RU61013U1

RU61013U1 - WATER BOILER

Info

Publication number: RU61013U1
Application number: RU2006111994/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Григорьевич Белецкий; Павел Викторович Грызунов; Сергей Кузьмич Голиков
Original assignee: Борис Григорьевич Белецкий
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-02-10
Also published as: RU102981U1

Abstract

Водогрейный котел содержит теплообменник и герметичный корпус, в котором размещены топка с газовой горелкой, выполненный над ней конвективный газоход с дымовой коробкой, а также телескопический патрубок для подачи воздуха в топку к газовой горелке и выброса продуктов сгорания соединенный одним концом с дымовой коробкой и выходящий за пределы здания и систему автоматики, соединенную с газовой горелкой. Конвективный газоход котла имеет четное количество вертикальных конвективных каналов трапециидальной формы разделенных вертикальными стенками и расположенных внутри теплообменника заполненного жидким теплоносителем. Высота каналов равна высоте теплообменника, а площадь нижнего основания в 1,5-4,5 раза больше площади сечения верхнего основания конвективного канала. Конвективные каналы установлены над двухсекционным блоком газовых горелок, причем одна из секций блока работает постоянно, а другая имеет возможность включения в случае необходимости через отдельный запорный элемент. Мощность постоянно работающей секции составляет 30-40% суммарной мощности блока газовых горелок. Телескопический газоход для выброса продуктов сгорания находится внутри телескопического патрубка для подачи воздуха и имеет на своей поверхности слой теплоизоляции. В полости теплообменника установлен витой змеевик контура горячего водоснабжения.The hot water boiler contains a heat exchanger and a sealed housing in which a furnace with a gas burner is placed, a convective gas duct with a smoke box made over it, and also a telescopic pipe for supplying air to the furnace to the gas burner and exhausting combustion products connected at one end to the smoke box and the limits of the building and the automation system connected to the gas burner. The convective gas duct of the boiler has an even number of vertical convective channels of trapezoidal shape separated by vertical walls and located inside the heat exchanger filled with liquid heat carrier. The height of the channels is equal to the height of the heat exchanger, and the area of the lower base is 1.5-4.5 times larger than the cross-sectional area of the upper base of the convective channel. Convective channels are installed above the two-section block of gas burners, one of the sections of the block operating continuously, and the other having the ability to turn on if necessary through a separate locking element. The power of the constantly working section is 30-40% of the total power of the gas burner unit. The telescopic gas duct for the emission of combustion products is located inside the telescopic pipe for air supply and has a layer of thermal insulation on its surface. In the cavity of the heat exchanger, a twisted coil of a hot water supply circuit is installed.

Description

Предлагаемый водогрейный котел предназначен для раздельного отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых многоэтажных домах и индивидуальных жилых зданиях, с системами естественной и принудительной циркуляции воды.The proposed boiler is designed for separate heating and hot water supply of apartments in residential multi-storey buildings and individual residential buildings, with natural and forced water circulation systems.

Известен котел (авторское свидетельство СССР №1437631 от 25.05.86 г. (1)), имеющий теплообменные секции, которые размещены в топочной камере веерообразно и имеющие в поперечном сечении форму трапеций, образующих между собой газоходы переменного проходного сечения, уменьшающегося по ходу движения продуктов сгорания. Недостатком известного котла является большая металлоемкость и сложность изготовления. Кроме того, опыт эксплуатации подобных котлов показал, что такое расположение газоходов не обеспечивает равномерного и эффективного теплосъема теплообменными секциями.A boiler is known (USSR author's certificate No. 1437631 of 05.25.86 (1)), which has heat-exchange sections that are fan-shaped and have a trapezoidal cross-sectional shape, forming between them gas ducts of variable passage section, decreasing along the course of the products combustion. A disadvantage of the known boiler is its high metal consumption and manufacturing complexity. In addition, the operating experience of such boilers has shown that such an arrangement of gas flues does not provide uniform and efficient heat removal by heat exchange sections.

Известен также многотопливный отопительный котел (свидетельство на полезную модель №8453 от 04.02.98 г. (2)), содержащий прямоугольный корпус, внутри которого размещены окруженные рубашкой топка с двумя автономными последовательно расположенными газоходами, площади проходных сечений которых по ходу газов уменьшаются от входных участков к выходным. Недостатком данного котла является сложность изготовления и низкая эффективность теплосъема.A multi-fuel heating boiler is also known (Utility Model Certificate No. 8453 of February 4, 1998 (2)), containing a rectangular housing, inside of which there is a furnace surrounded by a jacket with two autonomous consecutive gas ducts, the passage cross-sections of which along the gases decrease from the input plots for the weekend. The disadvantage of this boiler is the difficulty of manufacturing and low heat removal efficiency.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому водогрейному котлу является водогрейный котел (патент на полезную модель №30946 от 04.02.2003 г. (3)) который содержит герметический корпус. В корпусе размещена топка, над которой выполнен конвективный газоход. В топке расположены теплообменные элементы в виде собранных в вертикальные ряды поперечно расположенных водяных труб. Конвективный газоход в его верхней части выполнен за одно целое с дымовой коробкой, в которую вставляется телескопический патрубок, выходящий за пределы зданий и имеющий каналы для подачи воздуха в топку к газовой горелке и для выброса продуктов сгорания. В нижней части топки установлены боковые экранные горизонтальные трубы. В средней и верхней частях топки установлены горизонтальные (поперек котла) водяные трубы разного диаметра, которые соединены с экранными трубами при помощи передней и задней водяных камер котла. Интенсивность смывания труб теплоносителем определяется расстоянием между трубами в одном ряду и расстоянием между трубами двух соседних рядов по диагонали. Конвективный газоход выполнен трапецеидальной формы и в нем водяные трубы расположены горизонтально (поперек котла) в шахматном порядке и также соединены с передней и задней водяными камерами котла. Трапециевидное расположение труб в средней и верхней частях топки обеспечивает площадь сечения между The closest analogue to the proposed hot water boiler is a hot water boiler (patent for utility model No. 30946 dated 04.02.2003 (3)) which contains an airtight housing. A firebox is placed in the casing, over which a convective gas duct is made. In the furnace there are heat exchange elements in the form of transversely arranged water pipes assembled in vertical rows. The convective flue in its upper part is made in one piece with a smoke box into which a telescopic pipe is inserted, extending outside the buildings and having channels for supplying air to the furnace to the gas burner and for ejecting combustion products. In the lower part of the furnace, lateral screen horizontal pipes are installed. In the middle and upper parts of the furnace, horizontal (across the boiler) water pipes of different diameters are installed, which are connected to the screen pipes using the front and rear water chambers of the boiler. The intensity of flushing pipes with a coolant is determined by the distance between the pipes in the same row and the distance between the pipes of two adjacent rows diagonally. The convective flue is made in a trapezoidal shape and in it the water pipes are arranged horizontally (across the boiler) in a checkerboard pattern and are also connected to the front and rear water chambers of the boiler. The trapezoidal arrangement of the pipes in the middle and upper parts of the furnace provides a cross-sectional area between

трубами первого ряда больше площади сечения между трубами последнего ряда в 1,5-2,5 раза. В задней части котла выполнен соединенный с задней водяной камерой дополнительный канал (байпас), в котором размещен теплообменник для горячего водоснабжения. Теплообменник выполнен в виде витого змеевика. Газовая горелка соединена с системой автоматики работы котла. Для удобства регулирования система автоматики установлена в передней части котла.pipes of the first row more than the cross-sectional area between the pipes of the last row in 1.5-2.5 times. In the rear part of the boiler, an additional channel (bypass) connected to the rear water chamber is made, in which a heat exchanger for hot water supply is located. The heat exchanger is made in the form of a twisted coil. The gas burner is connected to the boiler automation system. For ease of regulation, an automation system is installed in the front of the boiler.

В известном устройстве в качестве теплообменника используются горизонтально расположенные трубы, число которых составляет не менее 30 штук. Поэтому у котлов подобной конструкции высока металлоемкость. При изготовлении теплообменника такой конструкции приходится выполнить более 60 сварных швов, что существенно повышает трудоемкость изготовления котла и снижает его надежность при эксплуатации. Кроме того, горизонтальное расположение труб не обеспечивает равномерного и эффективного теплообмена между горячими газами поднимающимися от газовой горелки по конвективному газоходу и теплоносителем, находящемся в полости теплообменника, в частности в передней и задней водяных камерах котла и в камере дополнительного канала (байпаса). Применение дополнительного канала (байпаса) с теплообменником также увеличивает металлоемкость (вес) котла, а также его габаритные размеры.In the known device as a heat exchanger uses horizontally arranged pipes, the number of which is at least 30 pieces. Therefore, boilers of this design have a high metal consumption. In the manufacture of a heat exchanger of this design, more than 60 welds have to be completed, which significantly increases the complexity of manufacturing the boiler and reduces its reliability during operation. In addition, the horizontal arrangement of the pipes does not provide uniform and efficient heat exchange between hot gases rising from the gas burner through the convective gas duct and the heat carrier located in the cavity of the heat exchanger, in particular in the front and rear water chambers of the boiler and in the chamber of the additional channel (bypass). The use of an additional channel (bypass) with a heat exchanger also increases the metal consumption (weight) of the boiler, as well as its overall dimensions.

Опыт эксплуатации котлов подобной конструкции для индивидуального отопления показал, что при работе котла только в режиме отопления мощность развиваемая односекционной горелкой не превышает 20-30% ее номинальной мощности. При такой мощности снижается КПД котла и ухудшаются его эксплуатационные характеристики, в частности увеличивается концентрация вредных веществ в продуктах сгорания.The operational experience of boilers of a similar design for individual heating has shown that when the boiler operates only in heating mode, the power developed by a single-section burner does not exceed 20-30% of its rated power. With this power, the boiler’s efficiency decreases and its performance deteriorates, in particular, the concentration of harmful substances in the combustion products increases.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение эффективности теплообмена, снижение металлоемкости и трудоемкости изготовлении, а также улучшение эксплуатационных характеристик.The purpose of the proposed utility model is to increase the efficiency of heat transfer, reducing the metal consumption and the complexity of manufacturing, as well as improving operational characteristics.

Поставленная цель достигается тем, что в водогрейном котле, содержащим теплообменник, герметичный корпус, в котором размещены топка с газовой горелкой, выполненный над ней конвективный газоход с дымовой коробкой, а также телескопический патрубок для подачи воздуха в топку к газовой горелке и выброса продуктов сгорания соединенный одним концом с дымовой коробкой и выходящий за пределы здания, и систему автоматики, соединенную с газовой горелкой, конвективный газоход котла имеет четное количество вертикальных конвективных каналов трапецеидальной формы разделенных вертикальными стенками и расположенных внутри теплообменника заполненного жидким теплоносителем, высота которых равна высоте теплообменника и площадью сечения нижнего основания в 1,5-4,5 раза большей площади сечения верхнего основания конвективного канала и установленных над двухсекционным блоком газовых горелок, одна из секций которого работает постоянно, а другая имеет возможность включения в случае необходимости через отдельный запорный элемент, причем мощность постоянно This goal is achieved by the fact that in a boiler containing a heat exchanger, a sealed housing in which a furnace with a gas burner is placed, a convective gas duct with a smoke box made above it, and also a telescopic pipe for connecting air to the furnace to the gas burner and the discharge of combustion products are connected one end with a chimney box and extending outside the building, and an automation system connected to a gas burner, the convective gas duct of the boiler has an even number of vertical convective channels in the ideal shape separated by vertical walls and located inside the heat exchanger filled with liquid heat carrier, the height of which is equal to the height of the heat exchanger and the cross-sectional area of the lower base is 1.5-4.5 times the cross-sectional area of the upper base of the convective channel and gas burners installed above the two-section block, one of the sections which works constantly, and the other has the ability to turn on if necessary through a separate locking element, and the power is constantly

работающей секции составляет 30-40% суммарной мощности двухсекционного блока горелок и телескопический газоход для выброса продуктов сгорания находится внутри телескопического патрубка для подачи воздуха и имеет на своей поверхности слой теплоизоляции, а в полости теплообменника между наружными стенками конвективных каналов установлен витой змеевик.the working section makes up 30-40% of the total power of the two-section burner unit and the telescopic gas duct for exhausting combustion products is located inside the telescopic pipe for air supply and has a layer of thermal insulation on its surface, and a twisted coil is installed in the cavity of the heat exchanger between the outer walls of the convection channels.

На фиг.1 изображен вид сбоку, предлагаемого водогрейного котла. В водогрейном котле имеется топка 1, размещенная внутри герметичного корпуса 4. Топка 1 в верхней ее части переходит в конвективные каналы 2 трапецеидальной формы разделенные вертикальными стенками на несколько газоходов. В нижней части топки 1 установлена двухсекционная газовая горелка 3, размещенная выше дна герметичного корпуса 4 котла и соединенная с системой автоматики 10. Над каждой секцией газовой горелки 3 устанавливается один или несколько (в зависимости от мощности котла) конвективных каналов 2. Поэтому общее количество конвективных каналов в водогрейном котле всегда четное число. Продукты сгорания через дымовую коробку 5 и телескопический газоход 6 выводятся за пределы жилого помещения (на фиг.1 стена помещения не показана). Телескопический газоход 6 имеет на своей поверхности слой теплоизоляции. Через патрубок 8 происходит подача воздуха к газовой горелке 3. Рассекатель 9 служит для равномерного распределения продуктов сгорания и защиты патрубка 8 (и соответственно топки 1) от задувания при порывах ветра. В верхней части котла находится теплообменник 12, заполненный теплоносителем (например, водой). Витой змеевик 11 контура горячего водоснабжения охватывает своими витками конвективные каналы 2 и установлен в полости теплообменника 12. Снаружи все элементы котла закрыты декоративным корпусом 7.Figure 1 shows a side view of the proposed hot water boiler. In the boiler there is a furnace 1, located inside the sealed housing 4. The furnace 1 in its upper part passes into the convective channels 2 of a trapezoidal shape separated by vertical walls into several flues. In the lower part of the furnace 1, a two-section gas burner 3 is installed, located above the bottom of the boiler sealed housing 4 and connected to the automation system 10. One or more convection channels 2 are installed above each section of the gas burner 3 (therefore, the total number of convection channels The channels in the boiler are always an even number. The products of combustion through the smoke box 5 and the telescopic gas duct 6 are discharged outside the premises (in Fig. 1, the wall of the room is not shown). The telescopic gas duct 6 has a thermal insulation layer on its surface. Through the pipe 8, air is supplied to the gas burner 3. The divider 9 serves to evenly distribute the combustion products and protect the pipe 8 (and, accordingly, the furnace 1) from blowing out in case of wind gusts. In the upper part of the boiler there is a heat exchanger 12 filled with a heat carrier (for example, water). The twisted coil 11 of the hot water supply circuit covers the convection channels 2 with its turns and is installed in the cavity of the heat exchanger 12. Outside, all elements of the boiler are closed by a decorative case 7.

На фиг.2 приведен пример конкретного исполнения конвективного канала (вид сверху и вид сбоку), где 13 и 14 наружные стенки конвективного канала, 15 - стенки газоходов.Figure 2 shows an example of a specific embodiment of the convective channel (top view and side view), where 13 and 14 are the outer walls of the convective channel, 15 are the walls of the flues.

На фиг.3 показан двухсекционный блок газовых горелок, который содержит две одинаковые секции газовой горелки 3, систему автоматики 10 и запорный элемент 16, позволяющий в случае необходимости включать или выключать одну из секций блока газовых горелок 3.Figure 3 shows a two-section block of gas burners, which contains two identical sections of the gas burner 3, the automation system 10 and the locking element 16, which allows, if necessary, enable or disable one of the sections of the block of gas burners 3.

Котел работает следующим образом.The boiler operates as follows.

При работе газовой горелки 3 происходит сгорании газа в топке 1 и, поднимающиеся горячие продукты сгорания, попадают в конвективные каналы 2, имеющие развитую внутреннюю поверхность. При движении по конвективному каналу продукты сгорания отдают часть своего тепла теплоносителю, находящемуся в теплообменнике 12 и соответственно уменьшается их объем. Уменьшение объема влечет за собой уменьшение скорости течения горячих газов в верхней части конвективного канала. С уменьшением скорости течения уменьшается коэффициент теплопередачи, а следовательно и эффективность работы котла.During operation of the gas burner 3, gas is burned in the furnace 1 and the rising hot products of combustion enter the convective channels 2 having a developed inner surface. When moving along the convective channel, the combustion products give part of their heat to the heat carrier located in the heat exchanger 12 and their volume accordingly decreases. A decrease in volume entails a decrease in the flow rate of hot gases in the upper part of the convective channel. With a decrease in the flow rate, the heat transfer coefficient decreases, and therefore the efficiency of the boiler.

Так как конвективный канал выполнен трапецеидальной формы, то по высоте канала изменяется скорость теплоносителя, чем улучшается теплообмен. При такой конструкции канала имеется возможность плавно разогнать теплоноситель до скорости примерно в 3 раза выше, чем в цилиндрическом канале. В этом случае удается обеспечить отбор большей тепловой мощности с единицы поверхности теплового канала.Since the convective channel is made of a trapezoidal shape, the velocity of the coolant changes along the height of the channel, which improves heat transfer. With this design of the channel, it is possible to smoothly disperse the coolant to a speed of about 3 times higher than in a cylindrical channel. In this case, it is possible to ensure the selection of greater thermal power from a unit surface of the heat channel.

Отработанные продукты сгорания попадает в дымовую коробку 5 и при помощи телескопического газохода 6 удаляется за пределы жилого помещения. Наличие герметичного корпуса 4 надежно, изолирует объем жилого помещения от продуктов сгорания и забора воздуха на сжигание газообразного топлива. Одновременно при помощи патрубка 8 с улицы в топку 1 поступает воздух. Опыт эксплуатации водогрейных котлов подобной конструкции при морозах ниже - 30°С показал необходимость защиты телескопического газохода 6 от действия низких температур теплоизоляционным слоем, что повышает стабильность работы котла при низких температурах.Exhaust combustion products fall into the chimney box 5 and with the help of a telescopic gas duct 6 is removed outside the premises. The presence of a sealed enclosure 4 is reliable, isolates the volume of the premises from the products of combustion and air intake for burning gaseous fuels. At the same time, with the help of pipe 8, air enters the furnace 1 from the street. The operating experience of boilers of a similar design in frosts below -30 ° C showed the need to protect the telescopic duct 6 from the action of low temperatures with an insulating layer, which increases the stability of the boiler at low temperatures.

Температура нагрева воды в котле устанавливается перед запуском котла и отслеживается системой автоматики 10. Когда вода на выходе из котла нагревается до температуры, соответствующей заданному регулятором температуры воды значению, система автоматики 10 уменьшает подачу газа на горелки 3. После охлаждения воды в отопительной системе на определенную величину, подача газа к горелке 3 автоматически восстанавливается.The temperature of water heating in the boiler is set before the boiler starts and is monitored by the automation system 10. When the water leaving the boiler is heated to a temperature corresponding to the value set by the water temperature controller, the automation system 10 reduces the gas supply to the burners 3. After cooling the water in the heating system by a certain value, the gas supply to the burner 3 is automatically restored.

Если во время работы котла из водопровода в змеевик 11 горячего водоснабжения по имеющемуся в квартире трубопроводу подается холодная вода, то нагретый в теплообменнике 12 теплоноситель нагревает змеевик 11 и из него будет поступать горячая вода потребителю на хозяйственные нужды.If during the operation of the boiler, cold water is supplied from the water supply pipe to the hot water supply coil 11 through the pipe available in the apartment, then the heat carrier heated in the heat exchanger 12 heats the coil 11 and hot water will flow from it to the consumer for household needs.

Эксплуатация водогрейных котлов для поквартирного отопления и горячего водоснабжения, в режиме отопления показала, что котлы с одной газовой горелкой не обеспечивают регулирования мощности котла в требуемом диапазоне, так как требуемая мощность, необходимая для отопления составляет 20-30% номинальной мощности котла. В этом случае в водогрейном котле предлагаемой конструкции запорный элемент 16 закрыт и диапазон регулирования мощности котла определяется мощностью одной (постоянно работающей) секции котла. В режиме горячего водоснабжения, когда мощность котла должна быть максимальна (80-100% номинальной мощности) запорный элемент 16 - открыт и диапазон регулирования мощности котла определяется суммарной мощностью газовых горелок. Только наличие двухсекционного блока газовых горелок, позволяет регулировать мощность котла в заданном диапазоне мощностей, при этом мощность постоянно работающей секции составляет 30-40% суммарной мощности двухсекционного блока газовых горелок.The operation of hot water boilers for apartment heating and hot water supply in heating mode showed that boilers with one gas burner do not provide regulation of the boiler power in the required range, since the required power required for heating is 20-30% of the rated power of the boiler. In this case, in the boiler of the proposed design, the shut-off element 16 is closed and the range of regulation of the boiler power is determined by the power of one (constantly working) section of the boiler. In the hot water supply mode, when the boiler power should be maximum (80-100% of the rated power), the shut-off element 16 is open and the control range of the boiler power is determined by the total power of the gas burners. Only the presence of a two-section block of gas burners allows you to adjust the boiler power in a given range of capacities, while the power of a constantly working section is 30-40% of the total power of a two-section block of gas burners.

Подобная конструкция водогрейного котла позволяет уменьшить его металлоемкость и трудоемкость изготовления за счет упрощения This design of the boiler allows to reduce its metal consumption and the complexity of manufacturing due to simplification

конструкции теплообменника, повысить его надежность за счет уменьшения количества сварных соединений, увеличить эффективность теплообмена за счет оптимизации скорости течения продуктов сгорания и улучшить эксплуатационные характеристики, за счет применения двухсекционной газовой горелки.the design of the heat exchanger, to increase its reliability by reducing the number of welded joints, to increase the efficiency of heat transfer by optimizing the flow rate of the combustion products and to improve operational characteristics through the use of a two-section gas burner.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1437631 от 25.05.86 г.1. USSR author's certificate No. 1437631 of 05.25.86

2. Свидетельство на полезную модель №8453 от 04.02.98 г.2. Certificate for utility model No. 8453 of 04/04/98.

3. Патент на полезную модель №30946 от 04.02.2003 г.3. Patent for utility model No. 30946 dated February 4, 2003.

Claims

A water boiler containing a heat exchanger, a sealed housing in which a furnace with a gas burner is placed, a convective gas duct with a smoke box made over it, and also a telescopic pipe for supplying air to the furnace to the gas burner and exhausting combustion products, connected at one end to the smoke box and outside the building, and an automation system connected to a gas burner, characterized in that the convective gas duct of the boiler has an even number of vertical convective channels of trapezoidal shape, p separated by vertical walls and located inside a heat exchanger filled with liquid coolant, the height of which is equal to the height of the heat exchanger and the cross-sectional area of the lower base is 1.5-4.5 times the cross-sectional area of the upper base of the convective channel and gas burners installed above the two-section block, one of which sections works continuously, and the other has the ability to turn on if necessary through a separate locking element, and the power of the constantly working section is 30-40% of the total power twopart block spine gas burners and telescopic flue for discharging products of combustion is inside the telescopic air supply pipe and has on its surface a layer of insulation, and in the cavity of the heat exchanger is mounted helical coil.