Пристрій для нагрівання теплоносія

І. Пристрій для нагрі вання теплоносія, пере важно котел, який містить корпус, що включає роз ділені між собою поверхнею нагріву об'єм теплоно сія і жарову камеру, а також не мен ше , ніж о дин теплопровідний уловлювач, сполучений з поверх нею на гріву, який відрізняється тим, що теплоп ровідні уловлювачі, будучи суцільними і/або які ск ладені з сполучени х між собою з варним з'єднан ням частин, виконані із металу, коефіцієнт теплоп ровідності якого перевищує коефіцієнт теплопро відності матеріалу поверхні нагріву, переважно, із міді або її сплаві в, при цьому теплопровідні улов лювачі розташовані в основному у високотемпера турній області жарової камери і сполучені різними видами з'єднань або у їх комбінаціях з поверхнею нагріву за допомогою зварного з'єднання. счі ю со h 27665 роботи котла, що полягає в підвищеному окалинота жужільотворенні на елементах газового тракту, погіршення параметрів димності і зниження коефіцієнта корисної дії (ККД) котла протягом терміну його служби. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для нагрівання теплоносія, переважно котла, в якому за рахунок того, що теплопровідні уловлювачі будь-якої форми, будучи суцільними і/або які складаються з сполучених між собою зварним з'єднанням частин, виконані із металу, коефіцієнт теплопровідності якого перевищує коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву, переважно, із міді або її сплавів, а також розташування теплопровідних уловлювачів і їх з'єднання різними видами з поверхнею нагріву за допомогою зварової з'єднини, забезпечується підвищення інтенсифікації теплообміну від продуктів згоряння до теплоносія при тривалому впливі високих температур, і за рахунок цього досягається підвищення ККД пристрою для нагрівання теплоносія і збереження постійності ККД протягом всього терміну служби пристрою, збільшення надійності і довговічності елементів пристрою і його терміну служби у цілому, зниження металомісткості його конструкції при збереженні всіх основних характеристик, зниження процесів окалино- та жужільотворення, можливість завдання показників теплового потоку на виході, поліпшення монтажу і збирання. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для нагрівання теплоносія, переважно котлі, який містить корпус, що включає розділені між собою поверхнею нагріву об'єм теплоносія і жарову камеру, а також не менше, ніж один теплопровідний уловлювач, сполучений з поверхнею нагріву, згідно з винаходом, теплопровідні уловлювачі, будучи суцільними і/або які складені з сполучених між собою зварним з'єднанням частин, виконані із металу, коефіцієнт теплопровідності якого перевищує коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву, переважно, із міді або її сплавів, при цьому теплопровідні уловлювачі розташовані в основному у високотемпературній області жарової камери і сполучені різними видами з'єднань або у їх комбінаціях з поверхнею нагріву за допомогою зварової з'єднини. Крім того, в пристрої для нагрівання теплоносія: - теплопровідні уловлювачі сполучені з мате ріалом поверхні нагріву внапусток; - теплопровідні уловлювачі сполучені з мате ріалом поверхні нагріву у стик; - теплопровідні уловлювачі поглиблені в ма теріал поверхні нагріву; - теплопровідні уловлювачі проходять крізь матеріал поверхні нагріву; - теплопровідні уловлювачі сполучені навп роти один одного з двох сторін відносно поверхні нагріву у стик; - теплопровідні уловлювачі сполучені навп роти один одного з двох сторін відносно поверхні нагріву з поглибленням; теплопровідні уловлювачі сполучені навпроти один одного з двох сторін відносно поверхні нагріву, з однією з сторін у стик, а з іншою - з поглибленням; - частини теплопровідних уловлювачів, що виступають в об'єм теплоносія, сполучені між собою теплопровідними елементами, виконаними з матеріалу, коефіцієнт теплопровідності якого вище, ніж коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву, переважно, із міді або її сплавів. Внаслідок використання винаходу, що заявляється, забезпечується отримання технічного результату, який полягає в підвищенні інтенсифікації теплообміну від продуктів згоряння до теплоносія тривалого впливу високих температур при тривалому впливі високих температур. Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує такий причинно-слідчий зв'язок. Виконання теплопровідних уловлювачів суцільними і/або які складені з сполучених між собою зваровою з'єдниною частин, виконаних із металу, коефіцієнт теплопровідності якого перевищує коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву, переважно, із міді, її сплавів, а також розташування їх в основному у високотемпературній області жарової камери і їх сполучення різними видами з'єднань або у їх комбінаціях з поверхнею нагріву за допомогою зварного з'єднання, сприяє прискореному нагріву теплопровідного уловлювача і перерозподілу теплової енергії в жаровій камері, що призводить до підвищення інтенсивності теплопередачі від гарячих газів або полум'я до теплоносія і в результаті - до підвищення інтенсифікації теплообміну. Зварне з'єднання, за допомогою якого здійснюють з'єднання металу теплопровідного уловлювача з матеріалом поверхні нагріву, що мають різні коефіцієнти теплопровідності, сприяє, внаслідок дифузійної структури зварового шва, що отримується, підвищенню інтенсивності теплопередачі між теплопровідним уловлювачем і поверхнею нагріву до теплоносія. Крім того, зваровий шов забезпечує надійність і довговічність з'єднання при високих температурах і її перепадах в жаровій камеРіПриведені різні види з'єднання теплопровідних уловлювачів з матеріалом поверхні нагріву: внапусток, або у стик, або коли вони поглиблені в матеріал, або проходять крізь матеріал, або сполучені навпроти один одного з двох сторін відносно поверхні нагріву у стик, або з поглибленням з двох сторін, або з однією з сторін у стик, а з іншою - з поглибленням, або в різних комбінаціях приведених сполучень, дозволяють вибрати необхідну комбінацію з'єднання в залежності від необхідни х . вихідних характеристик, типу і конструкції конкретного пристрою, яка оптимально посилює ефект теппопередачі до заданих умов, підвищуючи у цілому інтенсифікацію теплообміну між продуктами згоряння і теплоносієм Коли теплопровідні уловлювачі проходять крізь матеріал поверхні нагріву, сполучення між собою частин уловлювачів, виступаючих в об'єм теплоносія, теплопровідними елементами, виконаними із матеріалу, переважно, із міді або її сплавів, коефіцієнт теплопровідності якого вище, ніж коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву, збільшує теплопередавальну поверхню і посилює тепловіддачу, що інтенсифікує процес теплообміну у цілому. 27605 Таким чином, запропонована сукупність загальних і часткових суттєви х ознак, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом, дозволяє при реалізації тільки об'єкта винаходу як єдиного цілого досягнути те хнічний результат -підвищення інтенсифікації теплообміну від продуктів згоряння'до теплоносія при тривалому впливі високих температур, що приводить у цілому до підви щення ККД пристрою для нагрівання теплоносія, переважно котла, збереженню постійності ККД протягом всього терміну служби пристрою, збільшенню надійності і довговічності елементів пристрою і його терміну служби у цілому, зниженню металомісткості його конструкції при збереженні всіх основних характеристик, зниженню процесів окалино- та жужільотворення, можливості завдання показників теплового потоку на виході, поліпшенню монтажу і збирання. Теплоносієм в пристроях для їх нагрівання, наприклад, котлах є вода, пароводяна суміш, пара, повітря та інше. Винахід, що заявляється, може бути реалізований в різних конструкціях. Наприклад, жарова камера може оточувати об'єм теплоносія або навпаки, коли жарова камера знаходиться в його об'ємі. Як приклад конкретного виконання технічного рішення, що пропонується, приведений котел, в якому теплоносієм є вода. Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг.1 схематичне зображений пристрій для нагрівання теплоносія з корпусом у ви гляді водяної со-' рочки, на фіг. 2 - пристрій, у якого частина об'єму теплоносія виконана, наприклад, у ви гляді тр уб, що проходять через жарову камеру, на фіг. З пристрій, у якого жарова камера, що знаходиться в об'ємі теплоносія, виконана, наприклад, у вигляді системи труб, а на фіг.4-9 приведені приклади різних видів сполучення теплопровідних уловлювачів з матеріалом поверхні нагріву, де на фіг.4 зображене їх з'єднання у стик, на фіг.5 - з'єднання, коли уловлювач поглиблений в матеріал поверхні нагріву; на фіг.6 - з'єднання, коли уловлювач проходить крізь матеріал поверхні нагріву; на фіг.7 - з'єднання, коли уло влювачі сполучені у стик навпро ти один одно го з дво х сторін повер хні нагрі ву, на фіг.8 - з'єднання уловлювачів навпроти один одного з двох сторін поверхні нагріву при їх поглибленні в матеріал з двох сторін; а на фіг.9 - те ж, але коли один уловлювач сполучений з однією з сторін у стик, а з іншою - поглиблений в матеріал поверхні нагріву. Пристрій для нагрівання теплоносія, переважно котел, містить теплоізольований корпус 1, що включає жарову камеру 2 і об'єм теплоносія 3. Корпус 1 призначений для тепло- і гідроізоляції від навколишнього середовища, а також придання механічної' міцності і жорсткості конструкції пристрою Наприклад, в різних типах котлів корпусом є: в побутови х - зовнішня поверхня об'єму, теплоносія, .' наприклад, водяної сорочки, що виконується звичайно з чавуна або сталі; в промислових котлах обмуровка, що виконується з комбінації вогнетривкої цегли, ІЗОЛЯЦІЙНИХ матеріалів, металевої обшивки і т.п. Об'єм теплоносія 3 в залежності від конструкції і призначення пристрою для нагрівання теплоносія, наприклад, ко тла, може бути викона 5 ний у вигляді сорочки (наприклад, водяної), зовнішня поверхня якої є безпосередньо корпусом 1 (див. фіг. 1), а внутрішня утворює жарову камеру (наприклад, в побутових водогрійних котлах), або утворений системою трубок (див фіг.2) (в промислових котлах). Жарова камера 2 і об'єм теплоносія 3 (водяний об'єм) розділені між собою матеріалом (металом) поверхні нагріву 4 . На повер хні нагріву 4 в різних місцях в залежності від конструкції жаро вої камери 2, переважно в її високотемпературній області, розташовані металеві суцільні і/або які ск ладені з сполучени х між собою з варово ю з 'єдниною частин теплопро відні уловлювачі 5, тип яких вибирається в залежності від вимог, що пред'являються до вихідних характеристик і особливостей застосування пристрою. Теплопровідні уловлювачі 5 можуть бути виконані у вигляді різних форм (нап риклад, у вигляді пластин, штирів різної конфігура ції, в том у числі Т-, Г-, Z- образної, хвилеподібної або гофрованої форми, у вигляді краплі різної гео метричної форми, а також інших видів і форм) або їх комбінацій, в тому числі форми, при якій частина теплопровідного уловлювача 5, що проходить крізь поверхню нагріву 4, є її частиною і омиваєть ся двома середови щами: теплоносієм і продук та ми згоряння (див. фіг.1). Жарова камера 2 явля є собою об'єм різної форми (див. фі г.1, 2 і 3), в яко му відбувається безпосередня передача тепла, що виділяється при згорянні палива, від продуктів зго ряння (полум'я або гарячи х газів) через матеріал поверхні нагріву 4 і уловлювачі 5 теплоносію (нап риклад, воді). Теплопровідний уло влюва ч 5 це елемент, призначений для прийому теплової енер гії, що отрим ується ним в жаровій камері 2 внаслі док згоряння палива, а потім її передачі матеріалу поверхні нагріву 4 або безпосередньо теплоносію шля хом теплообміну, тобто він сприяє перерозпо ділу теплової енергії в жаровій камері. Уловлювачі 5, будучи суцільними, виконані, переважно, із міді або її сплавів, або складаються з частин, викона ни х із міді , її сп лаві в або їх комбінацій , при чом у коефіцієнт теплопровідності металу теплопровід них уло влювачів 5 підбирається так, що він завж ди переви щує кое фіцієн т теплопро відності ма те ріалу (металу) повер хні нагріву 4 (що виконується звичайно із сталі або чавуна ), з яким вони сполу чені, для прискорення відбору і передачі теплової енергії Теплопро відні уло влювачі 5 сполучені з поверхнею нагріву 4 за допомогою зварного з 'єд нання, яке створює зварний шов, який має технічні характери стики, що дозволя ють забезпечи ти на дійність і три ва лий те рмін служби пристро ю для нагрівання теплоносія. КІЛЬ КІС ТЮ теплопровідни х уловлювачів 5, їх формою, розташуванням і видом з'єднання можна варіювати в залежності від необ хідних ви хідних характеристик пристрою, що заяв ляється Роз та шування уло влювачі в 5 і їх сполу чення з поверхнею нагріву 4 може бути виконане в різних вида х, наприклад, уло влювач 5 може бути сполучений з матеріалом (металом) поверхні наг ріву 4 з бок у жарової камери 2 внап усток , а бо у стик або поглиблений в його матеріал; у випадках, коли уло влюва ч 5 про ходи ть крізь ма тері ал по верхні нагрі ву 4, не виступаючи в теплоносій, і ко ли частина уловлювача 5 проходить крізь матеріал поверхні нагріву 4, виступаючи в теплоносій, з'єд нання здійснюється за допомогою з варного з'єд 27665 нечня двох або з однією із сторін матеріалу поверхні нагріву 4 (див фіг 4-9). Частини б уловлювачів 5, які виступають за межі матеріалу поверхні нагріву 4 і розташовані в об'ємі теплоносія 3 сполучені між собою теплопровідними елементами 7. Причому, теплопровідні елементи 7 виконані із матеріалу (переважно, міді або її сплавів), коефіцієнт теплопровідності якого вище, ніж коефіцієнт теплопровідності матеріалу поверхні нагріву 4 Для входу теплоносія в об'єм З служить патрубок, що підводить 8, а для виходу відвідний патрубок 9. Жарова камера 2 утворює газовий тракт з вхідним 10 і вихідним 11 каналами. Пристрій для нагрівання теплоносія працює таким чином Гарячі гази або полум'я (продукти згоряння), що утворюються при згорянні палива, надходять в жарову камеру 2 і вступають в контакт з теплопровідними уловлювачами 5, а також з матеріалом по* верхні нагріву 4 з боку жарової' камери 2, і передають їм тепло Внаслідок того, що коефіцієнт теплопровідності металу (наприклад, міді або її сплавів) теплопровідного уловлювача 5 ви ще, ніж коефіцієнт теплопровідності матеріалу (металу - звичайно, сталі або чавуна) поверхні нагріву 4 з боку жарової камери 2, а також за рахунок їх з'єднання за допомогою зварової з'єднини і заявленої конструкції пристрою у цілому, теплова енергія від гарячих газів або полум'я з жарової камери 2 буде & найбільшою інтенсивністю передаватися воді. Передавши тепло, гази відводяться через вихідний канал 11. Таким чином, пристрій для нагрівання теплоносія, що пропонується, дозволяє підвищити інтенсифікацію теплообміну від продуктів згоряння до теплоносія. Застосування міді або її сплавів як матеріала теплопровідних уловлювачів 5 і з'єднання останніх з матеріалом поверхні нагріву 4 за допомогою зварової з'єднини зумовлено тим, що: - по-перше, мідь і її сплави володіють значним коефіцієнтом теплопровідності в порівнянні з матеріалами (наприклад, сталь або чавун), з яких звичайно виконують поверхні нагріву і інші частини пристроїв для нагрівання теплоносія, наприклад, котлів, внаслідок чого відбувається прискорений відбір і передача теплової енергії уловлювачами до теплоносія, що підвищує інтенсифікацію проце су теплообміну. Крім того, 'використання міді або її сплавів виключає можливість появи високотемпературної корозії і окалино- та жужільотворення на теплопровідних уловлювачах, а також на поверхні нагріву значно знижує ці процеси за рахунок того, що вона в меншій мірі зазнає впливу продуктів згоряння високої температури через перерозподіл теплової енергії; - по-друге, зварювання двох матеріалів з різними коефіцієнтами теплопровідності • теплопровідних уловлювачів 5 (виконаних із міді або її сплавів) з матеріалом (металом) поверхні нафіву 4 (що виконується звичайно із сталі або чавуна) - дозволяє отримати шов з такими характеристиками (щільність, однорідність і т.п.), які не тільки не перешкоджають тепловому потоку від теплопровідних уловлювачів 5 до матеріалу поверхні нагріву 4 і, в кінцевому результаті, до теплоносія, а, навпаки, сприяють проходженню теплового потоку через зварову з'єднину внаслідок дифузійної структури матеріалу шва, який утворюється, що інтенсифікує процес теплообміну і поліпшує ви хідні параметри пристрою, що заявляється. Крім того, такий зваро-' вий шов забезпечує надійність і довговічність з'єднання при високих температура х і її перепадах в жаровій камері. Пристрій, для нагрівання теплоносія, що заявляється, переважно котел, вигідно відрізняє його від існуючих і забезпечує при використанні наступні переваги: підвищення ККД і збереження його постійності протягом всього терміну служби пристрою, збільшення надійності і довговічності елементів пристрою і його терміну служби у цілому при тривалому впливі високих температур, зниження металомісткості його конструкції при збереженні всіх основних характеристик, зниження процесів окалино- і жужільотворення, можливість завдання показників теплового потоку на виході, поліпшення монтажу і збирання. Крім того, винахід, що заявляється, має широку сферу застосування: як при реконструкції і модернізації вже діючих пристроїв і відновленні що підлягають ремонту і очи щенню, так і при проектуванні і виготовленні нових пристроїв. За запропонованим технічним рішенням були виготовлені дослідні зразки, які пройшли успішні випробування і підтвердили отримання позитивного ефекту. МФ S992.2 27665 Фіг. 2 РМФ € '№ і І 1 999LZ 27665 Фіг. 7 ФІГ. 6 Фіг. 9 Фіг.8 Тира ж 50 екз. Відкрите акці оне рне това риство «Пате нт» Україна, 88000. м. Ужгород, вул. Гага рі на, 101 (0 3 1 2 2 )3 -7 2 -8 9 (0 3 1 2 2 )2 -5 7 -0 3