RU2256127C1

RU2256127C1 - Hot-water boiler

Info

Publication number: RU2256127C1
Application number: RU2003133257/06A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Евсеев (RU); Г.А. Евсеев
Original assignee: Евсеев Геннадий Александрович
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-07-10

Abstract

FIELD: heating water; heating systems or hot water supply systems.

SUBSTANCE: proposed hot-water boiler has shell with water inlet and outlet, furnace chamber with burners, fire tubes provided with inserts and communicated by their inlets with furnace chamber and with flue gas manifold by their outlets; flue gas manifold is connected with smoke stack. Cross-section of inserts has shape of cross, for example. Mounted over periphery of inserts are turbulators in form of nozzles cut in necks; diameter of nozzle neck is equal to 0.5-0.9 of inner diameter of fire tube; distance between turbulators is equal to 0.5-2.5 of inner diameter of fire tube. Turbulators may be stamped from sheet. Water section of hot-water boiler may be divided into two cavities brought into communication; water inlet is located in upper part and outlet is located in lower part.

EFFECT: enhanced efficiency of boiler.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для отопления и/или горячего водоснабжения зданий.The invention relates to a power system and can be used for heating and / or hot water supply to buildings.

Известен водогрейный котел (авторское свидетельство СССР №1543183, кл. F 22 В 7/12), содержащий заполненный водой герметичный корпус, внутри которого расположена топка, жаровая труба и дымогарные трубы. Для интенсификации теплообмена дымогарные трубы снабжены винтовыми вставками.A well-known hot water boiler (USSR author's certificate No. 1543183, class F 22 B 7/12) containing a sealed housing filled with water, inside of which there is a firebox, a fire tube and smoke tubes. To intensify heat transfer, smoke tubes are equipped with screw inserts.

Недостатком данного котла является сложность конструктивного исполнения, а также недостаточная интенсификация теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде при использовании винтовых вставок. Интенсификация теплопередачи за счет винтовой вставки достигается из-за уменьшения эффективного диаметра канала дымогарной трубы и, как следствие, увеличения коэффициента теплообмена, а также из-за радиационного теплообмена от нагретой в потоке дымовых газов винтовой вставки.The disadvantage of this boiler is the complexity of the design, as well as insufficient intensification of heat transfer from flue gases to heated water when using screw inserts. The intensification of heat transfer due to the screw insert is achieved due to a decrease in the effective diameter of the smoke pipe channel and, as a consequence, an increase in the heat transfer coefficient, as well as due to radiation heat transfer from the screw insert heated in the flue gas stream.

Известен водогрейный котел (патент РФ №21877763, кл. F 24 Н 1/00), взятый в качестве прототипа водогрейного котла. Водогрейный котел содержит корпус с крышкой, закрепленную в центральной части крышки горелку, размещенные в корпусе водяной объем, топочную камеру дымовых газов и дымогарные трубы, сообщенные входными участками с поворотной камерой дымовых газов, а выходными - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, водяной коллектор, расположенный в донной части котла, нагревательные элементы в виде труб, каждая из которых помещена с кольцевым зазором в дымогарную трубу, причем впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему воду трубопроводу, а выпускные - к водяному объему котла. Согласно изобретению, в каналах, образованных кольцевыми зазорами между нагревательными элементами и дымогарными трубами, установлены турбулизаторы газового потока, поворотная камера дымовых газов образована днищами водяного объема и топочной камеры, впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему трубопроводу через водяной коллектор, а выпускные - непосредственно к водяному объему, при этом водяной коллектор образован днищами котла и топочной камеры, а коллектор дымовых газов - крышкой котла и обращенной к крышке поверхностями водяного объема. При этом турбулизаторы газового потока, размешенные на равном расстоянии друг от друга по длине трубы, могут быть выполнены в виде кольцевых выступов на внутренней поверхности дымогарной трубы, в том числе кольцевыми выдавками материала дымогарной трубы или в виде кольцевых выступов на наружной поверхности нагревательного элемента. В результате использования технического решения повышается эффективность теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде, уменьшение массы и габаритов котла.Known hot water boiler (RF patent No. 21877763, class F 24 H 1/00), taken as a prototype of a hot water boiler. The hot water boiler contains a housing with a lid, a burner fixed in the central part of the lid, a water volume, a flue gas chamber and smoke pipes communicated by the inlet sections with the flue gas chamber and the outlet sections with a flue gas collector connected to the chimney, a water collector located in the bottom of the boiler, heating elements in the form of pipes, each of which is placed with an annular gap in the smoke tube, with the inlet ends of the heating elements connected to the bottom the water supply pipe, and the exhaust pipes to the water volume of the boiler. According to the invention, gas flow turbulators are installed in the channels formed by the annular gaps between the heating elements and the smoke tubes, the rotary flue gas chamber is formed by the bottoms of the water volume and the combustion chamber, the inlet ends of the heating elements are connected to the inlet pipe through a water collector, and the exhaust ones directly to water volume, while the water collector is formed by the bottoms of the boiler and the combustion chamber, and the flue gas collector is formed by the lid of the boiler and the lid facing surface water volume. In this case, gas flow turbulators, placed at an equal distance from each other along the length of the pipe, can be made in the form of annular protrusions on the inner surface of the smoke pipe, including ring protrusions of the material of the smokestack pipe or in the form of annular protrusions on the outer surface of the heating element. As a result of using the technical solution, the efficiency of heat transfer from flue gases to heated water is increased, and the weight and dimensions of the boiler are reduced.

Недостатком данного котла является сложность конструктивного исполнения, особенно в части щелевого канала дымогарной трубы между двумя коаксиальными трубами, а также недостаточная интенсификация теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде за счет кольцевых выступов внутри щелевого канала дымогарной трубы. Оставляя в стороне технологию изготовления кольцевых выступов и их размещение в относительно узком щелевом канале дымогарной трубы, отметим, что эффективность теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде достигается прежде всего за счет использования узкого щелевого канала, что должно приводить к значительному сопротивлению газового тракта. Увеличение теплопередачи определяется как уменьшением ширины щелевого канала в зоне кольцевого выступа, так и отрывом потока от стенки за кольцевым выступом, что сопровождается увеличением коэффициента теплообмена. Однако из-за достаточно плавных по своему контуру кольцевых выступов, как это следует из описания, эффект увеличения коэффициента теплообмена использован не в полном объеме, так как зона отрыва потока (зона рециркуляции) будет относительно небольшой по сравнению с резким краем выступа, например типа течения Барда.The disadvantage of this boiler is the complexity of the design, especially in the slotted channel of the smokestack pipe between two coaxial pipes, as well as the insufficient intensification of heat transfer from flue gases to heated water due to annular protrusions inside the slotted channel of the smoke pipe. Leaving aside the technology for manufacturing annular protrusions and their placement in a relatively narrow slotted channel of a smoke tube, we note that the efficiency of heat transfer from flue gases to heated water is achieved primarily through the use of a narrow slotted channel, which should lead to significant resistance of the gas path. The increase in heat transfer is determined both by a decrease in the width of the slotted channel in the region of the annular protrusion, and by a separation of the flow from the wall behind the annular protrusion, which is accompanied by an increase in the heat transfer coefficient. However, because the annular protrusions are quite smooth in their contour, as follows from the description, the effect of increasing the heat transfer coefficient is not used to the full extent, since the separation zone of the flow (recirculation zone) will be relatively small compared to the sharp edge of the protrusion, for example, the type of flow Barda.

Отметим, что использование узких щелевых каналов в дымогарных трубах, да плюс кольцевых выступов в них должно сопровождаться значительным сопротивлением в газовом тракте, что исключает использование относительно простых в изготовлении атмосферных горелок, характерных для бытовых водогрейных котлов.It should be noted that the use of narrow slotted channels in smoke tubes, plus the annular protrusions in them, must be accompanied by significant resistance in the gas path, which eliminates the use of relatively simple atmospheric burners in production, typical of domestic hot water boilers.

В основу изобретения поставлена задача разработать водогрейный котел, который позволит устранить указанные недостатки и реализовать бытовой водогрейный котел с высоким КПД при относительно простой в исполнении конструкции.The basis of the invention is the task to develop a hot water boiler, which will eliminate these drawbacks and implement a domestic hot water boiler with high efficiency with a relatively simple design.

Поставленная цель достигается тем, что в водогрейном котле, содержащем корпус, размещенные в корпусе водяной объем с соответствующими входом и выходом для протока воды, топочную камеру с горелками, дымогарные трубы, снабженные вставками и сообщенные своими входами с топочной камерой, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, вставки имеют поперечное сечение, например, в форме креста, по периферии вставок установлены турбулизаторы в форме сопла, обрезанного в его горле, с диаметром горла сопла, равным 0,5-0,9 внутреннего диаметра дымогарной трубы, и расстоянием между турбулизаторами, равным 0,5-2,5 внутреннего диаметра дымогарной трубы, при этом турбулизаторы в форме сопла выполнены, например, штамповкой из листа.This goal is achieved by the fact that in a boiler containing a housing, a water volume is placed in the housing with a corresponding inlet and outlet for the water flow, a combustion chamber with burners, smoke tubes equipped with inserts and communicated by their inputs with the combustion chamber, and the outputs with a collector the flue gas associated with the chimney, the inserts have a cross section, for example, in the shape of a cross, turbulators in the form of a nozzle cut in its throat with a nozzle throat diameter of 0.5-0.9 internal are installed around the periphery of the inserts the diameter of the smoke pipe, and the distance between the turbulators, equal to 0.5-2.5 of the inner diameter of the smoke pipe, while the turbulators in the shape of a nozzle are made, for example, by stamping from a sheet.

В водогрейном котле водяной объем может быть разделен по крайней мере на две части, сообщенные между собой, при этом вход для протока воды размещен в верхней части, а выход - в нижней.In a boiler, the water volume can be divided into at least two parts communicated with each other, while the entrance for the water flow is located in the upper part, and the outlet in the lower.

Так как теплообмен в дымогарной трубе со стороны жидкости определяется свободной конвекцией и реализуется турбулентный режим течения с высоким коэффициентом теплообмена, а теплообмен со стороны дымовых газов определяется вынужденной конвекцией, при этом реализуется ламинарный режим течения с низким коэффициентом теплообмена, то необходимо интенсифицировать теплообмен со стороны дымовых газов.Since the heat transfer in the chimney pipe from the liquid side is determined by free convection and a turbulent flow regime with a high heat transfer coefficient is realized, and the heat exchange from the flue gas side is determined by forced convection, the laminar flow regime with a low heat transfer coefficient is realized, it is necessary to intensify the heat transfer from the smoke side gases.

Предлагаемое техническое решение выполнения водогрейного котла позволяет увеличить теплопередачу от дымовых газов к нагреваемой воде за счет следующих факторов:The proposed technical solution for the implementation of a hot water boiler allows to increase the heat transfer from flue gases to heated water due to the following factors:

- постановка вставки с поперечным сечением в форме креста уменьшает эквивалентный диаметр канала дымогарной трубы примерно в 2,5 раза и при ламинарном теплообмене это приводит соответственно к увеличению коэффициента конвективного теплообмена примерно в 2,5 раза,- setting the insert with a cross section in the form of a cross reduces the equivalent diameter of the smoke pipe channel by about 2.5 times and with laminar heat transfer, this leads to an increase in the convective heat transfer coefficient by about 2.5 times, respectively

- постановка вставки с поперечным сечением в форме креста, нагреваемой потоком дымовых газов, увеличивает тепловой поток к стенке дымогарной трубы за счет радиационного теплового потока от вставки, при этом доля радиационного теплового потока от вставки составляет примерно 20% от полного теплового потока к стенке дымовой трубы,- the installation of the insert with a cross section in the form of a cross heated by the flue gas stream increases the heat flux to the wall of the chimney due to the radiation heat flux from the insert, while the proportion of radiation heat flux from the insert is approximately 20% of the total heat flux to the wall of the chimney ,

- постановка турбулизаторов-сопел с диаметром 0,5-0,9 диаметра дымогарной трубы приводит к тому, что за соплом образуется ступенька 0,25-0,05 диаметра дымогарной трубы соответственно, за ступенькой поток отрывается от стенки с образованием зоны рециркуляционного течения с повышенным коэффициентом теплообмена. Так на линии примыкания к стенке оторвавшегося потока на расстоянии примерно 4-5 калибров ступеньки реализуется наибольший теплообмен, примерно 2 раза превышающий теплообмен в гладком канале, влияние на теплообмен ступеньки завершается на расстоянии 8-10 калибров ступеньки.- setting turbulators-nozzles with a diameter of 0.5-0.9 of the diameter of the smoke pipe leads to the fact that behind the nozzle a step of 0.25-0.05 of the diameter of the smoke pipe is formed, respectively, behind the step the flow breaks off the wall with the formation of a recirculation flow zone with increased heat transfer coefficient. So on the line of abutment to the wall of the detached flow at a distance of about 4-5 caliber steps, the greatest heat transfer is realized, about 2 times higher than the heat transfer in a smooth channel, the effect on the heat transfer of the step ends at a distance of 8-10 caliber steps.

При выполнении турбулизаторов-сопел штамповкой из листа кроме простоты изготовления расширяется зона рециркуляции за ступенькой за счет пространства под соплом.When performing turbulator-nozzles by stamping from a sheet, in addition to ease of manufacture, the recirculation zone beyond the step expands due to the space under the nozzle.

При разделении в котле водяного объема по крайней мере на две части, сообщенные между собой, с входом воды в верхней части, а выходом - в нижней в каждой из частей водяного объема из-за малой скорости протока воды в объеме и свободно конвективного теплообмена на стенках дымогарных труб будет устанавливаться своя температура, причем в верхних частях она будет ниже, что будет способствовать увеличению теплопередачи.When the water volume in the boiler is divided into at least two parts communicated with each other, with the water inlet in the upper part and the outlet in the lower part in each part of the water volume due to the low speed of the water flow in the volume and free convective heat transfer on the walls smoke tubes will be set at its own temperature, and in the upper parts it will be lower, which will increase heat transfer.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлено схематичное изображение водогрейного котла, на фиг.2 - элемент дымогарной трубы с размещенными в ней крестообразной вставкой с турбулизаторами-соплами, на фиг.3 - элемент дымогарной трубы с размещенными в ней крестообразной вставкой с турбулизаторами-соплами, выполненными штамповкой из листа, на фиг.4 - схематичное изображение водогрейного котла с разделением водяного объема на две части.The invention is illustrated by graphic materials, where Fig. 1 is a schematic illustration of a boiler, Fig. 2 is an element of a smoke pipe with a cross-shaped insert with turbulence nozzles placed in it, and Fig. 3 is an element of a smoke pipe with a cross-shaped insert placed in it. with turbulators-nozzles, stamped from a sheet, figure 4 is a schematic illustration of a boiler with the separation of the water volume into two parts.

Водогрейный котел содержит корпус 1, размещенные в корпусе водяной объем 2 с соответствующими входом и выходом для протока воды, топочную камеру 3 с горелками 4, дымогарные трубы 5, снабженные вставками 6 и сообщенные своими входами с топочной камерой, а выходами - с коллектором дымовых газов 7, связанным с дымовой трубой 8. Вставки 6 имеют поперечное сечение, например, в форме креста 9, по периферии вставок установлены турбулизаторы в форме сопла 10, обрезанного в его горле, с диаметром горла сопла, равным 0,5-0,9 внутреннего диаметра дымогарной трубы, и расстоянием между турбулизаторами, равным 0,5-2,5 внутреннего диаметра дымогарной трубы, при этом турбулизаторы в форме сопла выполнены, например, штамповкой из листа 11.The water boiler contains a housing 1, a water volume 2 placed in the housing with a corresponding inlet and outlet for water flow, a combustion chamber 3 with burners 4, smoke tubes 5 equipped with inserts 6 and communicated with their inputs to the combustion chamber, and outputs with a flue gas collector 7 connected to the chimney 8. The inserts 6 have a cross section, for example, in the shape of a cross 9, turbulators are installed around the periphery of the inserts in the form of a nozzle 10 cut in its throat, with a nozzle throat diameter of 0.5-0.9 internal smoke pipe diameter , and the distance between the turbulizers, equal to 0.5-2.5 of the inner diameter of the smoke tube, while the turbulators in the form of a nozzle are made, for example, by stamping from sheet 11.

В водогрейном котле водяной объем может быть разделен по крайней мере на две части 12 и 13, сообщенные между собой, при этом вход для протока воды размещен в верхней части, а выход - в нижней.In the boiler, the water volume can be divided into at least two parts 12 and 13 communicated with each other, while the entrance for the water flow is located in the upper part, and the outlet in the lower.

Claims

1. A water boiler containing a housing, a water volume placed in the housing with a corresponding inlet and outlet for the water flow, a combustion chamber with burners, smoke tubes equipped with inserts and communicated by their inlets with the combustion chamber, and the outputs with a flue gas collector associated with a chimney, characterized in that the inserts have a cross section, for example in the form of a cross, turbulators in the form of a nozzle cut in its throat with a nozzle throat diameter of 0.5-0.9 internal diameter are installed around the periphery of the inserts Garnier pipe, and the distance between the vortex generators, the inner diameter equal to 0.5-2.5 the fire tube, with the turbulators in the form of nozzles are arranged, for example, by stamping from a sheet.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that the water volume is divided into at least two parts communicated with each other, while the entrance for the water flow is located in the upper part and the outlet in the lower.