RU2521698C2

RU2521698C2 - Gas heating module

Info

Publication number: RU2521698C2
Application number: RU2012139988/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Щелоков; Наталья Петровна Краснова
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-07-10
Also published as: RU2012139988A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to water heating equipment, i.e. to decentralised heat supply and hot water supply plants of domestic, production and public buildings. A gas heating module consists of a metallic housing filled with water. A U-shaped heat generating element with a burner assembly is located inside the above housing. The gas heating module also consists of a gas and air supply system, a gas duct, a flash tank, and connection pipes for water, water drain in case of repair. The convective part of the U-shaped heat generating element is made of two gas ducts of rectangular section. Steel cylindrical studs are welded to two opposite side walls of each of the gas ducts in a staggered order across flue gas flow. Oppositely installed rows of studs form double rows at assembly of gas ducts.

EFFECT: improving energy efficiency, reducing mass and dimensional characteristics, improving strength and reliability of the design, improving heat exchange efficiency of the convective part of the heat generating element.

2 dwg

Description

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

Различные конструкции проточных водонагревателей для децентрализованного теплоснабжения, представляющие собой водогрейные котлы различной мощности, присутствуют в ассортименте таких компаний, как Junkers, Ferroli, РЭМЭКС, Новосергиевского механического завода и др. Аналогом данного изобретения является водогрейный котел ЯИК Новосергиевского Механического Завода (паспорт котла КВСа-0,3 Гн/ЛЖ ГОСТ30735-2001 «ЯИК-300», 2010 г.), который состоит из корпуса, патрубков для входа, выхода, а также слива воды, двухходового нагревательного элемента на фланце, дымохода, опор и др.Various designs of instantaneous water heaters for decentralized heat supply, which are hot water boilers of various capacities, are present in the assortment of companies such as Junkers, Ferroli, REMEX, Novosergievsky Mechanical Plant, etc. An analogue of this invention is the YaIK boiler of the Novosergievsky Mechanical Plant (KVS-0 boiler passport , 3 GN / LV GOST30735-2001 “YaIK-300”, 2010), which consists of a housing, nozzles for entry, exit, as well as drainage of water, a two-way heating element on the flange, and Mokhoda, supports, etc.

К недостаткам этой установки относятся большой удельный вес (кг/кВт), сложность выполнения ремонтных работ поверхностей нагрева в случае их повреждения и т.д.The disadvantages of this installation include a large specific gravity (kg / kW), the difficulty of repair work on heating surfaces in case of damage, etc.

Прототипом данного изобретения является газовый отопительный модуль «Самара» (Патент РФ №2117877), состоящий 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.The prototype of this invention is a gas heating module "Samara" (RF Patent No. 211,17877), 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.

В этом устройстве теплогенерирующий элемент выполнен из последовательно расположенных прямого и обратного ходов прямоугольной формы, соединенных поворотным коленом, и имеет U-образную форму. Причем обратный ход имеет цилиндрические шипы различной длины, установленные по всей длине поперек потока дымовых газов в возрастающем порядке.In this device, the heat-generating element is made of sequentially arranged forward and reverse strokes of a rectangular shape, connected by a rotary elbow, and has a U-shape. Moreover, the return stroke has cylindrical spikes of various lengths installed along the entire length across the flue gas stream in an increasing order.

Основными недостатками указанного изобретения являются большой удельный вес, повышенное гидравлическое сопротивление в дымоходе, что влечет за собой применение вентилятора высокого давления, что влияет на количество потребляемой электрической энергии на перекачивание воздуха в котле и системе дымоудаления.The main disadvantages of this invention are its large specific gravity, increased hydraulic resistance in the chimney, which entails the use of a high pressure fan, which affects the amount of electrical energy consumed in pumping air in the boiler and smoke exhaust system.

Техническим результатом изобретения является: высокая энергетическая эффективность (КПД не ниже 95%), малые массогабаритные характеристики, прочность и надежность конструкции, повышение эффективности теплообмена в конвективной части теплогенерирующего элемента.The technical result of the invention is: high energy efficiency (efficiency not lower than 95%), small weight and size characteristics, strength and reliability of the structure, increasing the efficiency of heat transfer in the convective part of the heat-generating element.

Технический результат достигается за счет того, что газовый отопительный модуль состоит из металлического корпуса, заполняемого водой, внутри которого расположен U-образный теплогенерирующий элемент с газогорелочным блоком, системы подвода газа и воздуха, дымохода, расширительного бака, патрубков для воды, а также слива воды в случае ремонта, причем конвективная часть U-образного теплогенерирующего элемента выполнена из двух газоходов прямоугольного сечения, а к двум противоположным боковым стенкам каждого из газоходов приварены стальные цилиндрические шипы в шахматном расположении поперек движения дымовых газов таким образом, что при сборке газоходов противоположно установленные ряды шипов образуют сдвоенные ряды.The technical result is achieved due to the fact that the gas heating module consists of a metal case filled with water, inside of which there is a U-shaped heat-generating element with a gas burner unit, gas and air supply systems, a chimney, an expansion tank, water pipes, and also water drain in case of repair, moreover, the convective part of the U-shaped heat-generating element is made of two rectangular ducts, and has become welded to the two opposite side walls of each of the ducts nye cylindrical studs in a staggered arrangement across the flue gas flow direction so that during assembly flues oppositely mounted series of studs form a double fold.

На фиг.1, фиг.2 изображен газовый отопительный модуль - продольный и поперечный разрезы.In Fig.1, Fig.2 shows a gas heating module - longitudinal and transverse sections.

На фиг.1 изображен продольный разрез газового отопительного модуля, где:Figure 1 shows a longitudinal section of a gas heating module, where:

1 - металлический корпус, 2 - жаровая труба, 3 - поворотная камера, 4 - газоход, 5 -расширительный бак, 6 - дымоход, 7 - газогорелочный блок, 8 - фланец теплогенерирующего элемента, 9, 10 - патрубки для воды, 11 - патрубок для слива воды.1 - a metal case, 2 - a fire tube, 3 - a rotary chamber, 4 - a flue, 5 - an expansion tank, 6 - a chimney, 7 - a gas burner block, 8 - a flange of a heat generating element, 9, 10 - pipes for water, 11 - a pipe to drain the water.

На фиг.2 изображен поперечный разрез газового отопительного модуля, где:Figure 2 shows a cross section of a gas heating module, where:

12, 13 - каналы газоходов.12, 13 - ducts.

Газовый отопительный модуль работает следующим образом.Gas heating module operates as follows.

Заполняется металлический корпус 1 водой. Производится розжиг газогорелочного блока 7 и вывод модуля на рабочий режим. Сгорание природного газа происходит в жаровой трубе 2, затем продукты сгорания поступают под прямым углом в поворотную камеру 3. В пределах жаровой трубы и поворотного участка происходит полное сгорания газового топлива и частичное охлаждение дымовых газов за счет передачи теплоты излучением от горящего факела к стенкам камеры, охлаждаемым водой. В окончании поворотной камеры 3 продукты сгорания поступают в два ошипованных по всей длине газохода 4, расположенных под прямым углом к поворотной камере. Теплота продуктов сгорания конвекцией передается шипам, а затем от них теплопроводностью стенкам газохода. Охлажденные в газоходах до температуры ~150°С продукты сгорания удаляются через дымоход 6. Жаровая труба 2, поворотная камера 3 и два ошипованных газохода 4 образуют собой теплогенерирующий элемент газового отопительного модуля. Теплогенерирующий элемент имеет общий фланец 8 для прямого и обратного хода и шпильками крепится к торцевой стенке металлического корпуса 1, что обеспечивает жесткость конструкции. Вход и выход нагреваемой воды осуществляется через патрубки 9 и 10, а ее слив в случае ремонтных работ - через патрубок 11.The metal housing 1 is filled with water. The gas burner block 7 is ignited and the module is brought to the operating mode. The combustion of natural gas occurs in the flame tube 2, then the combustion products enter at a right angle into the rotary chamber 3. Within the limits of the flame tube and the rotary section, the gas fuel is completely burned and the flue gases are partially cooled due to the transfer of heat by radiation from the burning torch to the chamber walls, chilled water. At the end of the rotary chamber 3, the combustion products enter two studded along the entire length of the duct 4, located at right angles to the rotary chamber. The heat of the combustion products by convection is transferred to the spikes, and then from them to the duct walls by thermal conductivity. The combustion products cooled in the flues to a temperature of ~ 150 ° C are removed through the chimney 6. The flame tube 2, the rotary chamber 3 and two studded ducts 4 form a heat-generating element of the gas heating module. The heat-generating element has a common flange 8 for forward and reverse motion and is attached to the end wall of the metal housing 1 with pins, which ensures rigidity of the structure. The input and output of the heated water is carried out through nozzles 9 and 10, and its discharge in the case of repair work through the nozzle 11.

Теплогенерирующий элемент имеет гладкую поверхность с внешней стороны, омываемую нагреваемой водой. С внутренней стороны жаровая труба 2 и поворотная камера 3 имеют также гладкую поверхность, а к внутренней поверхности газоходов 4 приварены цилиндрические шипы таким образом, что они образуют шахматное расположение спаренных шипов.The heat generating element has a smooth surface on the outside, washed by heated water. On the inside, the flame tube 2 and the rotary chamber 3 also have a smooth surface, and cylindrical spikes are welded to the inner surface of the flues 4 so that they form a staggered arrangement of paired spikes.

В целях уменьшения продольных габаритов газового отопительного модуля конвективный газоход выполнен в виде двух отдельных каналов 12, 13, причем шипы привариваются к плоской поверхности широкой стороны газохода. Длина шипа выбирается таким образом, чтобы зазор между торцевой частью шипа и противоположной стенкой составлял 5% ширины поперечного сечения канала.In order to reduce the longitudinal dimensions of the gas heating module, the convective duct is made in the form of two separate channels 12, 13, and the spikes are welded to the flat surface of the wide side of the duct. The length of the spike is selected so that the gap between the end part of the spike and the opposite wall is 5% of the width of the cross section of the channel.

При этом в процессе работы при наличии внешнего давления на плоские стенки шипы упираются неприваренными торцами к плоской поверхности противоположной стенки, тем самым обеспечивая необходимую прочность конструкции.Moreover, in the process of operation, in the presence of external pressure on the flat walls, the spikes abut against the welded ends against the flat surface of the opposite wall, thereby providing the necessary structural strength.

Процессы горения в камерах сгорания (топках котлов, теплогенераторов, промышленных печей) происходят в условиях турбулентного потока, характеризующегося наличием низкочастотных пульсаций (до 1000 1/сек).The combustion processes in the combustion chambers (boiler furnaces, heat generators, industrial furnaces) occur in a turbulent flow characterized by the presence of low-frequency pulsations (up to 1000 1 / s).

Наличие низкочастотных пульсаций горячей среды передается на поверхности газоходов 4, что приводит к колебаниям стенок, при этом шипы неприваренными торцами ударяют в противоположную стенку, что приводит к «сбиванию» шлама с поверхностей теплогенерирующего элемента (эффект самоочищения).The presence of low-frequency pulsations of the hot medium is transmitted on the surface of the flues 4, which leads to wall vibrations, while the spikes with welded ends hit the opposite wall, which leads to “knocking” of sludge from the surfaces of the heat-generating element (self-cleaning effect).

Для работы газового отопительного модуля не требуется химически очищенная вода, достаточно наличие воды питьевого качества (из водопровода).Chemically purified water is not required for the operation of the gas heating module; the availability of potable water (from the water supply) is sufficient.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает достижение технического результата:Thus, the proposed technical solution ensures the achievement of the technical result:

- высокая энергетическая эффективность,- high energy efficiency,

- малые габариты вследствие увеличения поверхности конвективного теплообмена, выполненного в виде двух газоходов,- small dimensions due to an increase in the surface of convective heat transfer, made in the form of two flues,

- удобство обслуживания и ремонта, поскольку предусматривается выполнение съемного теплогенерирующего элемента на фланце,- ease of maintenance and repair, since it is envisaged to make a removable heat-generating element on the flange,

- прочность и надежность конструкции,- strength and reliability of the structure,

- повышение эффективности теплообмена в конвективной части теплогенератора за счет увеличения теплопередающей поверхности и турбулизации потока дымовых газов.- improving the heat transfer efficiency in the convective part of the heat generator by increasing the heat transfer surface and turbulizing the flue gas stream.

Claims

A gas heating module, consisting of a metal body filled with water, inside of which there is a U-shaped heat-generating element with a gas burner unit, gas and air supply systems, a chimney, an expansion tank, water pipes, as well as water draining in case of repair, characterized in that that the convective part of the U-shaped heat-generating element is made of two rectangular ducts, steel cylindrical spikes are welded into two opposite side walls of each of the ducts the arrangement across the movement of the flue gas in such a way that when assembling the flues, the opposed rows of spikes form double rows.