Конвекційна частина опалювального котла в. тимощука

Реферат: Конвекційна частина опалювального котла виготовлена з металу і містить порожнисті верхню та передню стінки, між якими розміщений вхідний отвір для топкових газів, порожнисту задню та нижню стінки, між якими розміщений отвір для виходу останніх, дві порожнисті бічні стінки, одна з яких має отвір для очищення конвекційної частини, на яких паралельно задній стінці розташовані рідинні канали, що утворюють своїми зовнішніми поверхнями газові канали. Задня стінка конвекційної частини і рідинні канали нахилені у бік від вхідного отвору. Рідинні канали встановлені так, що довжина останніх зростає у бік задньої стінки, а їх верхні і нижні кромки розміщені ступінчасто, причому верхні, починаючи вище рівня вхідного отвору, - у бік задньої стінки, а нижні, починаючи вище рівня вихідного отвору, - у бік передньої стінки. Одночасно ширина утворених рідинними каналами газових каналів зменшується у бік задньої стінки. UA 108428 C2 (12) UA 108428 C2 UA 108428 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до теплотехніки, а саме до теплообмінних апаратів з нерухомими трубчастими паралельно розташованими у просторі каналами для обох теплоносіїв, і може бути використаний у складі опалювальних котлів для теплопостачання індивідуальних житлових будинків, споруд комунально-побутового та промислового призначення. З рівня техніки відомо, що ефективність роботи теплообмінних пристроїв значною мірою залежить від характеру руху теплоносіїв, наприклад газів, а рух газів може бути ламінарним, при якому рух останніх здійснюється шарами паралельно поверхні, не перемішуючись, або турбулентним, при якому рух газів відбувається інтенсивно, утворюючи завихрення, завдяки чому процес теплообміну протікає значно ефективніше у порівнянні з теплообміном при ламінарному русі [1]. Таким чином, організація турбулентних потоків газів у конвекційній частині теплообмінних пристроїв підвищує коефіцієнт корисної дії останніх. Відомо також, що ефективність теплообміну залежить від кута між вектором швидкості потоку газів та площиною тепловіддачі, який називають кутом атаки [2]. Вибір конструкції конвекційної частини опалювального котла включає в себе наступні задачі [3]: забезпечення оптимального співвідношення між інтенсивністю теплообміну і гідравлічними втратами при високому рівні теплообміну; забезпечення простого і зручного способу очищення поверхонь теплообміну від шкідливих нашарувань. Відома виготовлена з металу конвекційна частина опалювального котла [4], що містить передню з отвором для очищення і задню з вихідним отвором стінки, які виконані за одне ціле з горизонтальними вигинами до середини конвекційної частини, почергово зміщеними по вертикалі один відносно одного, причому такі вигини утворюють нижній вхідний отвір для топкових газів, рідинні канали з одного боку та горизонтальні газові канали з іншого боку таких вигинів, верхню та дві бічні стінки у верхній частині яких розміщений додатковий горизонтальний рідинний канал. Відомо, що коефіцієнт корисної дії котла до складу якого входить така конвекційна частина є не високим і складає 81 %. Тут і надалі під терміном "гази" слід розуміти теплоносій, що утворюється в процесі згорання палива, а саме топкові гази, які віддають свою енергію в процесі теплообміну в конвекційні частині котла, а під терміном "рідина" слід розуміти рідинний теплоносій, який отримує енергію від продуктів згорання в результаті такого теплообміну. До причин, що перешкоджають отриманню високого коефіцієнта корисної дії такої конвекційної частини, є наявність гладких горизонтальних послідовно з'єднаних газових каналів із значною площею поперечного перерізу, що формують відповідний ламінарний потік газів, при якому кут атаки при проходженні останніми газових каналів наближається до нуля, через це такий потік, як відомо, не ефективний при конвекційному теплообміні. Окрім того відомо [1], що горизонтальний потік газів, рухаючись по горизонтальних каналах, нашаровується на нижні стінки газових каналів, що веде до зниження тепловіддачі останніх і, як результат, до зниження коефіцієнта корисної дії конвекційної частини. Найбільш близькою за сукупністю ознак і технічним результатом до винаходу, що заявляється, є виготовлена з металу конвекційна частина опалювального котла [5], що містить порожнисті верхню та передню стінки, між якими розміщений вхідний отвір для надходження газів, порожнисту задню та нижню стінки, між якими розміщений отвір для виходу останніх, дві порожнисті бічні стінки, одна з яких має отвір для очищення конвекційної частини, на яких паралельно задній стінці розташовані вертикальні рідинні канали, що утворюють своїми зовнішніми поверхнями послідовно з'єднані газові канали. До причин, що перешкоджають отриманню високого коефіцієнта корисної дії такої конвекційної частини є наявність гладких вертикальних послідовно з'єднаних газових каналів із значною площею поперечного перерізу, що формують відповідний ламінарний потік топкових газів, при якому кут атаки при проходженні останніми газових каналів наближається до нуля, через що такий потік, як відомо, не ефективний при конвекційному теплообміні. Окрім того, послідовне з'єднання газових каналів створює значний опір для руху газів, що потребує високої димової труби, а часті повороти є місцями концентрації сажі, що погіршує тепловіддачу у таких місцях конвекційної частини опалювального котла. Відомо, що коефіцієнт корисної дії котла, до складу якого входить відома конвекційна частина, є не високим і складає 80 %. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення конвекційної частини опалювального котла шляхом створення умов для руху топкових газів переважно під кутом атаки до поверхонь газових каналів, турбулізації потоку газів, розподілення останніх по різних газових каналах залежно від їх енергії, зменшення кількості місць для випадання сажі, чим забезпечити підвищення ефективності конвекційного теплообміну, а відтак і підвищення коефіцієнта корисної дії конвекційної частини опалювального котла. 1 UA 108428 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що у відомій конвекційній частині опалювального котла, що виготовлена з металу і містить порожнисті верхню та передню стінки, між якими розміщений вхідний отвір для газів, порожнисту задню та нижню стінки, між якими розміщений отвір для виходу останніх, дві порожнисті бічні стінки, одна з яких має отвір для очищення конвекційної частини, на яких паралельно задній стінці розташовані рідинні канали, що утворюють своїми зовнішніми поверхнями газові канали, згідно з винаходом, задня стінка конвекційної частини і рідинні канали нахилені у бік від вхідного отвору, причому рідинні канали встановлені так, що довжина останніх зростає у бік задньої стінки, а їх верхні і нижні кромки розміщені ступінчасто, причому верхні, починаючи вище рівня вхідного отвору, - у бік задньої стінки, а нижні, починаючи вище рівня вихідного отвору, - у бік передньої стінки, одночасно ширина утворених рідинними каналами газових каналів зменшується у бік задньої стінки. В іншій конкретній формі виконання винаходу задня стінка конвекційної частини і рідинні канали нахилені у бік від вхідного отвору так, що кут між вектором надходження потоку газів у конвекційну частину і площинами рідинних каналів з боку такого потоку складає 50-80°. В іншій конкретній формі виконання винаходу містить щонайменше два рідинні канали. В іншій конкретній формі виконання винаходу рідинні канали конвекційної частини опалювального котла мають прямокутну і(або) трикутну, і(або) трапецеїдальну, і(або) багатогранну форми. Виконання задньої стінки конвекційної частини і рідинних каналів нахиленими у бік від вхідного отвору на кут між вектором надходження потоку газів у конвекційну частину і площинами рідинних каналів та задньої стінки з боку такого потоку, що складає 50-80°, ступінчасте розміщення верхніх і нижніх кромок рідинних каналів у бік від вхідного отвору забезпечує турбулентний рух газів по газових каналах з оптимальним кутом атаки, різні за довжиною і шириною газові канали і ступінчасте їх розміщення у бік від вхідного отвору розподіляють потік газів залежно від їх енергії, а паралельна схема роботи газових каналів зменшує кількість поворотів на яких випадає сажа, чим досягається висока ефективність теплового обміну, а відтак і високий коефіцієнт корисної дії конвекційної частини опалювального котла. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема конвекційної частини опалювального котла. Конвекційна частина опалювального котла виготовлена з металу і містить порожнисту верхню стінку 1 з отвором 2 для очищення і встановленим на рівні з останньою відбійником 3 та порожнисту передню стінку 4, між яким розміщений вхідний отвір 5 для газів, нахилену в бік від останнього порожнисту задню стінку 6 та нижню стінку 7, між якими розміщений вихідний отвір 8, порожнисту бічну стінку 9 і порожнисту бічну стінку 10 з отвором 11 для очищення, на внутрішніх поверхнях яких у відповідно вирізаних отворах розташовані нахилені у бік задньої стінки 6 різної довжини рідинні канали 12, причому їх верхні і нижні кромки розміщені ступінчасто, при цьому верхні, починаючи вище рівня вхідного отвору 5, - у бік задньої стінки 6, а нижні, починаючи вище рівня вихідного отвору 8, - у бік передньої стінки 4. Зовнішні поверхні рідинних каналів 12 утворюють газові канали 13, причому рідинні канали розташовуються так, що ширина газових каналів 13 зменшується у бік задньої стінки 6. Рідинний теплоносій 14 знаходиться у порожнинах верхньої стінки 1, передньої стінки 4, задньої стінки 6, бічних стінок 9 і 10 та у рідинних каналах 12, які у цьому конкретному виконанні мають прямокутну і трапецеїдальну форму. Конвекційна частина опалювального котла працює наступним чином. Гази надходять через вхідний отвір 5 і ударяються під різними кутами атаки у верхню стінку 1, бічні стінки 9 і 10, верхні частини рідинних каналів 12, задню стінку 6, при цьому відбиваються, закручуються, перемішуються, таким чином набувають турбулентності і одночасно розподіляються та надходять турбулентним потоком у газові канали 13, причому гази з більшою енергією проходять через довші і вужчі канали, а гази з меншою енергією проходять через коротші і ширші канали, виходячи з яких, ударяються у передню стінку 4, відбившись від якої, ударяються у ступінчасто розміщені нижні частини рідинних каналів 12, додатково набувають турбулентності і після досягнення нижньої стінки 7 виходять через випускний отвір 8, віддавши на цьому шляху частину своєї енергії в конвекційній частині опалювального котла. Рідинний теплоносій 14 рухається у порожнинах верхньої стінки 1, передньої стінки 3, задньої стінки 6, бічних стінках 9 і 10 та у рідинних каналах 12. Очищення зовнішніх поверхонь рідинних каналів 12 від нашарувань і сажі здійснюється періодично через верхній отвір 2 і бічний отвір 10, при цьому виймається відбійник 3. Зменшення чи збільшення кута між вектором надходження потоку газів у конвекційну частину і площиною задньої стінки 6 та площинами рідинних каналів 12 з боку такого потоку, що 2 UA 108428 C2 5 10 15 складає 50-80°, не створює умов для проходження турбулентного потоку газів в газових каналах 13. Кількість рідинних каналів 12, а разом з тим і газових каналів 13 залежить від потужності котла, у складі якого використовується конвекційна частина. Випробовування опалювального котла з використанням конвекційної частини згідно з винаходом показали коефіцієнт його корисної дії 84,7 % [6]. Джерела інформації:. 1. Школьник А.Е. Печное отопление малоэтажных зданий. - Москва: Высшая школа, 1991. 2. Бухмиров В.В. Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, Кафедра теоретических основ теплотехники, Расчет коэффициента конвективной теплоотдачи (Основные критериальные уравнения), Иваново, 2007. 3. Колядин Е.А. Влияние закрутки газов на конвективный теплообмен в утилизационных газотрубних котлах. Вестник Астраханского государственного технического университета, 2007, № 2. 4. http://moderator.com.ua/kotel-unica-vento 5. http://swagkotli.com.ua/index.php/produktsiya/tverdotoplivnye-kotly/item/99-boiler1001000kwt 6. Сертифікаційні випробування. Випробувальна лабораторія "ТЕСКО". Протокол № 006.1170/13-1 від 26.04.2013 р. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 1. Конвекційна частина опалювального котла, що виготовлена з металу і містить порожнисті верхню та передню стінки, між якими розміщений вхідний отвір для топкових газів, порожнисту задню та нижню стінки, між якими розміщений отвір для виходу останніх, дві порожнисті бічні стінки, одна з яких має отвір для очищення конвекційної частини, на яких паралельно задній стінці розташовані рідинні канали, що утворюють своїми зовнішніми поверхнями газові канали, який відрізняється тим, що задня стінка конвекційної частини і рідинні канали нахилені у бік від вхідного отвору, причому рідинні канали встановлені так, що довжина останніх зростає у бік задньої стінки, а їх верхні і нижні кромки розміщені ступінчасто, причому верхні, починаючи вище рівня вхідного отвору, - у бік задньої стінки, а нижні, починаючи вище рівня вихідного отвору, - у бік передньої стінки, одночасно ширина утворених рідинними каналами газових каналів зменшується у бік задньої стінки. 2. Конвекційна частина за п. 1, яка відрізняється тим, що задня стінка конвекційної частини і рідинні канали нахилені у бік від вхідного отвору так, що кут між вектором надходження потоку газів у конвекційну частину і площинами рідинних каналів з боку такого потоку складає 50-80°. 3. Конвекційна частина за п. 1, яка відрізняється тим, що містить щонайменше два рідинні канали. 4. Конвекційна частина за п. 1, яка відрізняється тим, що рідинні канали мають прямокутну і/або трикутну, і/або трапецеїдальну, і/або багатогранну форми. 3 UA 108428 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4