Газовий водонагрівач

Винахід відноситься до теплотехніки і може бути використаний в широкому діапазоні потужностей як в автономних, переважно безнасосних системах теплопостачання і у системах гарячого водопостачання з проточним водонагрівачем, так і в системах центрального опалення для житлових та інши х будинків. У безнасосних системах опалення циркуляція у водяному контурі створюється за рахунок нагрівання води у водяній порожнині, що є частиною цього контуру, тому необхідно, щоб поверхні водяної порожнини, що нагріваються, розташовувалися по можливості нижче і займали як можна більшу частину поперечного перерізу порожнини. Так само нижче розташовують і патрубок підведення води. Оптимальне виконання зазначених вимог сприяє рівномірному прогріву води, підвищує швидкість циркуляції і, як наслідок, інтенсифікує теплообмін. Відомий побутовий водонагрівач для безнасосних систем опалення, що містить корпус, камеру згоряння, водяну порожнину з поверхнями, що нагріваються, і патрубками підведення і відводу води, що є частиною водяного контур у в системі подачі тепла споживачу, газовий полум'яний пальник, встановлений у камері згоряння, випускний патрубок, сполучений з камерою за допомогою каналу, що відводить продукти згоряння (1). Зазначений водонагрівач має низьку ефективність через неповне згоряння газу і недостатній теплообмін, тому що поверхні водяної порожнини нагріваються в основному конвективним теплом, що в цій конструкції є мало ефективним, а значна частина тепла виходить через газовідвідний канал з газами. Відомий також газовий водонагрівач, конструкція якого в основному аналогічна вищеописаному. У цьому водонагрівачі для інтенсифікації теплообміну в газовідвідному каналі встановлений теплообмінник, що утворює ряд каналів, перешкоджаючи вільному виходу відпрацьованих газів (2). Зазначений газовий водонагрівач є найбільш близьким до даного винаходу по технічній сутності, однак його ефективність залишається низькою внаслідок неповного згоряння газу і невисокого теплообміну. Раніше робилися спроби (у тому числі і заявником) створення водонагрівача з газовим пальником інфрачервоного випромінювання, випромінююча поверхня якого була повернута знизу нагору до поверхні нагрівання водяної порожнини, однак кераміка пальників у цих нагрівачах руйнувалася через попадання на неї конденсату, що осаджується з парів продуктів згоряння на холодні поверхні водяної порожнини. Даний винахід спрямований на створення високоефективного водонагрівача, конструкція якого дозволила б установити газові пальники з керамічними інфрачервоними випромінювачами, уникнувши при цьому попадання конденсату на кераміку, і роздільно використовувати для нагрівання променисте і конвективне тепло, що дозволило б збільшити температурний напір і, як наслідок, ефективність теплообміну. Для рішення зазначеної задачі, на відміну від відомого газового водонагрівача, що містить корпус, камеру згоряння, водяну порожнину з поверхнями нагрівання, що є частиною контуру в системі подачі тепла споживачу, газовий, що є джерелом інфрачервоного випромінювання, пальник, встановлений у камері згоряння, випускний патрубок, сполучений з камерою за допомогою каналів, що відводять продукти згоряння відповідно до даного винаходу, у нижній частині водонагрівача виконаний щонайменше один виїмковий елемент водяної порожнини, до поверхні нагрівання якого повернута вертикально установлена випромінююча поверхня інфрачервоного пальника. Простір камери згоряння над пальником обмежено екраном, що направляє продукти згоряння до відвідних каналів. Поверхня нагрівання виїмкового елемента оснащена ребрами з боку води, а патрубок підведення води розташований у нижній частиш виїмкового елемента водяної порожнини. Зазначені ознаки є достатніми для усіх випадків виконання даного винаходу. В окремому випадку виконання даного винаходу виїмковий елемент водяної порожнини поділяє камеру згоряння на автономні частини. В іншому окремому випадку ребра поверхонь нагрівання виїмкового елемента водяної порожнини розташовані вертикально, при цьому відвідні канали розміщені у водяній порожнині в зоні над пальником, установлені похило і мають турбулізатори з боку продуктів згоряння. Ще в одному окремому випадку ребра розташовані горизонтально й утворюють зі стінками елемента змійовик. Виконання в нижній частині водонагрівача виїмкового елемента водяної порожнини, до поверхні нагрівання якого повернута вертикально установлена випромінююча поверхня інфрачервоного пальника, дозволяє уникнути попадання конденсату на кераміку пальника і тим самим запобігти його руйнуванню. Використання інфрачервоних пальників підвищує е фективність водонагрівача. Розташування патрубка підведення води в нижній частині елемента водяної порожнини і наявність вертикальних ребер з боку води на поверхнях нагрівання елемента дозволяє створити стабільний потік у безнасосній системі і надійно прогріти його по всьому перетині, що зменшує втрати через нерівність швидкостей потоків і інтенсифікує циркуляцію. Виконання на протилежних поверхнях нагрівання горизонтальних, розташованих у ша ховому порядку ребер у сполученні з нижнім розташуванням патрубка підведення води інтенсифікує нагрівання води в проточному водонагрівачі і дозволяє надійно прогріти її навіть при порівняно великій швидкості потоку. Вертикальне розташування випромінюючої поверхні інфрачервоного пальника в сполученні з екраном, що обмежує простір камери згоряння над пальником і направляє продукти згоряння до відвідних каналів, а також розміщення відвідних каналів у водяної порожнини над пальником, похиле їхнє положення і наявність у ни х турбулізаторів з боку продуктів згоряння дозволяє прогрівати променевим теплом (через оребрені поверхні елемента) масу води, подаваної до нагрівача, а конвективним теплом - тіньові зони порожнини. Таким чином, завдяки поділу променевого і конвективного тепла відбувається більш рівномірне нагрівання води по всій порожнині і, як наслідок, більш стабільний потік, що інтенсифікує циркуляцію води в системі і теплообмін. Нижче надані приклади виконання даного винаходу з посиланням на креслення, на яких: Фіг.1 - водонагрівач, камера згоряння якого розділена виїмковим елементом водяної порожнини на дві частини (розріз фіг.3 по А-А) Фіг.2 - Вид збоку на фіг.1 з розрізом виїмкового елемента водяної порожнини по осі (бічна стінка кожуха не показана) Фіг.3 - розріз по фіг.2 по Б-Б (повернуто) Фіг.4 - Нижня частина водонагрівача з двома виїмковими елементами водяної порожнини (поперечний розріз елементів) Фіг.5 - Проточний водонагрівач для системи гарячого водопостачання (без передньої стінки кожуха) Фіг.6 - Вид збоку на фіг.5 з розрізом нижньої частини елемента по осі. Газовий водонагрівач містить корпус 1, камеру згоряння 2 із встановленими в ній газовими пальниками, що є джерелами інфрачервоного випромінювання 3, водяну порожнину 4, що є частиною водяного контуру в системі подачі тепла споживачу. У нижній частині водонагрівача виконаний виїмковий елемент 5 водяної порожнини, до поверхні нагрівання 6 якого повернута вертикально установлена випромінююча поверхня "С" газового пальника, що є інфрачервоним 3. На фіг.1 виїмковий елемент водяної порожнини 5 поділяє камеру згоряння 2 на дві автономні частини. У водонагрівачі, представленому на фіг.4, є два виїмкових елементи водяної порожнини, що розташовані з протилежних сторін водонагрівача. Патрубок 7 підведення води для нагрівання розташований у нижній частині виїмкового елемента 5. Патрубок 8 подачі нагрітої води споживачу знаходиться у верхній частині водяної порожнини 4. Поверхня 6, що нагрівається, оснащена вертикальними ребрами 9 з боку води. Простір камери згоряння над пальником 3 обмежено екраном 10, що направляє продукти згоряння до відвідних каналів 11. З каналів 11 продукти згоряння ідуть у випускний колектор-патрубок 12. Канали 11 оснащені турбулізаторами 13 з боку продуктів згоряння. У патрубку 12 є відсікачі 14 (фіг.3), що знижують взаємовплив потоків з каналів 11, а також інтенсифікують тепловіддачу. У проточному водонагрівачі (фіг.5, 6) обсяг водяної порожнини зведений до мінімуму, тому що вода, що надходить у водонагрівач, постійно холодна, а швидкість її плину порівняно висока. У цих умовах для інтенсифікації нагрівання необхідно мати нагріті обсяги малого перетину. Для виконання цієї вимоги виїмковий елемент 5 зв'язаний з водяною порожниною 4 каналами 22, що мають порівняно малий поперечний переріз і розвинену поверхню за рахунок збільшення їхньої довжини. У проточному водонагрівачі ребра 23 розташовані горизонтально й утворюють зі стінками виїмкового елемента 5 змійовик з каналами, розташованими уздовж поверхонь, що нагріваються. Водонагрівачі працюють у системах, обладнаних автоматикою безпеки, що забезпечує автоматичний режим роботи водонагрівача, контроль горіння й автоматичне відключення подачі газу при припиненні горіння. Після заповнення системи водою і розпалення пальників інфрачервоні промені через стінки виїмкових елементів 5 і ребра9 нагрівають воду в виїмку в елементі 5. Продукти згоряння (конвективне тепло), обтікаючи стінки водяної порожнини 4, направляються в відвідні канали 11 і далі у випускний патрубок 12. Через стрічково-спіральні турбулізатори 13, відсікаючи 14 і стінки порожнини 4 відвідних каналів 11 і патрубка 12 тепло продуктів згоряння передається воді. В міру нагрівання вода починає переміщатися нагору і заміщуюється холодною водою, а далі виникає і стабілізується циркуляція. У проточному водонагрівачі (фіг.5 і 6) вода проходить багаторазово по каналах, утворених ребрами 23 і стінками елемента 5. Ці канали знаходяться в зоні інфрачервоного випромінювання пальників 3. Після елемента 5 вода надходить через канали 22 у водяну порожнину 4, що знаходяться в потоці конвективного тепла. Високоефективне згоряння газу в інфрачервоних пальниках, роздільне використання інфрачервоного випромінювання і конвективного тепла, а також конструктивні інтенсифікатори теплообміну (ребра, турбулізатори, вибір перетинів і поверхонь теплообміну) забезпечують високу ефективність водонагрівача. Література 1. «Обогреватель газовый ОГ-15», руководство по эксплуатации 4259 00.000 РЭ. Производственное объединение «Лугансктепловоз», г. Луганск, Украина, 1994г. 2. Проспект фирмы Wolf Klimatechnik "Gas-Spezialheizkessel NG-3E".