Котел

Реферат: Котел складається з трьох основних елементів бункера, пальника та корпусу котла. Бункер за допомогою транспортно-гравітаційної труби приєднаний до пальника, а пальник в свою чергу приєднаний до корпусу котла, в свою чергу корпус котла складається з теплообмінника, внутрішньої та зовнішньої стінки. Внутрішня і зовнішня стінки котла формують ємність, заповнену теплоносієм. Відстань між внутрішньою та зовнішньою стінками складає від 2 до 15 міліметрів, додатково корпус котла містить набір направляючих перегородок лабіринту димових газів, який в свою чергу складається з щонайменше двох направляючих. Набір направляючих перегородок виконаний з можливістю регулювання відстані між перегородками лабіринту димових газів, також корпус котла містить верхню кришку з кріпленням для фіксації набору направляючих перегородок лабіринту димових газів. Додатково котел містить з'єднувальний патрубок підводу теплоносія, з'єднувальний патрубок відводу теплоносія, з'єднувальний патрубок виводу димових газів, інсталяційний патрубок безпеки, і додатково містить зольник та станину. Пальник котла містить вентилятор нагнітання повітря у пальник, отвір для запалювання палива, отвір подачі первинного повітря, засувку подачі вторинного повітря, регулюючий гвинт засувки подачі вторинного повітря, каретку та підтискний гвинт каретки. UA 114644 U (54) КОТЕЛ UA 114644 U UA 114644 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Котел належить до галузі енергетики та може бути використаний як опалювальний пристрій для обігріву побутових та/або господарських приміщень. Технічне рішення направлено на отримання котла з підвищеною експлуатаційною надійністю, ефективністю роботи використання теплової енергії, з можливістю довгострокової автономної роботи, підвищеною безпекою та зручністю в експлуатації. З рівня техніки відомий опалювальний котел (патент на корисну модель UA 142, дата публікації 30.04.1998 бюл. № 2), що містить корпус, який утворює топку котла з отвором для відводу газів, також у топці розміщені пальники, нижній екран, який складається з кутників, верхній екран, виконаний у вигляді ковпака з бічними стінками та підставками, які встановлюються на нижній екран. Працює опалювальний котел наступним чином: гази від пальників відхиляються кутниками нижнього екрана до внутрішніх стінок корпусу. Другий потік гарячих газів змішується з газами в ковпаку, спускається вздовж бічних стінок ковпака до низу, чим забезпечує повне згоряння продуктів горіння. Недоліками представленого технічного рішення є недостатня ефективність роботи внаслідок використання теплової енергії для нагрівання внутрішніх елементів камери згорання, відсутність можливості автономної роботи котла внаслідок відсутності можливості автоматичної подачі палива та низька безпека. Відомий котел опалювальний на твердому та сипкому біопаливі (патент на корисну модель UA 47163, дата публікації 25.01.2010 бюл. № 2), що складається з корпусу топкової камери водяної сорочки, димоходу економайзера, конвективних водяних труб, додатково котел обладнано бункером з дозатором палива. Дозатор палива складається з приводу перетворювального механізму, лотка штовхача, при цьому лоток та штовхач мають змогу переміщуватись зворотно-поступально. Працює опалювальний котел наступним чином - в топічну камеру завантажують паливо, та здійснюють його підпал. Задля забезпечення тривалої роботи котла в топічну камеру періодично завантажується паливо, що накопичене і зберігається у бункері, з якого під дією своєї ваги воно надходить до дозатора палива. Паливо заповнює лоток, після чого вмикається привод і лоток одночасно з штовхачем рухаються у бік топічної камери, потім штовхач та лоток повертаються у початкове положення. Недоліками представленого опалювального котла є складність конструкції, як наслідок - низька надійність в експлуатації, велика енергоємність, низький рівень безпеки та неефективна система подачі палива, яка потребує додаткового контролю. З рівня техніки відомий Спосіб спалювання пелет та пристрій для його здійснення (міжнародна заявка PCT/RU2014/000181, дата міжнародної подачі 21.03.2014). Спосіб полягає у тому, що паливо подають в камеру згоряння за рахунок гравітації зверху вниз з градієнтом швидкості, горіння здійснюють поперек руху палива таким чином, що швидкість руху повітря вгорі камери згорання, де паливо починає горіння, мінімальна, а внизу камери згорання максимальна. Пальник, що використовують для здійснення способу, включає корпус, канал подачі палива, камеру згорання, що знаходиться під каналом подачі палива, обмежену з боку входу повітря перфорованою платиною, при цьому корпус пальника наближений до горизонтально витягнутого паралелепіпеда або циліндра, один з торців яких призначений для входу повітря, а інший для виходу полум'я. Недоліками способу та пристрою є нерівномірність розподілу палива у камері згорання, це викликає нерівномірний нагрів газів у теплообміннику і як наслідок - нестабільний процес тепловіддачі. Найбільш близькім за технічною суттю до котла, що заявляється, є Опалювальний котел з автоматизованою подачею вугілля в топку (патент на корисну модель UA 84670, дата подання 13.05.2013, дата публікації 25.10.2013, бюл. 21 № 20), який містить топку з піддувалом, вентилятор подачі повітря, водонагрівальні труби і пристрій для автоматичного завантаження топки вугіллям, причому пристрій для автоматизованого завантаження топки вугіллям виконаний у вигляді бункера, в нижній частині якого розміщений лопатевий дозатор забору вугілля, сполучений з гравітаційною транспортуючою трубою, введеною всередину топки, в зону горіння вугілля. Працює котел наступним чином на колосники накладають паливо, яке підпалюють, включають вентилятор подачі повітря та вмикають електромотор лопатевого дозатора. Дозатор обертається з заданою швидкістю, невеликими порціями забирає вугілля з бункера і по гравітаційній трубі за рахунок сили тяжіння, паливо, потрапляє в зону горіння. Нагріті гази нагрівають труби та воду в них. Недоліками способу та пристрою є нерівномірність розподілу палива у камері згорання, це викликає нерівномірний нагрів газів у теплообміннику і як наслідок - нестабільний процес тепловіддачі та на неефективність також впливає можливість використання лише одного типу палива. В основу корисної моделі поставлена задача створення котла з підвищеним рівнем безпеки, простого у використанні, а також вдосконалення конструкції подачі палива, підвищення 1 UA 114644 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ефективності процесу тепловіддачі та забезпечення автоматизованого керування потужності котла. Поставлена задача вирішується наступним чином. Запропоновано котел, що складається з трьох основних елементів бункера, пальника та корпусу котла. При цьому бункер за допомогою транспортно-гравітаційної труби приєднаний до пальника, а пальник в свою чергу приєднаний до корпусу котла. Корпус котла складається з теплообмінника, внутрішньої та зовнішньої стінки, при цьому внутрішня та зовнішня стінка формують ємність, заповнену теплоносієм, відстань між внутрішньою та зовнішньою стінками складає від 2 до 15 міліметрів. Також до складу корпусу котла входить набор направляючих перегородок лабіринту димових газів, який в свою чергу складається з щонайменше двох направляючих, причому набір направляючих перегородок виконаний з можливістю регулювання відстані між перегородками. При цьому перегородки лабіринту димових газів виконані таким чином, що не утворюють перешкод для проходу газів у теплообміннику та мають форму обрису внутрішньої стінки корпусу котла. Також до складу корпусу котла належить верхня кришка з кріпленням для фіксації набору направляючих перегородок лабіринту димових газів. Котел оснащений з'єднувальним патрубком підводу теплоносія, з'єднувальним патрубком відводу теплоносія, з'єднувальним патрубком виводу димових газів, інсталяційним патрубком безпеки, який в свою чергу виконаний з можливістю встановлення клапану, і додатково містить зольник та станину. Додаткова зовнішня стінка корпусу котла містить ізолятор тепла та декоративну обшивку. Пальник в свою чергу містить вентилятор нагнітання повітря у пальник, отвір для запалювання палива, отвір подачі первинного повітря, засувку подачі вторинного повітря, регулюючий гвинт засувки подачі вторинного повітря, каретку та підтискний гвинт каретки. Виконання відстані між зовнішньою та внутрішньою стінками теплообмінника у межах від 2 до 15 міліметрів дозволяє підвищити температуру теплоносія, забезпечити ефективність процесу тепловіддачі зменшити температурний опір теплоносія в процесі його нагрівання від внутрішньої стінки корпусу котла. В свою чергу використання набору направляючих перегородок лабіринту димових газів забезпечує притискання газів до внутрішньої стінки теплообмінника, що дозволяє збільшити ефективність процесу теплопередачі. Використання набору направляючих перегородок забезпечує зміну конфігурації потоку гарячих газів. Зміна конфігурації потоку газів, а саме огинання набору перегородок, забезпечує підвищення швидкості руху газів, при цьому відбувається концентрація потоку, таким чином інтенсифікується теплообмін, що в свою чергу сприяє збільшенню коефіцієнта тепловіддачі, а оскільки при збільшенні концентрації газів відбувається збільшення температурного напору, то це в свою чергу приводить до збільшення швидкості передачі тепла. В окремих випадках реалізації технічного рішення набір направляючих перегородок лабіринту димових газів може мати вигляд циліндра, в якому верхня та нижня перегородки виконують роль відповідно верхньої та нижньої основ циліндра, таким чином унеможливлюється затікання газів у простір між перегородками лабіринту димових газів. В додатковому варіанті реалізації технічного рішення котел може бути оснащений блоком керування. При цьому блок керування виконаний з можливістю керування процесом горіння палива, регулюванням температури, інтенсивністю процесу горіння палива та додатково блок керування може забезпечити контроль за кількістю палива. При цьому блок керування може мати віддалене керування, наприклад за допомогою мережі Інтернет і таким чином надавати можливість користувачу контролювати інтенсивність подачі повітря вентилятором нагнітання повітря, що в свою чергу регулює процес згорання палива шляхом такого регулювання, і як слід контролюється температура нагріву теплоносія, тобто дозволяє забезпечити автоматизоване керування потужністю котла. Суть заявленого технічного рішення пояснюється на кресленнях, але не обмежується таким виконанням, де представлений: Фіг. 1 - Котел. Фіг. 2 - Котел з циліндричною перегородкою. На кресленнях представлено котел, що складається з бункера (1) з транспортногравітаційною трубою (2), пальника (3) та корпусу котла (4). Корпус котла (4) складається з теплообмінника (5), внутрішня (6) та зовнішня (7) стінка якого формує ємність (8), заповнену теплоносієм. Відстань між внутрішньою (6) та зовнішньою (7) стінками у різних варіантах втілення може складати від 2 до 15 міліметрів. Також до складу корпусу котла (4) входить набір (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів. При цьому набір (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів виконаний з можливістю регулювання відставні між перегородками (10) лабіринту димових газів. Як вбачається з креслення до складу корпусу 2 UA 114644 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 котла (4) входить верхня кришка (11) з кріпленням (на кресленні не зазначено) для фіксації набору (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів. Корпус котла (4) оснащений з'єднувальним патрубком підводу (12) теплоносія, з'єднувальним патрубком відводу (13) теплоносія, з'єднувальним патрубком виводу димових газів (14), інсталяційним патрубком безпеки (15), зольником (16) та станиною (17). Зовнішня (7) стінка корпусу котла (4) містить ізолятор тепла (18) та декоративну обшивку (19). Пальник (3) в свою чергу містить вентилятор нагнітання повітря (20) у пальник (3), отвір для запалювання палива (21), отвір для подачі первинного повітря (22), засувку подачі вторинного повітря (23), регулюючий гвинт засувки (24) подачі вторинного повітря, каретку (25) та підтискний гвинт каретки (26). За одним з варіантів втілення технічного рішення котел може містити блок керування (на кресленні не зазначений) для забезпечення дистанційного керування роботи котла. В окремому варіанті виконання котла набір направляючих перегородок лабіринту димових газів може мати вигляд циліндра, в якому верхня та нижня перегородки виконують роль відповідно верхньої та нижньої основ циліндра (Фіг. 2), таким чином унеможливлюється затікання газів у простір між перегородками лабіринту димових газів. Працює заявлений котел, наступним чином. Котел встановлюють на станину (17) з зольником (16), причому ємність (8) корпусу котла (4), що сформована внутрішньою (6) та зовнішньою (7) стінками теплообмінника (5), заповнюють теплоносієм. Котел підключають до системи опалення та/або гарячого водопостачання за допомогою з'єднувального патрубка підводу (12) теплоносія та з'єднувального патрубка відводу (13) теплоносія, потім з'єднувальний патрубок відводу димових газів (14) підключають до системи відводу димових газів (на кресленні не вказано). В бункер (1) завантажують паливо, яке за допомогою транспортно-гравітаційної труби (2), потрапляє камери згорання (на кресленні не вказано) пальник (3). В інсталяційний патрубок безпеки встановлюють клапан (на кресленні не вказаний). До верхньої кришки (11) котла закріплюють набір (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів. При цьому означений набір може складатись з щонайменше двох перегородок або мати вигляд циліндра, в якому верхня та нижня перегородки виконують роль відповідно верхньої та нижньої основ циліндра (означений варіант втілення на кресленнях не представлено). В такому стані котел готовий до експлуатації. Додатково, для забезпечення норм безпеки експлуатації опалювальних котлів зовнішню (7) стінку корпусу котла (4) забезпечують ізолятором тепла (18), який в свою чергу оздоблюють декоративною обшивкою (19). За допомогою отвору для запалювання палива (21) ініціюють горіння палива зовнішнім джерелом. Для горіння палива в камеру згорання надходить первинне повітря через отвір подачі первинного повітря (22), отримані при згоранні палива гази допалюються за допомогою вторинного повітря, подача якого регулюється засувкою подачі вторинного повітря (23) за допомогою регулюючого гвинта засувки (24) подачі вторинного повітря. Вентилятор нагнітання повітря (20) забезпечує інтенсивність подачі повітря в камеру згоряння пальника (3). При цьому за рахунок наявності блока керування (на кресленні не вказано) контролюється інтенсивність подачі повітря вентилятором нагнітання повітря (20), що в свою чергу регулює процес згорання палива шляхом регульованої інтенсивності подачі повітря, і як наслідок за допомогою блока керування контролюється температура нагріву теплоносія. По мірі згорання палива в камері згорання пальника (3), який як зазначено вище можливо регулювати за допомогою інтенсивності вентилятора нагнітання повітря (20), до камери згорання під дією сили тяжіння потрапляє нове паливо, кількість палива у камері згорання регулюється кареткою (25) пальника (3) за допомогою підтискного гвинта каретки (26). Отримані в процесі горіння палива відходи у вигляді золи потрапляють у зольник (16). Після ініціювання горіння палива у пальнику (3) котла утворюються гарячі гази, які за допомогою вентилятора нагнітання повітря (20) або при вимкненому вентиляторі нагнітання повітря (20) за допомогою перепаду тиску та різниці температур, потрапляють до теплообмінника (5) корпусу котла (4). Після потрапляння до теплообмінника (5) гарячі гази огинають нижню перегородку набору (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів і надходять до простору між утвореного набором (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових газів та внутрішньою (6) стінкою корпусу котла (4), при цьому відбувається зміна конфігурації потоку гарячих газів. При зміні конфігурації потоку гарячих газів, як представлено вище, підвищується швидкість руху гарячих газів, таким чином відбувається концентрація потоку, що інтенсифікує теплообмін і сприяє збільшенню коефіцієнта тепловіддачі, оскільки при збільшенні концентрації газів відбувається збільшення температурного напору, то це в свою чергу приводить до збільшення швидкості передачі тепла. Сконцентровані таким чином гарячі гази у просторі між набором (9) направляючих перегородок (10) лабіринту димових 3 UA 114644 U 5 10 15 20 газів та внутрішньою (6) стінкою нагрівають внутрішню стінку (6), яка в свою чергу нагріває теплоносій, розташований між внутрішньою (6) та зовнішньою (7) стінками корпусу котла (4). Невелика відстань між внутрішньою (6) та зовнішньою (7) стінками корпусу котла (4), яка може коливатись в межах від 2 до 15 міліметрів, тобто товщина теплоносія забезпечує зменшення температурного опору процесу нагрівання теплоносія від внутрішньої (6) стінки. Нагрітий таким чином теплоносій за допомогою з'єднувального патрубка відводу (13) теплоносія направляється до заданого середовища (опалювальної системи житлового або господарського приміщення). Після передачі тепла у заданому середовищі, охолоджений таким чином, теплоносій за допомогою з'єднувального патрубка підводу (12) теплоносія потрапляє в простір між внутрішньою (6) та зовнішньою (7) стінками корпусу котла (4), де процес нагрівання здійснюється знову. При цьому рух теплоносія може здійснюватися за рахунок природної циркуляції або з використанням додаткового обладнання. Після передачі тепла від гарячих газів до теплоносія, гази відводяться за допомогою з'єднувального патрубка відводу димових газів (14). З огляду на вище наведене, у процесі роботи котла запропоноване конструктивне його виконання призводить до поліпшення економічних та енергетичних характеристик, що обумовлено відстанню між зовнішньою та внутрішньою стінкою корпусу, використанням набору направляючих перегородок лабіринту димових газів, котла. Таким чином досягається підвищення рівня безпеки, удосконалення процесу тепловіддачі та забезпечується автоматизоване керування потужності котла. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 50 1. Котел, що складається з трьох основних елементів бункера, пальника та корпусу котла, при цьому бункер за допомогою транспортно-гравітаційної труби приєднаний до пальника, а пальник в свою чергу приєднаний до корпусу котла, в свою чергу корпус котла складається з теплообмінника, внутрішньої та зовнішньої стінки, який відрізняється тим, що внутрішня і зовнішня стінки котла формують ємність, заповнену теплоносієм, причому відстань між внутрішньою та зовнішньою стінками складає від 2 до 15 міліметрів, також до складу корпусу котла входить набір направляючих перегородок лабіринту димових газів, який в свою чергу складається з щонайменше двох направляючих, причому набір направляючих перегородок виконаний з можливістю регулювання відстані між перегородками лабіринту димових газів, також до складу корпусу котла належить верхня кришка з кріпленням для фіксації набору направляючих перегородок лабіринту димових газів, додатково котел містить з'єднувальний патрубок підводу теплоносія, з'єднувальний патрубок відводу теплоносія, з'єднувальний патрубок виводу димових газів, інсталяційний патрубок безпеки, і додатково містить зольник та станину, в свою чергу пальник котла містить вентилятор нагнітання повітря у пальник, отвір для запалювання палива, отвір подачі первинного повітря, засувку подачі вторинного повітря, регулюючий гвинт засувки подачі вторинного повітря, каретку та підтискний гвинт каретки. 2. Котел за п. 1, який відрізняється тим, що додаткова зовнішня стінка корпусу котла містить ізолятор тепла та декоративну обшивку. 3. Котел за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що набір направляючих перегородок лабіринту димових газів може бути виконаний у вигляді циліндра, в якому верхня та нижня перегородка виконують роль відповідно верхньої та нижньої основи циліндра, та додатково перегородки лабіринту димових газів виконані таким чином, що не утворюють перешкод для проходу газів у теплообміннику та мають форму обрису внутрішньої стінки корпусу котла. 4. Котел за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що містить блок керування. 5. Котел за п. 4, який відрізняється тим, що блок керування виконаний з можливістю керування процесом горіння палива, регулювання температури, інтенсивністю процесу горіння палива та додатково блок керування може забезпечувати контроль за кількістю палива. 6. Котел за будь-яким з пп. 4-5, який відрізняється тим, що блок керування може мати віддалене керування, наприклад за допомогою мережі Інтернет. 4 UA 114644 U 5 UA 114644 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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