Водогрійний котел

Винахід належить до побутової те хніки і може бути використаний для одержання гарячої води для гарячого водопостачання та опалення помешкань. Відомий "Отопительный котел" [А.С. №1508056], який взятий нами за прототип як більш близький за сукупністю ознак. Зазначений котел вмішує корпус, топкову камеру, розміщену в ньому з утворенням водяної сорочки між ними, патрубок підведення холодної (оберненої) води та пальниковий пристрій, які розташовані в нижній частині відповідно водяної сорочки та топкової камери, патрубок відведення гарячої води, димовивідний патрубок, який розміщений у верхній частині топкової камери, до того, в нижній частині останньої над пальниковим пристроєм розташований теплообмінник у вигляді пучка труб, які розміщені похило і закріплені з обох кінців у відповідних протилежних стінках топкової камери з утворенням колекторів відповідно вхідного і вихідного, при цьому вхідний колектор розміщений нижче ніж вихідний і з'єднаний з водяною сорочкою, а вихідний колектор з'єднаний з патрубком відведення гарячої води. Описаний котел має низку недоліків: - недостатня висота котла обумовлює малу висоту топкової камери, що призводить до недостатнього використання тепла димових газів, внаслідок цього викидаються в атмосферу гарячі димові гази; - відносно мала площа водяної сорочки через те, що мала висота котла, а також і через те, що на бокових поверхнях водяна сорочка відсутня, що також призводить до недостатнього використання температури димових газів; - відсутність гравітаційної циркуляції води, тобто самотока, через що використовується насос для забезпечення циркуляції води в котлі. Всі зазначені недоліки знижують ККД котла. До того, ви трачається додаткова енергія на забезпечення циркуляції води. В основу винаходу поставлено задачу створити водогрійний котел, конструкція якого забезпечила б, шляхом більш ефективного використання тепла димових газів та економії енергії за рахунок утворення гравітаційної циркуляції води, підвищення ККД котла та підвищення економічності котла, незалежність від електроенергії. Для розв'язання поставленої задачі в запропонованому котлі збільшена висота котла і відповідно корпусу і топкової камери, водяна сорочка утворена вертикальними стінками корпуса і топкової камери, а над пучком труб розміщений інший додатковий теплообмінник, окрім того, у верхній частині водяної сорочки виконаний канал для стравлювання повітря, а з боку вхідного колектора у верхній частині корпуса виконаний переливний канал, до того, з'єднання вхідного колектора з водяною сорочкою і вихідного колектора з патрубком відведення гарячої води здійснено за допомогою відповідних ємностей, зливної, встановленої з боку вхідного колектора та переливного каналу, і випускної, встановленої з боку вихідного колектора та патрубка відведення гарячої води. До того, додатковий теплообмінник може бути виконаний трубчастим у вигляді вертикальних трубок, закріплених з обох кінців у тр убних дошках, міжтрубний простір яких з'єднаний з водяною сорочкою, а внутрішня порожнина трубок з'єднана з порожниною топкової камери. До того, додатковий теплообмінник може бути утворений установленими упоперек руху димових газів горизонтальними перегородками з утворенням каналів для проходу димових газів поперемінно то з однією вертикальною стінкою топкової камери, то з протилежною вертикальною стінкою. До того, перегородки можуть бути виконані з пластин. До того, перегородки можуть бути виконані порожнистими внутрішня порожнина яких з'єднана із водяною сорочкою. До того, перегородки з пластин можуть бути виконані знімними у вигляді пакета пластин, нанизаних на стержні з можливістю змін кількості перегородок і відстані між ними. До того, зливна і/або випускна ємності можуть бути виконані зовні корпуса котла. До того, зливна і/або випускна ємності можуть бути виконані всередині водяної сорочки. Збільшення висоти котла, тобто збільшення висоти корпуса та топкової камери, а внаслідок цього і висоти водяної сорочки над пучком труб обумовлює збільшення шляху димових газів, збільшення поверхні теплообміну, і забезпечує більш ефективне використання тепла димових газів, а також визначає забезпечення стабільної тяги. Все це сприяє підвищенню ККД котла. Утворення водяної сорочки тільки вертикальними стінками корпусу і топкової камери сприяє можливості утворення гравітаційної циркуляції води, а також забезпечує можливість чищення стінок топкової камери і теплообмінників через стелю шляхом встановлення знімної кришки. До того, збільшення висоти котла дозволяє розмістити в топковій камері інший, додатковий, теплообмінник, що обумовлює більш ефективне використання тепла димових газів, суттєво підвищуючи температуру води і суттєво о холоджуючи димові гази. Все це сприяє підвищенню ККД котла. Встановлення зливної ємності і виконання переливного каналу з боку вхідного колектора на самому верху водяної сорочки дозволяє забезпечити ступеневу тепловіддачу, де найбільш нагріта вода водяної сорочки попадає в пучок труб, тобто в останній подається уже підігріта вода яка пройшла додатковий теплообмінник, що забезпечує також підвищення ККД. Встановлення випускної ємності з боку вихідного колектора, що з'єднує останній з патрубком відведення гарячої води, разом із тим, що переливний канал розміщений значно вище ніж вихідний колектор, а також разом із наявністю різниці температур, що обумовлює різницю густини води на вході до вхідного колектора і на виході з вихідного колектора, забезпечує гравітаційну циркуляцію води, тобто самоток. Це обумовлює економію енергії за рахунок відсутності насоса, і внаслідок цього, підвищує економічність котла і забезпечує незалежність від електроенергії. Виконання у верхній частині водяної сорочки канала для стравлювання повітря, яке скупчується під стелею, також сприяє утворенню гравітаційної циркуляції води, тобто самотоку. Додатковий теплообмінник, що встановлений над пучком труб, забезпечує збільшення площі теплообміну між водою і димовими газами, тобто більш ефективне використання тепла димових газів, внаслідок чого підвищується ККД котла. Виконання додаткового теплообмінника трубчастим, з'єднаним з водяною сорочкою з одного боку, а з іншого - з порожниною топкової камери забезпечує більш ефективне використання тепла димових газів і обумовлює підвищення ККД котла. Виконання додаткового теплообмінника у вигляді установлених в топковій камері упоперек руху димових газів з утворенням каналів поперемінно то з однією вертикальною стінкою, то з протилежною їй вертикальною стінкою топкової камери, забезпечує утворення Z-подібного серпантинного руху димових газів, що обумовлює перерозподіл більш нагрітої центральної частини газів до бокових поверхонь топкової камери, тобто до водяної сорочки. До того, збільшується турбулентність руху димових газів, сповільнюється швидкість руху останніх, збільшується час контакту із стінкою водяної камери, внаслідок чого забезпечується послідовність теплообміну. Все це сприяє підвищенню ККД котла, та його потужності. Виготовлення перегородок у вигляді пластин забезпечує також простоту виготовлення. Виконання перегородок у вигляді пластин знімними у вигляді пакета пластин, нанизаних на відповідні стержні, забезпечує можливість регулювання їх кількості та відстані між ними, що в свою чергу забезпечує регулювання прохідної площі, а також температури, і внаслідок цього, недопущення конденсації пари. За рахунок підібрання відповідної кількості перегородок можна добитися зниження конденсації парів з димових газів до мінімуму. Це дає можливість виготовляти топкову камеру з дешевих вуглецевих сталей. До того, знімні перегородки забезпечують легкодоступність до внутрішні х поверхонь котла з метою їх очистки. Виконання перегородок порожнистими, внутрішньою порожниною з'єднаними із водяною сорочкою, дозволяє збільшити поверхню теплообміну, тобто сприяє підвищенню ККД. Виконання зливної і випускної ємностей зовні корпуса забезпечує відсутність теплообміну між ними і водяною сорочкою, що обумовлює повну ступеневу тепловіддачу і за цей рахунок підвищення ККД котла. Виконання зливної і випускної ємностей в середині водяної сорочки забезпечує компактність котла. Таким чином, відрізнювальні ознаки разом із відомими забезпечують вирішення поставленої задачі. Суть винаходу пояснюється кресленнями: На Фіг.1 зображено поздовжній розріз котла з додатковим трубчастим теплообмінником. На Фіг.2 зображено поздовжній розріз котла з додатковим теплообмінником, утвореним перегородками у вигляді пластин. На Фіг.3 зображено поздовжній розріз котла з додатковим теплообмінником, утвореним порожнистими перегородками. На Фіг.4 зображено поперечний розріз котла, коли він має форму прямокутного паралелепіпеда, А-А. На Фіг.5 зображено поперечний розріз котла, коли він має циліндричну форму, А-А. На Фіг.6 зображено поздовжній розріз котла з додатковим теплообмінником, утвореним перегородками у вигляді пластин, де зливна і випускні ємності розташовані в середині водяної сорочки. Запропонований водогрійний котел вміщує корпус 1, топкову камеру 2, розміщену в корпусі 1 з утворенням водяної сорочки 3 між ними, патрубок підведення холодної (оберненої) води 4 та пальниковий пристрій 5, які розташовані в нижній частині відповідно водяної сорочки 3 та топкової камери 2, патрубок відведення гарячої води 6 та димовивідний патрубок 7, який розміщений у верхній частині топкової камери 2. До того, в нижній частині останньої над пальниковим пристроєм 5 розміщений теплообмінник у вигляді пучка труб 8, які розміщені похило і закріплені з обох кінців у відповідних протилежних стінках топкової камери 2 з утворенням колекторів, відповідно вхідного 9 та ви хідного 10, при цьому вхідний колектор 9 розміщений нижче ніж вихідний 10 і з'єднаний з водяною сорочкою 3, а вихідний колектор 10 з'єднаний з патрубком відведення гарячої води. Окрім того, висота корпусу 1 і топкової камери 2 збільшена, водяна сорочка 3 утворена тільки вертикальними стінками корпуса 1 і топкової камери 2, а над пучком труб 8 розміщений інший додатковий теплообмінник 11. У верхній частині водяної сорочки 3 виконаний канал для стравлювання повітря 12, а з боку вхідного колектора 9 у корпусі виконаний переливний канал 13, до того, з'єднання вхідного колектора 9 з водяною сорочкою 3 і вихідного колектора 10 з патрубком відведення гарячої води 6 здійснено за допомогою відповідних ємностей, зливної 14, встановленої з боку вхідного колектора 9 та переливного каналу 13, і випускної 15, встановленої з боку вихідного колектора 10 та патрубка відведення гарячої води 6. До того, додатковий теплообмінник 11 може бути виконаний трубчастим, наприклад, у вигляді вертикальних трубок 16, закріплених по кінцям у трубни х дошках 17. При цьому міжтрубний простір 18 з'єднаний з водяною сорочкою, а порожнина 19 трубок 16 - з порожниною 20 топкової камери 2. До того, додатковий теплообмінник 11 може бути утворений встановленими упоперек руху димових газів горизонтальними перегородками 21 з утворенням каналів 22 для проходу димових газів поперемінно то з однією вертикальною стінкою, то з протилежною вертикальною стінкою. До того, перегородки 21 можуть бути виконані з пластин. До того, перегородки 21 можуть бути виконані порожнистими, внутрішня порожнина 24 яких з'єднана з водяною сорочкою 3. До того, перегородки 21 у вигляді пластин можуть бути знімними у вигляді пакета пластин, нанизаних на стержень 23, з можливістю зміни кількості перегородок 21 і відстані між ними. До того, зливна 14 і/або випускна 15 ємності можуть бути виконані зовні котла. До того, зливна 14 і/або випускна 15 ємності можуть бути виконані в середині водяної сорочки 3. Окрім цього, стельова частина котла виконана у ви гляді кришки 27. Робота запропонованого водогрійного котла полягає у тому, що після розпалювання пальникового пристрою гарячі димові гази підіймаються вздовж водяної сорочки до пучка труб 8, віддають йому основну частину свого тепла, підіймаються далі до додаткового теплообмінника 11, віддають йому рештки тепла, а потім прямують до димовивідного патрубка 7. Холодна (обернена) вода подається через патрубок підведення холодної води 4 до водяної сорочки 3. Вода заповнює останню знизу до верху, проходить до верхнього теплообмінника 11, потім через переливний канал 13 та зливну ємність 14 попадає у вхідний колектор 9, проходить пучок труб 8, ще підігріваючись, потім вихідний колектор 10, випускну ємність 15 і виходить через патрубок відведення гарячої води 6. Циркуляція води у котлі забезпечується утворенням самотока за рахунок того, що переливний канал 13 розміщений значно вище ніж вихідний колектор 10, а також за рахунок різниці температур на вхідному 9 та вихідному колекторі 10, що утворює різницю густини води. Температура у колекторі 10 значно вища, а густина значно нижча, ніж води у вхідному колекторі. Це забезпечує гравітаційну циркуляцію води, тобто самоток. Приклад 1, коли додатковий теплообмінник виконаний трубчастим. Димові гази, проходячи через нижній теплообмінник 8, віддають значну кількість тепла, потім потрапляють в трубчастий теплообмінник, де рухаються в порожнині 19 труб 16. Охолоджені димові гази через димовивідний патрубок 7 попадають в димову тр убу. Вода через патрубок підведення оберненої води 4 потрапляє в водяну сорочку 3 котла, рухаючись вверх вода потрапляє в міжтрубний простір 18 де підігрівається рештками тепла димових газів. В верхній частині водяної сорочки через переливний канал 13 підігріта вода потрапляє в зливну ємність 14, а потім в вхідний колектор 8, який переходить в пучок похилих труб 9. Нагріта вода під дією гравітації витісняється в вихідний колектор 10 та зливну ємність 15, що з'єднана з патрубком відведення гарячої води 6. Приклад 2, коли додатковий теплообмінник утворений горизонтальними перегородками 21. Димові гази, пройшовши через пучок труб 8, потрапляють в додатковий теплообміник 11, утворений горизонтальними перегородками 21. Весь об'єм димових газів омиває кожну ділянку внутрішньої поверхні водяної сорочки 3, послідовно віддаючи тепло. Димові гази, проходячи горизонтальні перегородки 21, турбулізуються і активізують процеси теплообміну. При досягненні димовивідного патрубку 7 охолоджені димові гази потрапляють в димову трубу.