RU2482399C1

RU2482399C1 - Heating gas boiler

Info

Publication number: RU2482399C1
Application number: RU2011139094/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Кобелев; Сергей Геннадьевич Емельянов; Олег Алексеевич Овчаренко; Татьяна Васильевна Алябьева; Андрей Николаевич Кобелев; Лариса Сергеевна Белоусова; Наталья Евгеньевна Семичева
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011139094A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heating gas boiler comprises a rectangular cabinet with a jacket, inside of which there is a furnace with a burner, a heat exchanger and a nozzle of combustion products discharge installed vertically and comprising a cone-shaped nozzle with curvilinear planes and guide and twist ribs, a cassette with an adsorbing substance. The nozzle of combustion products discharge comprises an ejector, which is installed along with the flow of combustion products, and a flange of partial removal of combustion products, which is connected with a thermoelectric generator arranged in the form of a body with a throughput channel for combustion products and a set of differential thermocouples, at the same time "hot" ends of the set of thermocouples are arranged in the throughput channel for combustion products, and their "cold" ends are fixed on the outer surface of the generator body away from the throughput channel for combustion products, besides, the input of the throughput channel for combustion products of the generator body is connected with the flange of partial removal of combustion products, and the output - with the mixing chamber of the ejector.

EFFECT: reduced power inputs for operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к бытовой топливоиспользующей аппаратуре и может быть использовано в газовых проточных и емкостных водоподогревателях, отопительных аппаратах для нужд отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых домах.The invention relates to household fuel-powered equipment and can be used in gas flow and capacitive water heaters, heating devices for heating and hot water supply of apartments in residential buildings.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2269065, МПК F24H 1/00, F23J 15/02, 2006, Бюл. №3), состоящий из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностью внешней стенки помещения.Known heating gas boiler (see RF patent No. 2269065, IPC F24H 1/00, F23J 15/02, 2006, Bull. No. 3), consisting of a rectangular cabinet with thermal protection and a casing, inside which there is a burner with a burner, a heat exchanger and the outlet pipe of combustion products through the outer wall of the room, mounted vertically and containing a cone-shaped nozzle with curved planes and guiding and twisting ribs, a cartridge with absorbent material, hermetically installed in the outlet pipe of combustion products between the casing is rectangular cabinet with thermal protection and the inner surface of the outer wall of the room.

Недостатком является снижение в процессе эксплуатации степени очистки продуктов сгорания, обусловленное неравномерностью скорости протекания процесса адсорбционного теплообмена в кассете по направлению движения обрабатываемого потока.The disadvantage is the reduction during operation of the degree of purification of the combustion products, due to the uneven speed of the process of adsorption heat transfer in the cartridge in the direction of movement of the processed stream.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2344350, МПК F24H 1/00, F23J 15/02, 2009, Бюл. №2), состоящий из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностью внешней стенки помещения, при этом кассета включает вертикальный корпус с верхним и нижним коллекторами, боковыми стенками, которые с установленными в нем секционными перегородками выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке.Known heating gas boiler (see RF patent No. 2344350, IPC F24H 1/00, F23J 15/02, 2009, Bull. No. 2), consisting of a rectangular cabinet with thermal protection and a casing, inside which there is a furnace with a burner, a heat exchanger and the outlet pipe of combustion products through the outer wall of the room, mounted vertically and containing a cone-shaped nozzle with curved planes and guiding and twisting ribs, a cartridge with absorbent material, hermetically installed in the outlet pipe of combustion products between the casing is rectangular cabinet with thermal protection and the inner surface of the outer wall of the room, while the cassette includes a vertical casing with upper and lower collectors, side walls, which are installed in it with sectional partitions made zigzag and form in each section diffusers and confusers located relative to adjacent sections in a checkerboard okay.

Недостатком являются энергозатраты, обусловленные необходимостью дополнительного использования электрической энергии, особенно в темное время суток, для дежурного освещения помещения, где расположен находящийся в рабочем положении котел отопительный газовый, и/или для питания электроэнергией оборудования и автоматики для его обслуживания.The disadvantage is energy costs, due to the need for additional use of electric energy, especially in the dark, for on-duty lighting of the room where the heating gas boiler is located in the working position, and / or for supplying electricity to equipment and automation for its maintenance.

Технической задачей является снижение энергозатрат на эксплуатацию котла отопительного газового путем сокращения потребления электрической энергии от постороннего источника как на дежурное освещение, так и на питание приборов автоматизации и контроля, за счет производства электричества путем использования теплового потенциала процесса сгорания природного газа термоэлектрическим генератором, соединенным с патрубком выхода продуктов сгорания.The technical task is to reduce energy consumption for the operation of a heating gas boiler by reducing the consumption of electric energy from an external source both for emergency lighting and for powering automation and control devices, by generating electricity by using the thermal potential of the natural gas combustion process with a thermoelectric generator connected to the pipe the output of combustion products.

Технический результат по снижению энергозатрат на эксплуатацию, особенно в темное время суток, достигается тем, что котел отопительный газовый для нужд отопления и горячего водоснабжения в жилых помещениях состоит из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностно внешней стенки помещения, при этом кассета включает вертикальный корпус с верхним и нижним коллекторами, боковыми стенками, которые с установленными в нем секционными перегородками выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке, причем патрубок выхода продуктов сгорания включает эжектор, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец частичного отвода процессов сгорания, который соединен с термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для продуктов сгорания и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар термоэлектрического генератора расположены в проходном канале для продуктов сгорания, а «холодные» их концы укреплены на внешней поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для продуктов сгорания, кроме того, вход проходного канала для продуктов сгорания корпуса термоэлектрического генератора соединен с фланцем частичного отвода продуктов сгорания, а выход соединен с камерой смешивания эжектора.The technical result of reducing energy costs for operation, especially at night, is achieved by the fact that the gas heating boiler for heating and hot water supply in residential premises consists of a rectangular cabinet with thermal protection and a casing, inside which there is a burner with a burner, a heat exchanger and a pipe the exit of combustion products through the outer wall of the room, mounted vertically and containing a cone-shaped nozzle with curved planes and guiding and twisting ribs, cassettes with an adsorbing substance, hermetically installed in the outlet of the combustion products between the casing of the rectangular cabinet with thermal protection and the inner surface of the outer wall of the room, while the cassette includes a vertical housing with upper and lower collectors, side walls, which are installed in it with zigzag sectional partitions and in each section form diffusers and confusers, staggered relative to neighboring sections, and the outlet pipe of the combustion products in an ejector installed in the direction of the combustion products movement and a partial exhaust flange of combustion processes, which is connected to a thermoelectric generator made in the form of a housing with a passage for combustion products and a set of differential thermocouples, while the “hot” ends of the set of differential thermocouples of the thermoelectric generator are located in the passage channel for combustion products, and their “cold” ends are mounted on the outer surface of the thermoelectric generator housing far from the passage channel for combustion products, in addition, the flow channel entrance for the thermoelectric generator is connected to the housing of the combustion products with a flange partial discharge of the combustion products, and an output connected to the mixing chamber of the ejector.

На фиг.1 изображен котел отопительный газовый; на фиг.2 - патрубок выхода продуктов сгорания с конусообразной насадкой, кассетой, заполненной адсорбирующим веществом, эжектором и термоэлектрическим генератором; на фиг.3 - корпус кассеты с боковыми стенками и зигзагообразными перегородками.Figure 1 shows a heating gas boiler; figure 2 - pipe outlet of the products of combustion with a cone-shaped nozzle, a cartridge filled with an absorbent substance, an ejector and a thermoelectric generator; figure 3 - cassette case with side walls and zigzag partitions.

Котел отопительный газовый состоит из прямоугольного шкафа 1 с тепловой изоляцией и кожухом, внутри которого расположены топка 2 с горелкой 3, теплообменник 4 и патрубок выхода продуктов сгорания 5. Между внутренней поверхностью внешней стенки и внутренней стенкой 6 жилого помещения и кожухом прямоугольного шкафа 1 с тепловой изоляцией в патрубке выхода продуктов сгорания 5 герметично установлена кассета 7 с адсорбирующим веществом 8. Патрубок выхода продуктов сгорания 5 снабжен конусообразным насадком 9 с криволинейными плоскостями 10 и направляющими и закручивающими ребрами 11. Кассета 7 включает вертикальный корпус с верхним 12 и нижним 13 коллекторами и боковые стенки 14 с установленными в них секционными перегородками 15, выполненными зигзагообразными и образующими в каждой секции 16 диффузоры 17 и конфузоры 18, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Входные отверстия 19 в каждой секции 16 выполнены пропорционально увеличивающимся сечениям по ходу движения продуктов сгорания по нижнему 13 коллектору корпуса кассеты 7.The gas heating boiler consists of a rectangular cabinet 1 with thermal insulation and a casing, inside of which there is a furnace 2 with a burner 3, a heat exchanger 4 and a flue gas outlet 5. Between the inner surface of the outer wall and the inner wall 6 of the living room and the casing of the rectangular cabinet 1 with thermal insulation in the outlet pipe of the combustion products 5 hermetically installed cassette 7 with absorbent material 8. The outlet pipe of the combustion products 5 is equipped with a conical nozzle 9 with curved planes 10 and tapering and twisting ribs 11. The cassette 7 includes a vertical housing with upper 12 and lower 13 collectors and side walls 14 with sectional partitions 15 installed in them, made zigzag and forming in each section 16 diffusers 17 and confusers 18 located relative to adjacent sections in a checkerboard okay. The inlet openings 19 in each section 16 are made in proportion to increasing sections along the course of the combustion products along the lower 13 of the collector of the cassette 7.

Патрубок выхода продуктов сгорания 5 включает эжектор 20, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец 21 частичного отвода продуктов сгорания, который соединен с термоэлектрическим генератором 22, выполненным в виде корпуса 23 с проходным каналом 24 для продуктов сгорания и комплектом дифференциальных термопар 25. При этом «горячие» концы 26 комплекта дифференциальных термопар 25 термоэлектрического генератора 22 расположены на проходном канале 24 для продуктов сгорания, а «холодные» их концы 27 укреплены на внешней поверхности 28 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 вдали от проходного канала 24 для продуктов сгорания. Кроме того, вход 29 проходного канала 24 для продуктов сгорания корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 соединен с фланцем 21 частичного отвода продуктов сгорания, а выход 30 соединен с камерой 31 смешивания эжектора 20.The outlet pipe of the combustion products 5 includes an ejector 20, installed in the direction of movement of the combustion products, and a flange 21 of the partial exhaust of the combustion products, which is connected to a thermoelectric generator 22, made in the form of a housing 23 with a passageway 24 for combustion products and a set of differential thermocouples 25. When this “hot” ends 26 of the set of differential thermocouples 25 of the thermoelectric generator 22 are located on the passage channel 24 for combustion products, and their “cold” ends 27 are mounted on the outer surface 28 the housing 23 of the thermoelectric generator 22 away from the passage channel 24 for combustion products. In addition, the input 29 of the passage channel 24 for the products of combustion of the housing 23 of the thermoelectric generator 22 is connected to the flange 21 of the partial exhaust of the products of combustion, and the output 30 is connected to the mixing chamber 31 of the ejector 20.

Котел отопительный газовый работает следующим образом.Gas heating boiler works as follows.

Из газовой сети природный газ низкого давления через систему автоматизации по газопроводу (не показано) поступает в топку 2 к горелке 3, где воспламеняется. Образовавшиеся продукты сгорания проходят через теплообменник 4, где осуществляется нагрев воды, и далее поступают в патрубок выхода продуктов сгорания 5, где разделяются на два потока. Один поток с температурой около 100°С через фланец 21 частичного отвода продуктов сгорания поступает на вход 29 проходного канала 24 для продуктов сгорания корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 и контактирует с «горячими» концами 26 комплекса дифференциальных термопар 25.Natural gas of low pressure from the gas network through the automation system through a gas pipeline (not shown) enters the furnace 2 to the burner 3, where it is ignited. The resulting combustion products pass through a heat exchanger 4, where the water is heated, and then enter the outlet pipe of the combustion products 5, where they are divided into two streams. One stream with a temperature of about 100 ° C through the flange 21 of the partial removal of combustion products enters the input 29 of the passage channel 24 for the products of combustion of the housing 23 of the thermoelectric generator 22 and is in contact with the "hot" ends 26 of the complex of differential thermocouples 25.

В связи с тем что «холодные» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 25 укреплены на внешней поверхности 28 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 вдали от проходного канала 24 для продуктов сгорания и, соответственно, контактируют с воздухом помещения (для кухни +16°С в соответствии со СНиП 2.01.01-92 Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 1993. 82 с.), то между «холодными» и «горячими» концами термоэлектрического генератора 22 возникает термо-ЭДС. При выполнении комплекта дифференциальных термопар 25 из хромель-копеля термо-ЭДС. может достигать 6,0 мВ (см., например, Иванова, Т.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.).Due to the fact that the "cold" ends 27 of the set of differential thermocouples 25 are mounted on the outer surface 28 of the housing 23 of the thermoelectric generator 22 far from the passage channel 24 for combustion products and, therefore, are in contact with the room air (for the kitchen + 16 ° C in accordance with SNiP 2.01.01-92 Construction Climatology and Geophysics. M: Stroyizdat, 1993. 82 pp.), Then between the "cold" and "hot" ends of the thermoelectric generator 22 there is a thermo-EMF. When performing a set of differential thermocouples 25 of chromel-copel thermo-EMF. can reach 6.0 mV (see, for example, Ivanova, T. M. Thermotechnical measurements and instruments. M: Energoatomizdat, 1984. 230 p.).

Следовательно, использование температурного потенциала продуктов сгорания, перемещающихся в проходном канале 24 корпуса 23, обеспечивает напряжение на выходе из термоэлектрического генератора 22 в пределах 12-36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для осуществления как дежурного освещения в темное время суток помещения, где расположен котел отопительный газовый, так и/или для питания системы автоматизации и его контроля, т.е. устраняется необходимость использования электрической энергии от постороннего источника для этих целей. В результате уменьшаются энергозатраты при эксплуатации котла отопительного газового.Therefore, the use of the temperature potential of the combustion products moving in the passage channel 24 of the housing 23 provides a voltage at the output of the thermoelectric generator 22 within 12-36 V (see, for example, Technical fundamentals of heat engineering. Thermotechnical experiment. Handbook / Ed. V.M.Zorina, Moscow: Energoatomizdat, 1980. 560 p.), Which is quite enough for the implementation of both emergency lighting at night time of the room where the heating gas boiler is located, and / or for powering the automation system and its about control, i.e. eliminates the need to use electrical energy from an external source for these purposes. As a result, energy consumption is reduced during operation of a heating gas boiler.

Второй поток продуктов сгорания перемещается по патрубку выхода продуктов сгорания 5, поступает в эжектор 20 и, проходя камеру смешивания 31, эжектирует продукты сгорания из выхода 30 проходного канала 24 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22, и смешанный поток следует в нижний коллектор 13, где равномерно распределяется по секциям 16. Секции 16 состоят из диффузоров 17 и конфузоров 18, расположенных относительно друг друга в шахматном порядке. Равномерность эпюры скоростей при распределении потока продуктов сгорания в нижнем 13 коллекторе осуществляется за счет пропорционально увеличивающихся сечений входных отверстий 19 индивидуально для каждой секции 16. Движущийся в корпусе кассеты 7 поток продуктов сгорания, проходя последовательно участки диффузоров 17 и конфузоров 18, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению интенсивности тепломассообмена процесса адсорбционной очистки газа (см., например, Бакластов A.M. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. М.: Энергоаудит, 1986. 328 с.), а также к перераспределению в секциях 16 давления движущегося потока продуктов сгорания. Это выравнивает аэродинамическое сопротивление в секциях 16 по высоте от нижнего коллектора 13 до верхнего коллектора 12, что и обеспечивает эффективную адсорбционную очистку, а это в конечном итоге улучшает экологическую обстановку в зоне конусообразной насадки 9.The second stream of combustion products moves along the pipe of the output of the products of combustion 5, enters the ejector 20 and, passing the mixing chamber 31, ejects the products of combustion from the output 30 of the passage channel 24 of the housing 23 of the thermoelectric generator 22, and the mixed stream flows to the lower manifold 13, where it is evenly distributed in sections 16. Sections 16 consist of diffusers 17 and confusers 18, staggered relative to each other. The uniformity of the velocity plot during the distribution of the flow of combustion products in the lower manifold 13 is carried out due to proportionally increasing sections of the inlet openings 19 individually for each section 16. The flow of combustion products moving in the cassette 7, passing successively sections of diffusers 17 and confusers 18, continuously changes its speed, which leads to turbulization of the flow and an increase in the intensity of heat and mass transfer of the adsorption gas purification process (see, for example, Baclast AM and others. Industrial heat and mass belt processes and installations, Moscow: Energy Audit, 1986. 328 pp.), as well as the redistribution in sections 16 of the pressure of the moving flow of combustion products. This aligns the aerodynamic drag in sections 16 in height from the lower manifold 13 to the upper manifold 12, which ensures efficient adsorption cleaning, and this ultimately improves the environmental situation in the area of the conical nozzle 9.

Далее из верхнего коллектора 12 кассеты 7 очищенные продукты сгорания поступают в конусообразный насадок 9. Воздушный поток атмосферного воздуха, окружающий вертикально установленный конусообразный насадок 9 со стороны внешней стенки 6, обтекает криволинейные поверхности плоскости 10, а также направляющие и закручивающие ребра 11, закручивается, создавая эжекционный эффект за счет увеличения скорости воздуха в потоке между криволинейной поверхностью плоскости 10 и внешней поверхностью патрубка выхода продуктов сгорания 9.Further, from the upper collector 12 of the cartridge 7, the cleaned combustion products enter a cone-shaped nozzle 9. The air stream surrounding the vertically mounted cone-shaped nozzles 9 from the side of the outer wall 6 flows around the curved surfaces of the plane 10, as well as the guide and screw ribs 11, twisting, creating the ejection effect due to an increase in the air velocity in the flow between the curved surface of the plane 10 and the outer surface of the outlet pipe of the combustion products 9.

Оригинальность предлагаемого изобретения по снижению энергоемкости при эксплуатации, особенно в темное время суток, заключается в том, что сокращается потребление электрической энергии от посторонних источников как для дежурного освещения помещения, где размещен котел отопительный газовый, так и для питания электроэнергией его приборов автоматики, причем электричество вырабатывается посредством использования теплового потенциала продуктов сгорания природного газа, выбрасываемых в атмосферу, путем присоединения термоэлектрического генератора к патрубку выхода продуктов сгорания.The originality of the invention to reduce energy consumption during operation, especially in the dark, is that the consumption of electric energy from extraneous sources is reduced both for emergency lighting of the room where the heating gas boiler is located, and for supplying electricity to its automation devices, and electricity generated by using the thermal potential of the combustion products of natural gas emitted into the atmosphere by connecting thermoelectricly th generator to the outlet pipe of the combustion products.

Claims

Gas heating boiler, consisting of a rectangular cabinet with thermal protection and a casing, inside which there is a furnace with a burner, a heat exchanger and a pipe for the exit of combustion products through the external wall of the room, installed vertically and containing a cone-shaped nozzle with curved planes and guiding and twisting ribs, a cartridge with an adsorbing a substance hermetically installed in the outlet pipe of the combustion products between the casing of the rectangular cabinet with thermal protection and the inner surface outside walls of the room, while the cassette includes a vertical housing with upper and lower collectors, side walls, which are installed in it with sectional partitions made zigzag and form in each section diffusers and confusers, staggered relative to neighboring sections, characterized in that the pipe the output of the combustion products includes an ejector installed in the direction of movement of the combustion products, and a flange of a partial exhaust of combustion products, which is connected to a thermoelectric generator rum, made in the form of a housing with a passageway for combustion products and a set of differential thermocouples, while the “hot” ends of the set of differential thermocouples of a thermoelectric generator are located in the passageway for combustion products, and their “cold” ends are mounted on the outer surface of the thermoelectric generator housing in the distance from the passage channel for the products of combustion, in addition, the entrance of the passage channel for the products of combustion of the housing of the thermoelectric generator is connected to the partial flange exhaust gases, and the output is connected to the mixing chamber of the ejector.