Контактно-поверхневий водонагрівач

Корисна модель відноситься до пристроїв для нагрівання рідини і може використовуватись в теплоенергетиці, зокрема. в системах теплопостачання. Відомий контактно-поверхневий газовий водонагрівач [патент Російської Федерації RU №2055274, кл. F24H1/10]. який має корпус з патрубками підводу води, відводу о холоджених газів, в якому послідовно розташовані водоохолоджувальна камера згоряння, з'єднана у верхній частині з вертикальним пучком теплообмінних труб, водовідбійні козирки, укріплені над газоперепускиними патрубками, які вварені в верхню стінку кожуху, та контактну камеру з водорозподільним пристроєм. Корпус водонагрівача обладнаний люками для засипки контактної насадки та її відвантаження. На фронтовій стінці камери встановлений газовий пальник. Описана конструкція водонагрівача дозволяє провести з високою інтенсивністю процес теплообміну між високотемпературними продуктами згоряння та водою, що нагрівають, в дві стадії: через теплообмінну поверхню та контактним способом у верхній частині водонагрівача - контактній камері, де проходить максимальний теплообмін через теплообмінну насадку, від кількості якої залежить величина теплообмінної поверхні. Збільшення теплообмінної поверхні приводить до збільшення об'єму насадки, що значно підвищує гідравлічний опір виходу продуктів згоряння, а також дає ще один негативний фактор - збільшення висоти водонагрівача. Збільшення гідравлічного опору викликає необхідність використання більш потужних вентиляторів, що підвищує вартість водонагрівача, що значно збільшує поточні витрати. Відомий також контактно-поверхневий водонагрівач [патент України №53994А, F24H1/10], який містить корпус з водозбірником, в його нижній частині встановлено горизонтально циліндричну камеру згоряння, яка має всередині циліндричну водяну ємність, з'єднану з торців з водозбірником, в кільцевому каналі, який створено циліндричною поверхнею камери згоряння та циліндричною поверхнею водяної ємності, розташовані вертикальні трубні ряди, які разом з поверхнею камери згоряння та поверхнею циліндричної водяної ємності утворюють теплообмінну поверхню камери згоряння до якої тангенціально приєднаний пальниковий пристрій, з'єднаний з системами газопостачання, патрубок виходу продуктів згоряння і вибуховий клапан, розміщену над камерою згоряння циліндричну контактну камеру з сепаратором краплевиносу, патрубок підводу води та теплообмінну насадку, патрубки відводу продуктів згоряння і зливу води розташовані, відповідно, у верхній та нижній частинах корпусу. Теплообмінна насадка виконана у вигляді газо-водорозподільної решітки, встановленої перпендикулярно повздовжній осі контактної камери і оснащеної переливним пристроєм. Виконання водонагрівача таким чином дозволяє інтенсифікувати теплообмін у нижній частині водонагрівача, більш ніж в 2 рази подовжити час контакту продуктів згоряння з теплообмінною поверхнею, створити всеоб'ємний циркуляційний контур та швидке змішування холодної та гарячої води, рівномірно розподілити потік продуктів згоряння по об'єму каналу камери згоряння, зменшити теплове навантажування на контактну камеру, зменшити її висоту і, як наслідок, габарити водонагрівача. Однак, розташування горизонтально циліндричної камери згоряння не дає змоги рівномірно розподілити продукти згоряння всередині камери згоряння, водовідбійник також нерівномірно розподіляє продукти згоряння і не має достатньої конвективної поверхні, що значно підвищує температуру продуктів згоряння до моменту їх прямого контакту з водою і потребує збільшеної контактної камери, отже все це робить конструкцію громіздкою. Таким чином, в основу корисної моделі поставлена задача розробки такого водонагрівача, який би за рахунок нового виконання конструкції дозволив уникнути цих недоліків, а також знизити температуру продуктів згоряння, як до моменту їх прямого контакту з капельно-цівковою фазою в зоні води, так і після їх контакту з цією фазою к зоні теплообмінника-газорозподілювача за рахунок нової конструкції теплообмінника-газорозподілювача та нової конструкції камери згоряння. Поставлена задача вирішена тим. що у контактно-поверхневому водонагрівачі, що містить вертикально розташований корпус з водозбірником і патрубками підведення і відведення води і відведення газів, камеру згоряння, оснащену пальним пристроєм, розташованим в нижній частині камери згоряння, вибуховий клапан, розміщену над камерою згоряння контактну камеру, краплевідбивач, димар і теплообмінну насадку, згідно корисній моделі, камера згоряння виконана у вигляді вертикально розташованої закритої зверху ємності, співвідношення довжини до ширини якої складає не менше 3:1, при цьому горловина камери згоряння розташована біля однієї з торцевих стінок, контактна камера виконана у вигляді ємності, що у перерізі повторює форму камери згоряння і встановлена над нею, а димар розташований в корпусі біля торцевої стінки, протилежної горловині камери згоряння. Поставлена задача також вирішена тим, що камера згоряння в поперечному перерізі виконана у вигляді прямокутника з округленими торцевими стінками. Контактна насадка виконана з неіржавіючої стружки і розташована над газорозподілювачем. Краплевідбивач розташований над розприскувачем води. У задній частині камери згоряння розташована горловина камери згоряння, а в передній частині водонагрівача над краплевідбивачем розташований димар. Виконання водонагрівача таким чином дозволяє значно інтенсифікувати процес теплообміну у нижній частині водонагрівача, створити надійний всеоб'ємний циркуляційний контур та швидке змішування різної за температурою води, яку нагрівають, рівномірно розподілити потік продуктів згоряння на виході з теплообмінникагазорозподілювача та зменшити температуру продуктів згоряння до 90-120°С, що дає можливість зменшити теплове навантаження на контактну камеру і, як наслідок, зменшити її висоту і габарити водонагрівача. Задача зниження температури продуктів згоряння, як до моменту їх прямого контакту з капельно-цівковою фазою в зоні води, так і після їх контакту з цією фазою в зоні теплообмінника-газорозподілювача. виконана за рахунок збільшення конвективної поверхні камери згоряння, нового розташування горловини камери згоряння та нового розташування димаря - біля протилежних бокових стінок водонагрівача. Співвідношення довжини до ширини не менше 3:1 робить камеру згоряння доволі вузькою. Гази, згоряючи, проходять вздовж вузької камери згоряння, виходять з через горловину у верхній частині камери згоряння під теплообмінник-газорозподілювач, і вздовж теплообмінника-газорозподілювача та навколо нього виходять під контактну насадку, виконану з нержавіючої стружки. Округлення бокових стінок камери згоряння покращує досягнення результату. Контактна насадка розташована по всій площі водонагрівача. Така конструкція камери згоряння дає можливість знизити температуру продуктів згоряння на виході з камери згоряння до 90-120°С, що сприяє зменшенню пароутворення і призводить до скорочення контактних теплообмінних поверхонь, розміщених в вер хній частині водонагрівача і до зменшення його габаритів по ширині. До того ж, продукти згоряння тепер більш вільно проходять через отвори в горловині, тому зменшується протидія в камері згоряння і виникають кращі умови для більш повного спалювання газу. Це, в свою чергу, знижує викиди в атмосферу таких шкідливих речовин, як NOx і майже повністю виключає присутність в топічних газах окисі вуглецю CO. На Фіг.1 зображений вертикальний розріз водонагрівача з запропонованою камерою згоряння та теплообмінником-газорозподілювачем по перерізу Б-Б Фіг.3. На Фіг.2 - переріз водонагрівача по лінії А-А з запропонованим розташуванням горловини камери згоряння та теплообмінника-газорозподілювача. На Фіг.3 зображений вид зверху водонагрівача з новим розташуванням димаря. Водонагрівач містить корпус 2, в нижній частині якого по центру розташована камера згоряння 6, в верхній частині камери згоряння розташована горловина виходу продуктів згоряння 7, над камерою згоряння 6 розташований теплообмінник-газорозподілювач 3, форма якого повторює форму камери 6. В камері згоряння 6 в передній нижній частині розташоване місце установки пальникового пристрою 1. Між корпусом 2 та камерою згоряння 6 циркулює вода. В нижній частині корпусу 2 розташований патрубок 4 для відводу гарячої води. В верхній частині корпусу 2 розміщені димар 11, розприскувач води 9, теплообмінна насадка 8, наповнена неіржавіючою стружкою, краплевідбивач 10, та шахта відводу вибухови х газів 5 з вибуховим клапаном. Працює водонагрівач таким чином. Холодна або схолодніла вода з температурою не більше 50°С подається на краплерозбризкувач 9, з якого вода у крапельно-цівковій фазі потрапляє на теплообмінну насадку 8, де вона нагрівається продуктами згоряння до температури 55-60°С. На цій стадії нагріву води відбувається конденсація пароподібної фази води, присутньої в продуктах згоряння. Потім вода у вигляді окремих крапель та цівок потрапляє до теплообмінника-газорозноділювача 3, де вона починає догріватися, з нього вона потрапляє поміж корпусом водонагрівача2 та камерою згоряння 6, де вона догрівається до температури не більше 95°С за рахунок теплообміну через конвективну поверхню камери згорання 6 і виходить з камери через патрубок 4 до споживача. Горючий газ згоряє в камері згоряння 6, перетворюється в продукти згоряння, які проходять через горловину 7 камери згоряння 6 і потрапляють під теплообмінник-газорозподілювач 3. Завдяки тому. що горловина 7 і димар 11 розташовані біля протилежних стінок корпусу 2, продукти згоряння проходять вздовж теплообмінникагазорозподілювача 3 знизу і, охолоджуючись, виходять в простір між теплообмінником-газорозподілювачем 3 і теплообмінною насадкою 8. На цьому етапі продукти згоряння вступають в прямий контакт з поверхнею стікаючих згори окремих крапель та цівок води, охолоджуючись ще більше. Завдяки тому, що температура продуктів згоряння тут не перевищує 90-120°С, пароутворення значно зменшене. Потім продукти згоряння проходять скрізь теплообмінну насадку 8, охолоджуючись в ній до температури води, що потрапляє з водорозбризкувача 9. Саме тут. у зв'язку з температурою продуктів згоряння нижче 60°С, вода. присутня в продуктах згоряння в пароподібній фазі. конденсується і перетворюється в крапельно-цівкову фаз у. Після цього продукти згоряння, звільнені від води. потрапляють в зону водорозбризкувача 9 і, охолоджуючись до температури потрапляючої до нього води, що дорівнює 20-50°С, виходять до краплевідбивача 10 і крізь нього до димаря 11. За рахунок запропонованої конструкції камери згоряння та нового розташування горловини камери згоряння та горловини димаря спрощується конструкція водонагрівача та зменшуються його габарити по ширині. До того ж, завдяки більш низькому протитиску в камері згоряння, знижується наявність в продуктах згоряння окислів азота NOx в 1,5-2 рази в порівнянні з відомими водонагрівачами і практично відсутній окис вуглецю CO.