Контактний водонагрівальний модуль

Контактний водонагрівальний модуль, який містить циліндричний корпус з приєднаними до нього днищем, ДИМОВІДВІДНИМ та зливним патрубками, з розташованими всередині СПІВВІСНО з корпусом циліндричною топкою, приєднаною нижньою частиною своєї бокової поверхні до днища і обладнаною паливоспалювальним пристроєм та вихідним патрубком, з'єднаним з верхньою частиною бокової поверхні, кільцевою обичайкою, яка встановлена для утворення водяної сорочки, надтопковим диском, контактною камерою, над якою розташовано водорозподільник, який відрізняється тим, що його обладнано розміщеною між водорозподільником і контактною камерою напівпровальною пінною пластиною з переливними стаканами, а надтопковий диск виконано у вигляді порожнистого конуса із приєднаною до нього скеровуючою воронкою, яка має перфоровану поверхню і обернена більшою основою догори, до того ж воронку встановлено з утворенням зазору між и меншою основою і вихідним патрубком топки Винахід стосується теплообмінників із безпосереднім контактом теплоносіїв Модуль можна використовувати для нагрівання води в системах децентралізованого опалення та гарячого водопостачання Існує контактний водонагрівач (Авторське свідоцтво СРСР №1211536 М кл4 F24H1/10, 15 02 86, бюл №6), розділений перегородкою на верхню та нижню камери Перегородку обладнано перетічними патрубками У верхній камері розміщено теплообмінну насадку та зрошувач, а в нижній - топку з верхнім вихлопним отвором й обичайку, яка утворює кільцевий канал із стінкою корпусу Обичайка примикає до перегородки Причому в нижніх ділянках перетічних патрубків зроблено ЩІЛИННІ отвори, а верхня ділянка обичайки розташована у верхній камері вище, ніж ЩІЛИННІ отвори патрубків Такий водонагрівач має незначну теплоенергетичну ефективність У ньому весь об'єм продуктів згоряння має проходити крізь перетічні патрубки задля просасування води крізь ЩІЛИННІ канали За рахунок цього просасування організується змішування води з продуктами згоряння і відбуваєть ся теплообмін між ними всередині перетічних патрубків Це має сприяти додатковому нагріванню води Однак, відносно незначне підвищення температури нагрівання води досягається ціною значного підвищення опору на шляху продуктів згоряння Видалення відпрацьованих продуктів згоряння у такому водонагрівачі можливе лише за наявності штучної тяги, створюваної димососом або іншим пристроєм А це призводить до зайвих втрат електроенергії (порівняно з використанням тяги димової труби) За прототип обрано контактно-поверхневий водонагрівач (Авторське свідоцтво СРСР №1395908 М к л 4 F24H1/10, 15 05 88, бюл №18) Цей водонагрівач містить циліндричний корпус, що має днище, зливний та ДИМОВІДВІДНИЙ патрубки У зливному патрубку встановлено поплавковий пристрій Всередині корпусу розташована радіаційна топкова камера (топка), обрамована кільцевою водяною сорочкою Остання являє собою два кільцеві концентричні та один перетічний канали, утворені за допомогою СПІВВІСНОІ обичайки, розміщеної між корпусом і топковою камерою Топкову о (О о 00 (О 46806 циліндричною топкою, приєднаною нижньою частиною своєї бокової поверхні до днища і обладнаною паливоспалювальним пристроєм та вихідним патрубком, з'єднаним з верхньою частиною бокової поверхні, кільцевою обичайкою, яка встановлена для утворення водяної сорочки, надтопковим диском, контактною камерою, над якою розташовано водорозподільник, згідно з винаходом, обладнано розміщеною між водорозподільником і контактною камерою напівпровальною пінною пластиною з переливними стаканами, а надтопковий диск виконано у вигляді порожнистого конуса із приєднаною до нього скеровуючою воронкою, яка має перфоровану поверхню і обернена більшою основою догори, до того ж воронку встановлено з утворенням зазору між и меншою основою і вихідним патрубком топки У поверхневих теплообмінниках (в тому числі і Розміщення пінної пластини з переливними у трубчастому, встановленому над водорозподільстаканами між водорозподільником і контактною ником прототипу) теплообмін відбувається не при камерою дає змогу організувати теплообмін пробезпосередньому контакті води й продуктів згодуктів згоряння і води у турбулентному пінному ряння, а крізь стінку теплообмінника Такий теплошарі Продукти згоряння у контактній камері відобмінник у прототипі працює неефективно, оскільдають воді, що нагрівається, більшу частину своєї ки його розміщено після водорозподільника, в зоні теплоти і залишають контактною камеру з відноснизьких температур продуктів згоряння Для скільно низькою температурою Цю невелику КІЛЬКІСТЬ ки-небудь помітного нагрівання води площа поветеплоти (так звану "низькопотенціальну теплоту"), рхні такого теплообмінника має бути вельми значщо лишилася в продуктах згоряння, у існуючих ною, що призведе до збільшення габаритів і водонагрівачах, як правило, не використовують і невиправданого подорожчання водонагрівача продукти згоряння викидають у атмосферу РозКрім того, розміщення металевих труб в зоні конміщувати після контактної камери теплообмінник денсації водяної пари небажане через можливу поверхневого типу (як, наприклад, у прототипі) корозію труб теплообмінника (особливо за умови неефективно, бо теплообмін крізь стінку теплообвикористання палива, що містить сірку) У будьмінника не може забезпечити ефективне викорисякому випадку коефіцієнти теплопередачі під час тання низькопотенціальної теплоти Розміщувати контактного теплообміну значно вищі, ніж при тепще одну контактну камеру теж невигідно, бо майже лообміні крізь стінку, а за низьких значень темпевсе тепло, що його можна передати під час теплоратур тим більше обміну на поверхні теплообмінних елементів, продукти згоряння вже передали воді у першій контаСлід зазначити, що для аналога і прототипу ктній камері Тільки у турбулентному пінному шарі, (як, до речі, і для інших відомих контактноде інтенсивно перемішуються вода і низькотемпеповерхових водонагрівачів) організація ефективратурні продукти згоряння, можливий ефективний ного теплозахисту вихідного патрубка топки є (з теплообмін за даних умов Про інтенсивність теппогляду надійності роботи) одним з "вузьких місць" лообміну на ПІННІЙ решітці свідчить той факт, що конструкції У всіх відомих пристроях цей патрубок продукти згоряння охолоджуються на ній то такого не охолоджується водою, бо надтопковий диск стану, що відбувається конденсація водяної пари, плоскої форми, який призначено для унеможливяка звичайно присутня у продуктах згоряння Тоблення потрапляння води в топку, одночасно не то, стає можливим корисно використовувати так дає змоги охолодити водою зовнішню поверхню звану "приховану теплоту конденсації водяної папатрубка Останній або роблять з кераміки, або ри" Одночасно за рахунок надання надтопковому якимось чином теплоізолюють Але в умовах пракдискові конусоподібної форми та приєднання до тично 100%-оі вологості кераміка або теплоізолянього скеровуючої воронки з перфорованою повеція незабаром руйнуються, патрубок прогоряє, а рхнею і за рахунок встановлення цієї воронки із водонагрівач виходить з ладу утворенням зазору між и меншою основою та виВ основу винаходу покладено задачу вдоскохідним патрубком топки, уможливлюється натіканналення контакти о-поверхневого водонагрівача, в ня води на розжарену зовнішню поверхню останякому, завдяки обладнанню його напівпровальною нього, теплообмін між ними і, ВІДПОВІДНО, пінною пластиною з переливними стаканами та охолодження патрубка Таким чином, сукупність новому виконанню надтопкового диску, забезпечуістотних ознак уможливлює додатковий теплообється додатковий контактний теплообмін між промін, а отже і додаткове підвищення температури дуктами згоряння й водою, і завдяки цьому забезнагрівання води, внаслідок чого підвищується ККД печується збільшення ККД і підвищення надійності пристрою Одночасно забезпечується значне підроботи вищення надійності роботи пристрою як внаслідок більш рівномірного розтікання води поверхнею Поставлену задачу розв'язано у той спосіб, що контактної камери (через розміщення над контактконтактний водонагрівальний модуль, який містить ною камерою напівпровальної пінної пластини, яка циліндричний корпус з приєднаними до нього являє собою рівномірно розподілений опір рухові днищем, ДИМОВІДВІДНИМ та зливним патрубками, з розташованими всередині СПІВВІСНО з корпусом камеру обладнано пристроєм для спалювання палива (паливоспалювальним пристроєм) та вихідним патрубком, приєднаним до верхньої частини бокової поверхні топки Над вихідним патрубком топки розміщено надтопковий диск, над яким розташовано контактну камеру Остання містить теплообмінну насадку (як правило, насадка складається з керамічних теплообмінних елементів), що лежить на підтримувальній перфорованій решітці Над контактною камерою встановлено водорозподільчий пристрій (водорозподільник), приєднаний до водопроводу Над водорозподільником розміщено трубчастий поверхневий теплообмінник із вхідним та вихідним патрубками Останній з'єднано з водорозподільником, а у вхідному патрубку знаходиться регулюючий клапан, якого з'єднано з поплавковим пристроєм 46806 ються, минають кільцевий зазор 18, оминають води, що, як відомо, спричиняє підвищення рівнонадтопковий диск 17 і знову рухаються догори мірності течи після подолання водою такого опоВідтак продукти згоряння крізь отвори 21 підтриру), так і внаслідок організації ефективного охоломувальної решітки 20 потрапляють до контактної дження водою вихідного патрубка топки (завдяки камери 19 У контактній камері 19 продукти згоконусоподібному надтопковому дискові та воронряння просуваються догори між теплообмінними Ці) елементами насадки 22 і виходять з контактної На кресленні (фіг) наведено поздовжній розріз камери 19 Потім продукти згоряння проходять контактного водонагрівального модуля крізь отвори 25 напівпровальної пінної пластини Контактний водонагрівальний модуль містить 23 і барботують крізь рухливий шар води, що знациліндричний корпус 1 і приєднані до нього ДИМОходиться на пластині 23 Відтак продукти згоряння ВІДВІДНИЙ патрубок 2, зливний патрубок 3 і днище виходять з корпусу крізь ДИМОВІДВІДНИЙ патрубок 2 4 Всередині корпусу СПІВВІСНО з ним розміщена циліндрична топкова камера 5, приєднана нижТим часом вода, що потрапила до корпусу ньою частиною своєї бокової поверхні до днища 4 крізь водорозподільник 26, рухається зверху дониЗзовні ДО днища 4 приєднано паливоспалювальзу назустріч продуктам згоряння і спершу опиняний пристрій 6, з'єднаний з топковою камерою 5 ється на поверхні напівпровальної пінної пластини До верхньої частини бокової поверхні топкової 23 Незначна частина води провалюється крізь камери 5 приєднано вихідний патрубок топки 7 отвори 25, крізь які піднімаються продукти згорянСПІВВІСНО топковій камері 5 розміщена обичайка 8, ня, а більша частина води деякий час залишається яка приєднана до днища 4 за допомогою періодина поверхні пластини 23, обмінюючись теплом з чно розташованих стояків 9 і вставнолена для барботуючими крізь и шар продуктами згоряння утворення водяної сорочки Обичайка 8 утворює Якщо рівень води на поверхні пластини 23 перекільцевий канал 10, розташований між цією обивищує рівень переливних стаканів 24, вода перечайкою і топковою камерою 5, кільцевий канал 11, ливається крізь ці стакани Потім вода, рухаючись розташований між цією ж обичайкою та корпусом донизу, потрапляє до контактної камери 19 і рів1, а також перетікальний канал 12 між основою номірно розподіляється поверхнею теплообмінної обичайки 8 та днищем 4 Над топковою камерою насадки 22 Відтак вода рухається донизу між розміщена приєднана більшою основою до корпуелементами насадки, де знову відбувається контасу 1 скеровуюча воронка 13 Остання являє собою ктний теплообмін з продуктами згоряння, що рупорожнистий зрізаний конус, розміщений меншою хаються у протилежному напрямку Після того, як основою донизу Воронка 13 розміщена СПІВВІСНО вода проходить крізь отвори 21 підтримувальної ІЗ вихідним патрубком топки 7 з утворенням кільрешітки 20, вона потрапляє на внутрішню поверхцевого каналу 14 між останнім і меншою основою ню скеровуючої воронки 13 Надалі вода тече внуворонки Поверхню воронки 13 перфоровано трішньою поверхнею скеровуючої воронки 13, часотворами 15 До внутрішньої сторони поверхні тково проходить крізь отвори 15 у поверхні воронки 13 приєднано штирями 16 надтопковий воронки, а здебільшого перетікає до кільцевого диск 17 Надтопковий диск 17 виконано у вигляді зазору 14 між меншим отвором воронки і зовнішпорожнистого конусу Його розміщено СПІВВІСНО з ньою поверхнею вихідного патрубка топки 7 Вода, корпусом із утворенням кільцевого зазору 18 між проходячи крізь кільцевий зазор 14, обтікає ззовні основою надтопкового диску 17 і внутрішньою повихідний патрубок топки 7, нагрівається, охоловерхнею воронки 13 Над надтопковим диском 17 у джуючи при цьому патрубок 7 Надалі вода потракорпусі розміщено контактну камеру 19 Остання пляє до кільцевого каналу 10 Там вона просувамістить підтримувальну решітку 20 з отворами 21 і ється вздовж розжареної поверхні топкової камери насипаною на ній теплообмінною насадкою 22 5, охолоджує топкову камеру й водночас нагріваНад контактною камерою 19 розміщено напівпроється Потім, проходячи крізь перетоковий канал вальну пінну пластину 23 з переливними стакана12 та кільцевий канал 11, вода виходить з корпуса ми 24 для проходження води та отворами 25 для крізь зливний патрубок З проходження продуктів згоряння Між ПІННОЮ пластиною 23 і ДИМОВІДВІДНИМ патрубком 2 розміщено Розміщення між водорозподільником 26 та коприєднаний до корпусу 1 водорозподільник 26, нтактною камерою 19 напівпровальної пінної пласз'єднаний з джерелом сітьової води тини 23 дає змогу організувати інтенсивний контактний теплообмін між ВІДХІДНИМИ продуктами згоряння і водою у пінному шарі і за рахунок цього Контактний водонагрівальний модуль працює глибоко утилізувати теплоту продуктів згоряння таким чином Останні після контактної камери 19 вже віддали Паливо у суміші з повітрям подають крізь паводі більшу частку тепла, і через це мають відносливоспалювальний пристрій 6 до топкової камери но низьку температуру За рахунок ефективного 5, де воно спалюється із утворенням високотемконтактного теплообміну в пінному шарі води, що пературних продуктів згоряння Відтак продукти утворюється на ПІННІЙ пластині 23, додатково назгоряння рухаються догори, а їм назустріч рухагрівається вода та використовується прихована ється вода, що потрапляє до корпусу крізь водотеплота пароутворення - відбувається конденсація розподільник 26 водяної пари з продуктів згоряння До того ж пінна Отже, продукти згоряння, що утворилися у топластина 23 створює додатковий опір рухові води, пковій камері, рухаються догори цією камерою й а це сприяє підвищенню рівномірності розтікання виходять з неї крізь вихідний патрубок топки 7 води по перерізу теплообмінної насадки 22 ПідПісля ЦЬОГО продукти згоряння, рухаючись догори, вищення ступеню рівномірності розтікання води вдаряються об внутрішню поверхню порожнистого дає змогу збільшити змочуваність окремих елемеконусоподібного надтопкового диску 17, розверта 8 ЕКОНОМІЧНІ та технічні переваги запропонованого контактного водонагрівального модуля полягають у тому, що поєднання ознак, які заявлено, дає змогу забезпечити а) підвищення надійності експлуатації пристрою внаслідок підвищення терміну експлуатації вихідного патрубка топки й елементів теплообмінної насадки, б) підвищення теплової ефективності роботи пристрою (тобто, збільшення ККД) внаслідок додаткового нагрівання води на ПІННІЙ пластині та під час охолодження патрубка топки Дослідний зразок контактного водонагрівального модуля працював практично цілодобово протягом п'яти МІСЯЦІВ У цей час пристрій досліджувався й одночасно відбував ресурсні випробування Після зупинки модуля оглянули стан його внутрішніх поверхонь, зокрема вихідного патрубка топки Жодних СЛІДІВ корозії не виявлено Коефіцієнт корисної дії, розрахований згідно з традиційною методикою за показниками роботи дослідного зразка, склав 94 - 96%, температура нагрівання води сягала 95°С (проти, ВІДПОВІДНО, 88 92% та 85°С для традиційних водонагрівачів) 46806 нтів насадки, запобігти локальним перегріванням елементів, а отже, дає змогу підвищити ефективність і надійність роботи пристрою Виконання надтопкового диску 17 у вигляді порожнистого конусу з приєднаною до нього скеровуючою воронкою 13, що має перфоровану отворами 15 поверхню, й розташування воронки з утворенням кільцевого зазору 14 між и меншою основою та вихідним патрубком топки 7 уможливлює скерувати рух води таким чином, щоб вода обмивала зовнішню поверхню патрубка 7 Водночас запропоноване виконання надтопкового диску 17 і скеровуючої воронки 13 запобігає потраплянню води до розжареної топкової камери 5 Тобто, запропонованим конструктивним оформленням надтопкового вузлу розв'язано як звичайну задачу надтопкового диску (запобігання потраплянню води до топкової камери), так і задачу підвищення теплової ефективності пристрою й надійності його роботи, бо внаслідок організації обмивання водою вихідного патрубка топки забезпечується його охолодження з одночасним додатковим нагріванням води 26 І і І і U і І і 12 46806 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10