Водонагрівач на твердому паливі

Реферат: Водонагрівач на твердому паливі типу дров, пелет, брикетів, гілок містить теплоізольований кожух з патрубком відведення відпрацьованих газів і обладнаний вбудованою системою очищення газів від золового уносу, попелу і сажі, об'ємний теплообмінник, виконаний у вигляді горизонтально розташованої трубчастої спіралі, оснащеної дефлектором, піддон з колосниковою решіткою для розміщення палива і золоприймач. Крім цього, система очищення газів від золового уносу, попелу і сажі виконана у вигляді горизонтально розташованого в трубчастій спіралі під верхньою частиною її відбійника-стабілізатора, причому останній суміщений з дефлектором і має форму дашка, оберненого своєю внутрішньою поверхнею до піддона для розміщення палива, піддон для палива розташований в нижній частині трубчастої спіралі теплообмінника і має на своїх бічних сторонах відбортовки Г-подібної або Р-подібної форми у поперечному перерізі, кожух водонагрівача оснащений щонайменше трьома поперечними горизонтально розташованими стрижнями, які пропущено між витками спіралі теплообмінника під колосниковою решіткою піддона, золоприймач розміщений під нижньою частиною трубчастої спіралі. UA 112420 U (54) ВОДОНАГРІВАЧ НА ТВЕРДОМУ ПАЛИВІ UA 112420 U UA 112420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель віднесена до водонагрівних засобів (котлів, апаратів, агрегатів і т.п.) і призначена для опалювання індивідуальних житлових будинків, котеджів і невеликих виробничих приміщень загальною площею до 300 кв. м. та для нагріву води для сантехнічних (побутових) потреб. Відомий водогрійний котел за патентом Англії № 1567338, МПК F24Н 1/24, 1980 p., який з урахуванням наявності в ньому складових частин, подібних за функціями до складових частин пропонованого водонагрівача, є досить близьким до нього і тому може вважатись як аналог. Цей водогрійний котел призначений для роботи на твердому паливі і обладнаний вбудованою системою очищення газів від золового уносу. В залежності від теплової потужності котла і якості палива система очистки може складатись з одного або двох паралельно установлених циклонів. Котел має шахтну топку з футерівкою в нижній частині її і горизонтальну колосникову решітку. Паливо завантажують через дверцята у верхній частині топки. Газоподібні продукти горіння з топки надходять у газохід, а за тим через циклони - в атмосферу. На цій останній стадії димові гази охолоджуються з 800 до -300 °C. Суттєвим недоліком наведеного водогрійного котла є значна матеріаломісткість його, що обумовлено використанням громіздких циклонів для очищення газів від золового уносу. Другим значним недоліком котла є те, що димові гази викидають в атмосферу при температурі 300 °C, а від газів з такою температурою можна одержати ще багато теплової енергії. Не вирішена у відомій конструкції й задача очищення верхньої частини топки, циклонів і газоходів від сажі і осідаючих на цих частинах шлаків. Котел має складну систему газоходів, яка практично малодоступна для очищення. Більш близьким до пропонованого водонагрівача на твердому паливі є "Газовий водонагрівний апарат" за патентом України № 66121 від 26.12.2011 p., МПК F24Н 1/12. Він містить теплоізольований кожух прямокутної у поперечному перерізі форми з патрубком відведення відпрацьованих газів, газовий пальник, розміщений в нижній частині кожуха і об'ємний теплообмінник, розташований горизонтально і виконаний у вигляді трубчастої спіралі, оснащеної дефлектором, встановленим симетрично всередині спіралі теплообмінника вздовж неї над пальником з проміжками між витками спіралі і верхніми краями дефлектора, причому теплообмінник виконаний в цілому прямокутним у поперечному перерізі і охоплює пальник знизу. Наведена сукупність суттєвих ознак цього аналога повністю збігається з суттєвими ознаками об'єкта патентування, якщо ознаку "газовий пальник" замінити ознакою "піддон для твердого палива" і дещо змінити форму і розташування дефлектора з метою надання йому паралельно функції відбійника-стабілізатора. На підставі зазначеного цей аналог можна вважати прототипом пропонованого водонагрівача, розробленого саме на основі цього аналога. Недоліком "Газового водонагрівного апарата" за патентом України № 66121 є те, що він може працювати тільки на газі, який, як відомо, все дорожчає і дорожчає. Але цей апарат досить легко може бути переведений на роботу на твердому паливі (дровах, пелетах, брикетах, гілках, пресованому торфі, пресованій соломі та вугіллі) при технічно нескладних і технологічно доступних удосконаленнях. Другим недоліком цього апарата є те, що він забезпечує нагрів води тільки для опалення або тільки для сантехнічних (побутових) потреб. Можливим, правда, є використання його як для опалення, так водночас й для нагріву сантехнічної води, але це також потребує відповідного удосконалення конструкції апарата. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення на базі технічного рішення, відомого за патентом України № 66121, такого водонагрівача, який би міг ефективно працювати на альтернативному і набагато дешевшому, ніж газ, твердому паливі та при цьому був достатньо екологічним в експлуатації. Другою задачею було удосконалення відомого водонагрівача з метою забезпечення його використання одночасно для опалення і нагріву сантехнічної води. Поставлені задачі вирішуються тим, що у водонагрівачі, який містить теплоізольований кожух з патрубком відведення відпрацьованих газів і обладнаний вбудованою системою очищення газів від золового уносу, попелу і сажі, об'ємний теплообмінник, виконаний у вигляді горизонтально розташованої трубчастої спіралі, оснащеної дефлектором, піддон з колосниковою решіткою для розміщення палива і золоприймач, згідно з пропозицією система очищення газів від золового уносу, попелу і сажі виконана у вигляді горизонтально розташованого в трубчастій спіралі під верхньою частиною її відбійника-стабілізатора, причому останній суміщений з дефлектором і має форму дашка, оберненого своєю внутрішньою, увігнутою догори, поверхнею до піддону для розміщення палива, піддон для палива розташований в нижній частині трубчастої спіралі і має на своїх бічних стінках відбортовки Г 1 UA 112420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 подібної або Р-подібної форми у поперечному перерізі, кожух водонагрівача оснащений щонайменше трьома поперечними горизонтально розташованими стрижнями, які пропущено між витками спіралі теплообмінника під колосниковою решіткою піддону, золоприймач розміщений під нижньою частиною трубчастої спіралі теплообмінника, причому суміщений з дефлектором відбійник-стабілізатор, піддон для палива і золоприймач виконані висувними, а кожух водонагрівача має на передній стінці відповідні для цього дверцята. Задня стінка кожуха водонагрівача згідно з корисною моделлю оснащена герметичною пласкою панеллю, до якої під'єднана знизу трубчаста спіраль теплообмінника, і ця панель має змонтований всередині неї плаский змійовик, через який подають воду для сантехнічних потреб. Патрубок відведення відпрацьованих газів (димовивідна труба) розміщений над верхньою частиною трубчастої спіралі теплообмінника в задній частині кожуха водонагрівача і на вході в нього продуктів горіння має відбійник недогорілих або перегорілих фракцій палива і теплових потоків, що надходять до нього знизу. Виконання у запропонованому водонагрівачі системи очищення газів від золового уносу, попелу і сажі у вигляді горизонтально розташованого в трубчастій спіралі під верхньою частиною її відбійника-стабілізатора, суміщеного з дефлектором, якому надано форму дашка, оберненого своєю внутрішньою, увігнутою догори, стороною до піддону для розміщення палива, дає можливість досить просто вирішити ряд важливих технічних задач. По-перше, такий відбійник-стабілізатор-дефлектор, з одного боку запобігає передчасному уносу продуктів горіння у патрубок їх відведення (димовивідну трубу) під дією тяги, а навпаки, забезпечує повернення продуктів горіння на допалювання, тобто виконує функцію відбійника. З другого боку він стабілізує процес горіння, оскільки під "дашком" утворюється теплова подушка, завдяки чому в цій зоні відбувається інтенсивне перемішування потужних теплових потоків, що надходять знизу, і легких фракцій палива (недогорілого попелу і частинок недогорілої золи), які піднялися уверх під дією теплових потоків. В результаті відбувається більш повне догоряння зазначених легких фракцій і зменшується їх унос у димовивідну трубу. По-друге, цей елемент конструкцій одночасно виконує функцію дефлектора, оскільки він разом з утвореною і згаданою вище тепловою подушкою відхиляє теплові потоки, що надходять знизу, до бічних частин спіралі теплообмінника. Це забезпечує рівномірний нагрів спіралі та ефективне використання теплової енергії. По-третє, крім своїх основних функцій запропонований відбійник-стабілізатор-дефлектор (в подальшому для скорочення ВСД) зменшує осідання сажі на теплообміннику, що погіршувало би теплопередачу, а також запобігає сажо-уносу в атмосферу, оскільки при такому конструктивному виконанні найбільше сажа осідатиме саме на внутрішній, увігнутій, поверхні ВСД. Що стосується очищення ВСД від сажі і шлаків (які можуть утворюватись при деяких видах твердого палива), то це вирішується в запропонованій конструкції, як буде показано нижче, дуже просто. Нарешті, завдяки формі і розміщенню ВСД у верхній частині спіралі ТО простори між спіраллю і бічними стінками кожуха водонагрівача перетворено по суті в камери допалювання легких фракцій продуктів горіння, що збільшує к.к.д. водонагрівача. Це ж саме стосується й простору між ВСД та верхньою частиною спіралі ТО і верхньою стінкою кожуха. Розташування піддону для палива в нижній частині трубчастої спіралі теплообмінника обумовлено фізикою горіння і утворенням та рухом висхідних теплових потоків. Можливим в принципі є розташування піддону в іншій частині спіралі ТО, але саме запропоноване розташування забезпечує рівномірне, без перегріву, надходження теплової енергії як до нижньої, так і до бічних частин спіралі ТО, що виключає їх короблення і вихід системи з ладу. При цьому відбортовки Г-подібної або Р-подібної форми у поперечному перерізі на бічних стінках піддону забезпечують мінімальний контакт піддону з бічними частинами спіралі ТО, що виключає перегрів витків спіралі в цих місцях. Крім того ці відбортовки підсилюють жорсткість піддону. Оснащення кожуха водонагрівача щонайменше трьома поперечними горизонтально розташованими стрижнями, пропущеними між витками спіралі під колосниковою решіткою піддону, дає можливість надійно встановити останній в спіралі ТО без доторкання до неї, що могло би призвести до її перегріву в нижній частині. Разом з тим це технічне рішення дозволяє зробити піддон легковисувним (для очищення його від золи). Розміщення золоприймача під нижньою частиною спіралі ТО забезпечує використання теплової енергій золи для додаткового підігріву знизу нижньої частини ТО, що підвищує к.к.д. водонагрівача. 2 UA 112420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розміщення патрубка відведення відпрацьованих газів (димовивідної труби) над верхньою частиною трубчастої спіралі ТО в задній частині кожуха водонагрівача забезпечує додаткову теплопередачу від висхідних потоків газоповітряної суміші до ТО, оскільки при такому розміщенні над спіраллю ТО утворюється друга теплова подушка, чому сприяє ще й те, що димовивідна труба оснащена відбійником недогорілих або перегорілих фракцій палива і теплових потоків, що надходять до нього знизу. Відзначимо також, що це технічне рішення дає можливість суттєво знизити температуру димових газів на виході (з 300 °C до 150 °С), тобто одержати від цього додаткову енергію, підвищити к.к.д. водонагрівача. Інші наведені вище рішення спрямовані на розширення технічних можливостей пропонованого водонагрівача (що стосується одночасного використання його для нагріву сантехнічної води), мінімізацію золо- і сажо-уносів, підвищення к.к.д. водонагрівача, очищення поверхонь, вузлів і деталей водонагрівача від сажі. Ці рішення детально представлені в описі конструкції і роботи водонагрівача. Суть пропонованої корисної моделі пояснена кресленнями, де зображені: на Фіг. 1 - загальний вигляд водонагрівача, поперечний розріз; на Фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1 (деталі позицій. 10 і 19 умовно не показані); на Фіг. 3 - розріз Б-Б на фіг. 2. Водонагрівач містить (Фіг. 1) такі основні частини: теплоізольований кожух (корпус) 1 з патрубком 2 відведення відпрацьованих газів, теплообмінник (ТО) 3 у вигляді горизонтально розташованої прямокутної у поперечному перерізі спіралі, герметичну порожнисту панель 4 для нагріву сантехнічної води, відбійник-стабілізатор-дефлектор (ВСД) 5, піддон 6 з колосниковою решіткою для розміщення палива, золоприймач 7, відбійник 8 недогорілих фракцій палива і теплових потоків, що надходять знизу. Кожух 1 виконаний у вигляді прямокутного короба, який встановлено на чотирьох опорних ніжках 9. Патрубок 2 відведення відпрацьованих газів (в подальшому димовивідний патрубок) розташований над верхньою частиною теплообмінника 3 і панеллю 4, тобто при задній стінці кожуха 1, що сприяє більш рівномірному нагріву ТО як по ширині спіралі, так й по її довжині. Спіраль ТО навита не щільно, а з проміжками ~7 мм між витками для проходження теплових потоків. Через ці проміжки пропущено щонайменше три стрижні 10. Вони розташовані рівномірно по довжині кожуха (див. Фіг. 2) над нижньою частиною спіралі ТО. На ці стрижні спирається піддон 6, що виключає його температурний контакт з нижньою частиною спіралі, який міг би призвести до її короблення. Разом з тим стрижні 10 не заважають помірній тепловій радіації від піддону до нижньої частини ТО. Крім зазначеного стрижні 10 використовують для пересування по них піддону з метою очищення його від золи. Спіраль ТО підвішена на двох трубчатих кронштейнах 11 з фланцями, привареними до передньої стінки панелі 4. Знизу спіраль ТО підтримують аналогічні кронштейни 12. В результаті ТО надійно закріплено в робочому просторі кожуха, не хитається і не прогинається під власною вагою і наповнюючої його води. Панель 4 змонтована вертикально на трубопроводах 13, 14 і 15 для підведення і відведення води та заглушеному (запасному) патрубку 16. Всередині панель 4 має плаский трубчатий змійовик 17 (див. рис. 3),через який пропускають воду для сантехнічних потреб. Ця панель під'єднана до нижнього (вихідного) кінця спіралі ТО 3 безпосередньо або за допомогою патрубка 16 і відповідних перехідних елементів. В останньому випадку вихідний кінець спіралі ТО виводять назовні кожуха водонагрівача і з'єднують цей кінець з патрубком 16. Це дещо ускладнює конструкцію з'єднання, зате суттєво полегшує монтаж і демонтаж ТО 3 і панелі 4 при проведенні профілактичних і ремонтних робіт. ВСД, як було зазначено вище, має форму дашка, оберненого своєю увігнутою поверхнею до піддону 6 для розміщення палива. Він має чотири вушка 18 (по два з кожного боку). За допомогою цих вушок ВСД підвішений на трубчатих кронштейнах 19 з фланцями, привареними до панелі 4. Піддон 6 для палива і золоприймач 7 мають форму прямокутних в плані коробів. Для зменшення контакту піддону з ТО його бокові стінки виконано з Г-подібними або Р-подібними відбортовками. Вони ж забезпечують жорсткість піддону. Золоприймач 7 також має аналогічні відбортовки по всьому периметру своїх стінок. Встановлений він на кутникових рейках 20, що зменшує теплопередачу від золоприймача до нижньої стінки кожуха водонагрівача. Відбійник 8 встановлено на вході у димовивідний патрубок 2. Він виконаний у вигляді пропелера і оснащений міні-приводом 21 постійного струму, що дає можливість обертати відбійник з різною швидкістю в залежності від необхідності збільшити або зменшити тягу у водонагрівачі з урахуванням особливостей палива (його вологості, теплотворності, здатності рівномірно горіти без надмірного димоутворення тощо). 3 UA 112420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Запропонований водонагрівач працює таким чином. Після наповнення опалювальної системи водою та звичайної підготовки її та водонагрівача до запуску розпалюють тверде паливо, розміщене у піддоні 6, і відрегульовують за допомогою відбійника 8 тягу у водонагрівачі. За необхідністю (в залежності від особливостей палива) тягу підсилюють або зменшують шляхом зміни швидкості обертання відбійника 8 і положення дверцят, розташованих на рівні піддона 6 і золоприймача 7, які в цьому разі виконують роль піддувал, збагачуючих процес розпалювання киснем повітря, що надходить через них в зону горіння. В результаті завантажене у піддон 6 паливо швидко розгоряється. В подальшому, коли горіння палива стабілізується, згадані дверцята причиняють або ж й зовсім закривають. Описані операції легко можуть бути автоматизовані за допомогою простих загальновідомих пристроїв, виготовлених, наприклад, на основі біметалічних пластин, що реагують на зміни температурного режиму в зоні розпалювання і горіння палива. Теплові потоки разом з продуктами горіння надходять до ВСД 5, який гальмує їхній рух уверх. Тому під дашком ВСД утворюється теплова подушка, в якій відбувається, по перше, інтенсивне перемішування і догоряння фракцій палива, які сюди надійшли. По друге, ця теплова подушка відхиляє теплові потоки і недогорілі фракції палива до бічних частин спіралі ТО 3. Вони омивають ці частини, віддаючи їм теплову енергію. При цьому простори між бічними частинами спіралі ТО і бічними стінками кожуха 1 відіграють роль камер допалювання недогорілих легких фракцій палива. Ще більш легкі фракції палива з тепловими потоками піднімаються із камер (зон) допалювання уверх, омиваючи верхню частину спіралі ТО і віддаючи їй свою енергію. При цьому відбійник 8 гальмує ці теплові потоки і повертає найлегші фракції на остаточне допалювання. В результаті суттєво зростає к.к.д. водонагрівача, зменшується сажо-унос продуктів горіння в атмосферу. Така система взаєморозташування і конструктивного виконання ТО 3, ВСД 5, піддона 6 для палива і відбійника 8 забезпечує рівномірний нагрів води в ТО, мінімальні втрати теплової енергії, високу економічність у використанні палива та багато інших переваг у порівнянні з аналогами (мінімальне сажо- і шлакоутворення на поверхнях водонагрівача, доступність для їх очищення, екологічність запропонованої конструкції тощо). Очищення водонагрівача від сажі і шлаків проводять за такими схемами. Якщо водонагрівач був в експлуатації порівняно недовго (1-2 тижні), але виникла потреба в його очищенні, що визначають візуально в залежності від видів палива, яке в той час використовували (наприклад брикетів соломи, гілок і т.п.), то для очищення ВСД 5, піддона 6 і золоприймача 7 послідовно відчиняють дверцята на передній стінці кожуха 1 водонагрівача, висувають згадані вузли назовні і очищають їх від сажі, золи, шлаків і попелу звичайними волосяними або дротяними щітками. Таке елементарне очищення не займає багато часу і дає можливість підтримувати водонагрівач постійно в робочому стані з достатньою енергетичною ефективністю. Якщо ж водонагрівач пропрацював декілька місяців (до півроку),то тоді знімають передню стінку кожуха 1 зі всіма змонтованими на ній дверцятами, висувають ВСД 5 та піддон 6, обмітають щітками поверхні вузлів водонагрівача, особливо ТО 3, передню стінку панелі 4, бокові стінки кожух 1 та відбійник 8. Після цього висувають золоприймач 7 і очищають його від сажі, золи і попелу. Далі, в зворотному порядку, встановлюють все на свої місця. Описані тут операції також прості, як і за першою схемою очищення водонагрівача, тільки для їх виконання потрібно трішки більше часу. Але це не вимагає від користувача якоїсь особливої підготовки чи кваліфікації і все необхідне він може зробити сам, не запрошуючи для цього майстрів. Таким чином, запропонована корисна модель є достатньо простою за конструкцією, ефективною в експлуатації, зручною в користуванні, легкорозбірною, екологічно продуманою, може працювати на різноманітних видах твердого доступного палива. Такий водонагрівач може набути значної популярності в сільській місцевості, на дачах, для опалювання індивідуальних гаражів, невеликих майстерень та різноманітних виробничих приміщень у приватному секторі. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Водонагрівач на твердому паливі типу дров, пелет, брикетів, гілок, який містить теплоізольований кожух з патрубком відведення відпрацьованих газів і обладнаний вбудованою системою очищення газів від золового уносу, попелу і сажі, об'ємний теплообмінник, виконаний у вигляді горизонтально розташованої трубчастої спіралі, оснащеної дефлектором, піддон з колосниковою решіткою для розміщення палива і золоприймач, який відрізняється тим, що система очищення газів від золового уносу, попелу і сажі виконана у вигляді горизонтально розташованого в трубчастій спіралі під верхньою частиною її відбійника-стабілізатора, причому останній суміщений з дефлектором і має форму дашка, оберненого своєю внутрішньою 4 UA 112420 U 5 10 15 поверхнею до піддона для розміщення палива, піддон для палива розташований в нижній частині трубчастої спіралі теплообмінника і має на своїх бічних сторонах відбортовки Г-подібної або Р-подібної форми у поперечному перерізі, кожух водонагрівача оснащений щонайменше трьома поперечними горизонтально розташованими стрижнями, які пропущено між витками спіралі теплообмінника під колосниковою решіткою піддона, золоприймач розміщений під нижньою частиною трубчастої спіралі, причому відбійник-стабілізатор, суміщений з дефлектором, піддон для палива і золоприймач виконані висувними, а кожух має на передній стінці відповідні для цього дверцята. 2. Водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що задня стінка кожуха оснащена герметичною пласкою панеллю, до якої під'єднана знизу трубчаста спіраль теплообмінника, і ця панель має змонтований всередині неї плаский змійовик, через який подають воду для сантехнічних потреб. 3. Водонагрівач за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що димовивідна труба розміщена над верхньою частиною трубчастої спіралі теплообмінника в задній частині кожуха і на вході в неї продуктів горіння має відбійник недогорілих фракцій палива. 5 UA 112420 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6