length of the smoke tube.

Одновременно газовый поток, проходя по спиральному каналу, интенсивно перемешивается, постоянно контактирует более нагретыми слоями с поверхностями нагрева дымогарной трубы и змеевика, снижая тем самым, теплонапряженность металла дымогарных труб. И, как следствие, все это позволяет иметь малый объем воды, обеспечивающий короткое время пуска, ограниченную внешнюю поверхность, способствующую снижению потери тепла излучением в окружающую среду и наименьшую массу, а также простоту конструкции и удоборемонтность элементов котла. At the same time, the gas flow, passing through the spiral channel, is intensively mixed, constantly in contact with the warmer layers with the heating surfaces of the smoke pipe and the coil, thereby reducing the heat stress of the metal of the smoke pipes. And, as a result, all this allows you to have a small volume of water, providing a short start-up time, a limited external surface, helping to reduce heat loss by radiation into the environment and the smallest mass, as well as simplicity of design and convenient repair of boiler elements.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом позволяют сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with analogues and prototype allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Признаки . .. "каждый нагревательный элемент представляет собой навитый из гладкой трубы винтовой змеевик" ..., известен (см., например, патент 5485849 A, US, заявл. 08.04.94, N 225177, опубл. 23.10.96, F 24 D 3/08 "Комбинированный нагреватель и теплообменник"), в котором ... "смонтировано нагревательное устройство в виде трубчатого змеевика"... (одна ветвь прямая). Signs .. "each heating element is a spiral coil wound from a smooth pipe" ..., is known (see, for example, patent 5485849 A, US, application 08.04.94, N 225177, publ. 23.10.96, F 24 D 3/08 "Combined heater and heat exchanger"), in which ... "a heating device in the form of a tubular coil is mounted" ... (one branch straight).

В предлагаемом изобретении нагревательные элементы позволяют увеличить поверхность нагрева и турбулизацию топочных газов. Кроме того, спиральный канал из труб винтового змеевика способствует значительному увеличению пути прохождения топочных газов и, как следствие, обеспечивает более полную передачу тепла нагревательным элементам и внутренним поверхностям дымогарных труб, а значит и повышение КПД котла. In the present invention, the heating elements allow to increase the heating surface and the turbulence of the flue gases. In addition, the spiral channel from the helical coil pipes contributes to a significant increase in the path of the passage of flue gases and, as a result, provides a more complete transfer of heat to the heating elements and the internal surfaces of the smoke tubes, and therefore increases the efficiency of the boiler.

Реализация этих признаков в совокупности с признаками, изложенными в ограничительной части формулы изобретения, способствует получению новых потребительских свойств объекта изобретения, что подтверждается достижением указанного технического результата, а это дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". The implementation of these features in conjunction with the features set forth in the restrictive part of the claims, helps to obtain new consumer properties of the object of the invention, which is confirmed by the achievement of the specified technical result, and this gives reason to believe that the proposed solution meets the criteria of the invention "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически изображен продольный разрез котла. The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a longitudinal section of the boiler.

Водогрейный котел содержит герметичный корпус, включающий обечайку 1, переднюю 2 и заднюю 3 трубные решетки и жаровую камеру 4. Спереди к обечайке 1 примыкает передняя крышка 5, несущая горелочное устройство 6, сзади - задняя крышка 7, снабженная полостью для прохода дымовых газов. Входные участки дымогарных труб 8 крепятся в передней трубной решетке 2, а выходные - в задней трубной решетке 3. Пространство, ограниченное обечайкой 1, трубными решетками 2 и 3 и жаровой камерой 4, заполнено водой. Каждая дымогарная труба 8 содержит нагревательный элемент, выполненный из гладкой трубы, навитой в виде винтового змеевика 9, вставленного во внутрь последней с образованием спирального канала. Один конец трубы змеевика 9 закреплен в задней крышке 7, а другой - в донышке 10, образующей с задней крышкой 7 коллектор 11 для воды, прошедшей нагревательные элементы. Впускные концы труб змеевика 9 подключены к трубопроводу 12 питательной воды. Полость коллектора 11 трубой 13 соединена с водяным объемом котла, снабженного отводящим патрубком 14. The hot water boiler contains a sealed housing including a shell 1, a front 2 and a back 3 pipe grilles and a heat chamber 4. The front cover 5, which carries the burner device 6, is adjacent to the shell 1, and the back cover 7 is provided with a cavity for the passage of flue gases. The inlet sections of the smoke tubes 8 are mounted in the front tube sheet 2, and the output in the rear tube sheet 3. The space bounded by the shell 1, the tube sheets 2 and 3 and the flame chamber 4 is filled with water. Each smoke pipe 8 contains a heating element made of a smooth pipe wound in the form of a helical coil 9 inserted into the inside of the latter with the formation of a spiral channel. One end of the coil pipe 9 is fixed in the back cover 7, and the other in the bottom 10, which forms, with the back cover 7, a collector 11 for water passing through the heating elements. The inlet ends of the pipes of the coil 9 are connected to the feed pipe 12. The cavity of the collector 11 by a pipe 13 is connected to the water volume of the boiler, equipped with a discharge pipe 14.

Работа котла осуществляется в следующей последовательности. The operation of the boiler is carried out in the following sequence.

При пуске котла его водяной объем заполняют питательной водой, а затем зажигают горелочное устройство. When the boiler starts up, its water volume is filled with feed water, and then the burner is ignited.

По мере нагрева воды циркуляционным насосом, связанным с трубопроводом 12, в трубы змеевика 9 подают питательную воду, которая, двигаясь по трубам одних ветвей спирали встречно потоку газов, нагревается. Далее, возвращаясь по трубам других ветвей спирали в сторону коллектора 11, вода продолжает нагреваться до более высокой температуры. Затем подогретая таким образом вода через коллектор 11 и трубу 13 направляется в водяной объем котла, откуда через патрубок 14 поступает в отопительную систему. As the water is heated by a circulation pump connected to the pipeline 12, feed water is supplied to the pipes of the coil 9, which, moving along the pipes of some branches of the spiral opposite the gas flow, is heated. Further, returning through the pipes of other branches of the spiral towards the collector 11, the water continues to heat up to a higher temperature. Then, the water thus heated through the collector 11 and the pipe 13 is directed into the water volume of the boiler, from where it enters the heating system through the pipe 14.

Факел пламени горелочного устройства 6, веерообразно распространяясь в жаровой камере 4, отражается от ее днища и, увлекаемый тягой, устремляется через дымогарные трубы 8 в дымовую трубу. Проходя по спиральным каналам, образованным трубами винтовых змеевиков 9, топочные газы нагревают последние по всей их длине, а также нагревают воду, взаимодействующую с наружными поверхностями дымогарных труб. The flame torch of the burner device 6, fan-shaped spreading in the flame chamber 4, is reflected from its bottom and, carried away by the draft, rushes through the smoke tubes 8 into the chimney. Passing through the spiral channels formed by the pipes of screw coils 9, the flue gases heat the latter along their entire length, and also heat the water interacting with the outer surfaces of the smoke tubes.

Теплопередача происходит также через стенки и дно жаровой камеры 4, омываемой котловой водой. Heat transfer also occurs through the walls and bottom of the flame chamber 4, washed by boiler water.

Таким образом, нагрев воды осуществляется как наружными поверхностями жаровой камеры 4 и дымогарных труб 8, так и внутренними поверхностями винтовых змеевиков 9. Thus, the heating of water is carried out both by the outer surfaces of the flame chamber 4 and the smoke tubes 8, and by the inner surfaces of the screw coils 9.

Изменяя тепловыделение горелочного устройства 6 и количество питательной воды в трубы нагревательных элементов, можно добиться оптимального режима работы котла. By changing the heat dissipation of the burner device 6 and the amount of feed water into the pipes of the heating elements, it is possible to achieve the optimal operation of the boiler.

Claims

A water boiler containing a sealed housing filled with water, inside which there is a fire chamber and smoke tubes equipped with heating elements installed with a gap, one end of the pipe of which is connected to the boiler water volume, characterized in that each heating element is a helical coil wound from a smooth pipe inserted into the smoke pipe with the formation of a spiral channel, while the second end of the pipe of the heating elements is connected to the feed pipe.