Подогреватель системы отопления (варианты)

Подогреватель системы отопления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области отопления, в частности к отопительным устройствам, и может быть использовано в водо- и воздухонагревателях для подготовки транспортных средств к работе и обогрева пассажирских салонов, жилых и производственных помещений в условиях низких температур.

Известны котлы жидкостных подогревателей с наружной жидкостной рубашкой, как прямоточные, так и с разворотом направления газов, которые могут быть жаротрубными и водотрубными (кн. Николаев Л.А., Сташевич А.П. и Захаров И.А. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. М.: Машиностроение, 1977, с.42). Недостатками представленных девяти типов котлов являются неполное сгорание топлива и выброс в атмосферу большого количества вредных веществ, таких как оксид углерода, сажа, из-за непосредственного контакта продуктов сгорания с холодными стенками котла-теплообменника.

Известен теплообменник для автомобильного отопителя, содержащий наружный и внутренний корпуса в виде горшка с расположенными в направлении продольной оси корпуса периферийными стенками и днищами, между которыми выполнена проточная камера для нагреваемой текучей среды. Внутренний корпус на участке своей периферийной стенки выполнен таким образом, что на наружной стороне периферийной стенки, обращенной к проточной камере для текучей среды, и на внутренней стороне периферийной стенки, обращенной к проточной камере для отработавших газов, образовано расположенное вдоль продольной оси винтообразное устройство с выпуклостями и прогибами. Такое устройство позволяет существенно увеличить площадь теплообмена, интенсифицировать теплопередачу за счет турбулизации газового потока и тем самым повысить эффективность котла. (Патент RU №2264925 С1. Теплообменник для отопителя, в частности для автомобильного отопителя. - МПК⁷: В60Н 1/22. - 27.11.2005. Бюл. №33). Недостатком известного изобретения является сложность конструкции, причем теплообменника.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является водогрейный котел, содержащий корпус с крышкой, закрепленную в центральной части крышки горелку, размещенные в корпусе водяной объем, топочную камеру, поворотную камеру дымовых газов и дымогарные трубы, сообщенные входными участками с поворотной камерой дымовых газов, а выходными - с коллекторами дымовых газов, связанными с дымовой трубой, водяной коллектор, расположенный в донной части котла, нагревательные элементы в виде труб, каждая из которых помещена с кольцевым зазором в дымогарную трубу, причем впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему воду трубопроводу, а выпускные - к водяному объему котла. В каналах, образованных кольцевыми зазорами между нагревательными элементами и дымогарными трубами, установлены турбулизаторы газового потока, поворотная камера дымовых газов образована днищами водяного объема и топочной камеры, впускные концы нагревательных элементов подключены к подводящему трубопроводу через водяной коллектор, а выпускные - непосредственно к водяному объему, при этом водяной коллектор образован днищами котла и топочной камеры, а коллектор дымовых газов - крышкой котла и обращенными к крышке поверхностями водяного объема (Патент RU №2187763 С1. Водогрейный котел. - МПК⁷: F24H 1/00. - Опубл. 20.08.2002). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известного водогрейного котла, принятого за прототип, является наличие дымогарных труб и турбулизаторов газового потока, значительно усложняет конструкцию котла, а наличие газовой горелки снижает универсальность ее использования, например, в транспортных средствах.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции без снижения технического уровня эксплуатации подогревателя системы отопления.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является упрощение конструкции и улучшение рабочих характеристик подогревателя системы отопления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном подогревателе системы отопления, содержащем горелку и теплообменник, последний состоит из корпуса с крышкой, а в центральной части крышки закреплена горелка, размещенные в корпусе топочную камеру, ограниченную с одной стороны торцовой стенкой, поворотную камеру топочных газов, газоходы, сообщающиеся входами с поворотной камерой топочных газов, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, проточную камеру теплоносителя, сообщающуюся с входным коллектором, размещенным между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса и соединенным с патрубком подвода теплоносителя, теплопередающую стенку и установленные с зазором нагревательные элементы, согласно предложенному техническому решению

горелка, содержащая запальник, установленный над форкамерой, связанной с камерой сгорания топливно-воздушной смеси через отверстие в смежной стенке, последовательно сообщающиеся с жаровой трубой, примкнута к крышке корпуса теплообменника, а в центральной части крышки расположена жаровая труба горелки, установленная в топочной камере теплообменника концентрично теплопередающей стенке, образующая в промежутке между свободным торцом жаровой трубы и торцовой стенкой топочной камеры поворотную камеру топочных газов, причем нагревательные элементы выполнены на теплопередающей стенке, образующие на периферии жаровой трубы продольные газоходы, и/или с корпусом теплообменника - проточные каналы, образующие прямоточную камеру теплоносителя, а на выходе проточных каналов образован кольцевой коллектор, связанный с патрубком отвода теплоносителя;

нагревательные элементы образованы продольными гофрами на теплопередающей стенке с возможностью обдувания впадин топочными газами со стороны жаровой трубы и обмывания теплоносителем с противоположной стороны, для чего вершины гофр расположены с зазором в топочной камере относительно периферии жаровой трубы горелки, образуя продольные газоходы, и/или в проточной камере относительно корпуса теплообменника, образуя продольные проточные каналы теплоносителя;

горелка содержит компрессор подачи воздуха с лопаточным колесом в камере первоначального завихрения воздуха;

горелка содержит тангенциальный патрубок подачи воздуха от внешней системы в камеру первоначального завихрения воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном подогревателе системы отопления, содержащем горелку и теплообменник, последний состоит из корпуса с крышкой, в центральной части крышки закреплена горелка, размещенные в корпусе топочную камеру, ограниченную с одной стороны торцовой стенкой, поворотную камеру топочных газов, газоходы, сообщающиеся входами с поворотной камерой топочных газов, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, поворотную проточную камеру теплоносителя, сообщающуюся с коллектором, размещенным между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса и соединенным с патрубком подвода теплоносителя, теплопередающую стенку и установленные с зазором нагревательные элементы, согласно предложенному техническому решению

горелка, содержащая запальник, установленный над форкамерой, связанной с камерой сгорания топливно-воздушной смеси через отверстие в смежной стенке, последовательно сообщающиеся с жаровой трубой, примкнута к крышке корпуса теплообменника, а в центральной части крышки расположена жаровая труба горелки, установленная в топочной камере теплообменника концентрично теплопередающей стенке, образующая в промежутке между свободным торцом жаровой трубы и торцовой стенкой топочной камеры поворотную камеру топочных газов, причем нагревательные элементы выполнены на теплопередающей стенке, образующие на периферии жаровой трубы продольные газоходы, и/или с корпусом теплообменника - проточные каналы поворотной проточной камеры теплоносителя, состоящей из двух смежных полуцилиндрических прямоточных полостей, образованных двумя диаметрально установленными на обеих сторонах теплопередающей стенки горизонтальными перегородками, примыкающими к корпусу и крышке, сообщающихся между собой через коллектор, размещенный между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса, а патрубок подвода теплоносителя соединен с входным полукольцевым коллектором, образованным в нижней полуцилиндрической полости поворотной проточной камеры на уровне выходного полукольцевого коллектора, образованного в верхней полуцилиндрической полости поворотной проточной камеры, соединенного с патрубком отвода нагретого теплоносителя;

нагревательные элементы образованы продольными гофрами на теплопередающей стенке с возможностью обдувания впадин топочными газами со стороны жаровой трубы и обмывания теплоносителем с противоположной стороны, для чего вершины гофр расположены с зазором в топочной камере относительно периферии жаровой трубы горелки, образуя продольные газоходы, и/или в проточной камере относительно корпуса теплообменника, образуя продольные проточные каналы теплоносителя;

горелка содержит компрессор подачи воздуха с лопаточным колесом в камере первоначального завихрения воздуха;

горелка содержит тангенциальный патрубок подачи воздуха от внешней системы в камеру первоначального завихрения воздуха.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов исполнения подогревателя системы отопления, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку варианты исполнения подогревателя системы отопления предназначены для нагрева жидкостей или газов путем сжигания жидкого топлива в различных отопительных системах. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - упрощение конструкции и снижение стоимости изготовления подогревателя системы отопления.

На фиг.1 показана схема первого варианта исполнения подогревателя системы отопления с прямоточной камерой теплоносителя, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема второго варианта исполнения подогревателя системы отопления с поворотной проточной камерой теплоносителя, продольный разрез; на фиг.4 - то же, разрез Б-Б на фиг.3.

Подогреватель системы отопления с прямоточной камерой теплоносителя содержит теплообменник 1 и горелку 2. Теплообменник 1 состоит из корпуса 3 с крышкой 4, к последней примкнута горелка 2. В центральной части крышки 4 закреплена горелка 2. В корпусе 3 размещены топочная камера 5, ограниченная с одной стороны торцовой стенкой 6, и прямоточная камера 7 теплоносителя, сообщающаяся с входным коллектором 8 теплоносителя, размещенным между торцовой стенкой 6 и торцовой стенкой 9 корпуса 3 и соединенным с подводящим патрубком 10, и нагревательные элементы 11. Горелка 2 содержит запальник 12, установленный над форкамерой 13, связанной с камерой 14 сгорания топливно-воздушной смеси через отверстие 15 в смежной стенке 16, последовательно сообщающиеся с жаровой трубой 17. Горелка 2 содержит компрессор 18 подачи воздуха с лопаточным колесом 19 в камере 20 первоначального завихрения воздуха. Горелка 2 может быть выполнена с тангенциальным патрубком подачи воздуха от внешней системы в камеру 20 первоначального завихрения воздуха. В центральной части крышки 4 корпуса 3 расположена жаровая труба 17 горелки 2, установленная в топочной камере 5 теплообменника 1 концентрично теплопередающей стенке 21, образующая в промежутке между свободным торцом 22 жаровой трубы 17 и торцовой стенкой 6 топочной камеры 5 поворотную камеру 23 топочных газов (Фиг.1). Нагревательные элементы 11 образованы продольными гофрами 24 на теплопередающей стенке 21 с возможностью обдувания впадин топочными газами с одной стороны и обмывания теплоносителем с противоположной стороны. Вершины гофр 24 расположены с зазором а в прямоточной камере 7 относительно корпуса 3 теплообменника 1, образуя продольные проточные каналы 25 теплоносителя, сообщающиеся на входе с коллектором 8, а на выходе с кольцевым коллектором 26, связанным с отводящим патрубком 27 теплоносителя, и/или в топочной камере 5 с зазором b относительно периферии жаровой трубы 17 горелки 2, образуя продольные газоходы 28, сообщающиеся на входе с поворотной камерой 23 топочных газов, а на выходе с коллектором 29 дымовых газов, связанным с дымовой трубой 30 (Фиг.2).

Подогреватель системы отопления по второму варианту исполнения содержит поворотную проточную камеру теплоносителя, состоящую из нижней полуцилиндрической полости 31 и верхней полуцилиндрической полости 32, соединенных между собой коллектором 8 поворота потока теплоносителя между торцовыми стенками топочной камеры 6 и корпуса 3. На входе в нижнюю полуцилиндрическую полость 31 поворотной проточной камеры теплоносителя образован полукольцевой входной коллектор 33, сообщающийся с подводящим патрубком 34. На выходе из верхней полуцилиндрической полости 32 образован полукольцевой выходной коллектор 35, сообщающийся с патрубком 27 отвода нагретого теплоносителя (Фиг.3). Смежные полости 31 и 32 образованы двумя диаметрально установленными на обеих сторонах теплопередающей стенки 21 горизонтальными смежными перегородками 36, примыкающими к корпусу 3 и крышке 4 (Фиг.4). Нагревательные элементы 11 образованы продольными гофрами 24, выполненными на теплопередающей стенке 21, расположенной с зазором а относительно корпуса 3 теплообменника 1, вершины которых направлены в топочную камеру 5 и расположены относительно периферии жаровой трубы 17 горелки 2 с зазором b, образуя продольные проточные каналы 25 теплоносителя, и продольные газоходы 28, сообщающиеся на входе с поворотной камерой 23 топочных газов, а на выходе с коллектором 29 дымовых газов, связанным с дымовой трубой 30, с возможностью обдувания вершин гофр 24 и теплопередающей стенки 21 топочными газами, а также обмывания впадин гофр 24 и теплопередающей стенки 21 теплоносителем.

Работа подогревателя системы отопления по первому варианту исполнения осуществляется следующим образом.

После заполнения системы отопления теплоносителем, например водой, включают в работу компрессор 18, который нагнетаемым воздухом продувает все полости подогревателя, начиная из камеры 20 первоначального завихрения воздуха лопаточным колесом 19 в горелке 2 с последующим продуванием форкамеры 13, камеры 14 сгорания топливно-воздушной смеси, жаровой трубы 17, с переходом в поворотную камеру 23 топочных газов, газоходы 28 и выходной коллектор 29 дымовых газов топочной камеры 5 с выходом в дымовую трубу 30 теплообменника 1, затем включают запальник 12 и подают по трубопроводу жидкое топливо в горелку 2. Испарившееся топливо перемешивается в форкамере 13 с закрученным потоком воздуха, в которой образовавшиеся испарения топлива воспламеняются посредством факела от запальника 12 и переходят через отверстие 15 в смежной стенке 16 в камеру 14 сгорания для большего обогащения воздухом и сгорания топливно-воздушной смеси. После этого пламя перемещается в жаровую трубу 17, в которой происходит полное дожигание остатков топливно-воздушной смеси. Образовавшиеся в процессе работы вихревой горелки 2 горячие топочные газы перемещаются из жаровой трубы 17 в топочную камеру 5 теплообменника 1. Пройдя последовательно поворотную камеру 23 топочных газов, газоходы 28 и коллектор 29 дымовых газов в дымовую трубу 30, горячие топочные газы нагревают теплопередающую стенку 21 с нагревательными элементами 11. Нагреваемый теплоноситель по подводящему патрубку 10 подается в коллектор 23, затем поступает непосредственно в продольные проточные каналы 25 с нагревательными элементами 11 проточной камеры 5, в которых теплоноситель нагревается путем обдувания впадин гофров 24 топочными газами со стороны продольных газоходов 28 топочной камеры 5 и обмывания теплоносителем со стороны продольных проточных каналов 25 проточной камеры 7, затем, пройдя кольцевой коллектор 26 проточной камеры 7, нагретый теплоноситель через отводящий патрубок 27 поступает к потребителю.

Подогреватель системы отопления по второму варианту исполнения работает следующим образом.

После заполнения системы отопления теплоносителем включают горелку 2. Теплоноситель поступает по подводящему патрубку 34 в полукольцевой входной коллектор 33, затем в нижнюю полуцилиндрическую полость 31 поворотной проточной камеры, в которой теплоноситель предварительно нагревается от теплопередающей стенки 21 с нагревательными элементами 11 путем обмывания впадин гофров 24 теплоносителем со стороны продольных проточных каналов 25 в нижней полуцилиндрической полости 31. Топочные газы, образующиеся в процессе работы вихревой горелки 2, нагревают теплоноситель, проходя последовательно поворотную камеру 23 топочных газов, продольные газоходы 28 топочной камеры 5, образованные внутренней поверхностью впадин теплопередающей стенки 21, и коллектор 29 дымовых газов, связанный с дымовой трубой 30. Таким образом осуществляется предварительный нагрев теплоносителя. Затем поток теплоносителя, предварительно нагретый в нижней полуцилиндрической полости 31, перемещается через коллектор 8 поворота потока теплоносителя между торцовыми стенками топочной камеры 6 и корпуса 3 в верхнюю полуцилиндрическую полость 32 поворотной проточной камеры, затем через полукольцевой выходной коллектор 35 в патрубок 27 отвода нагретого теплоносителя. При прохождении теплоносителя по верхней полуцилиндрической полости 32, аналогично прохождению теплоносителя через нижнюю полуцилиндрическую полость 31, происходит окончательный нагрев теплоносителя, в результате которого значительно возрастает эффективность теплопередачи.

Предложенные варианты исполнения подогревателя системы отопления значительно повышают эффективность теплообмена, уменьшают массу и упрощают конструкцию подогревателя.

1. Подогреватель системы отопления, содержащий горелку и теплообменник, последний состоит из корпуса с крышкой, а в центральной части крышки закреплена горелка, размещенные в корпусе топочную камеру, ограниченную с одной стороны торцовой стенкой, поворотную камеру топочных газов, газоходы, сообщающиеся входами с поворотной камерой топочных газов, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, проточную камеру теплоносителя, сообщающуюся с входным коллектором, размещенным между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса и соединенным с патрубком подвода теплоносителя, теплопередающую стенку и установленные с зазором нагревательные элементы, отличающийся тем, что горелка, содержащая запальник, установленный над форкамерой, связанной с камерой сгорания топливно-воздушной смеси через отверстие в смежной стенке, последовательно сообщающиеся с жаровой трубой, примкнута к крышке корпуса теплообменника, а в центральной части крышки расположена жаровая труба горелки, установленная в топочной камере теплообменника концентрично теплопередающей стенке, образующая в промежутке между свободным торцом жаровой трубы и торцовой стенкой топочной камеры поворотную камеру топочных газов, причем нагревательные элементы выполнены на теплопередающей стенке, образующие на периферии жаровой трубы продольные газоходы, и/или с корпусом теплообменника - проточные каналы, образующие прямоточную камеру теплоносителя, а на выходе проточных каналов образован кольцевой коллектор, связанный с патрубком отвода теплоносителя.

2. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что нагревательные элементы образованы продольными гофрами на теплопередающей стенке с возможностью обдувания впадин топочными газами со стороны жаровой трубы и обмывания теплоносителем с противоположной стороны, для чего вершины гофр расположены с зазором в топочной камере относительно периферии жаровой трубы горелки, образуя продольные газоходы, и/или в проточной камере относительно корпуса теплообменника, образуя продольные проточные каналы теплоносителя.

3. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что горелка содержит компрессор подачи воздуха с лопаточным колесом в камере первоначального завихрения воздуха.

4. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что горелка содержит тангенциальный патрубок подачи воздуха от внешней системы в камеру первоначального завихрения воздуха.

5. Подогреватель системы отопления, содержащий горелку и теплообменник, последний состоит из корпуса с крышкой, в центральной части крышки закреплена горелка, размещенные в корпусе топочную камеру, ограниченную с одной стороны торцовой стенкой, поворотную камеру топочных газов, газоходы, сообщающиеся входами с поворотной камерой топочных газов, а выходами - с коллектором дымовых газов, связанным с дымовой трубой, поворотную проточную камеру теплоносителя, сообщающуюся с коллектором, размещенным между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса и соединенным с патрубком подвода теплоносителя, теплопередающую стенку и установленные с зазором нагревательные элементы, отличающийся тем, что горелка, содержащая запальник, установленный над форкамерой, связанной с камерой сгорания топливно-воздушной смеси через отверстие в смежной стенке, последовательно сообщающиеся с жаровой трубой, примкнута к крышке корпуса теплообменника, а в центральной части крышки расположена жаровая труба горелки, установленная в топочной камере теплообменника концентрично теплопередающей стенке, образующая в промежутке между свободным торцом жаровой трубы и торцовой стенкой топочной камеры поворотную камеру топочных газов, причем нагревательные элементы выполнены на теплопередающей стенке, образующие на периферии жаровой трубы продольные газоходы, и/или с корпусом теплообменника - проточные каналы поворотной проточной камеры теплоносителя, состоящей из двух смежных полуцилиндрических прямоточных полостей, образованных двумя диаметрально установленными на обеих сторонах теплопередающей стенки горизонтальными перегородками, примыкающими к корпусу и крышке, сообщающихся между собой через коллектор, размещенный между торцовыми стенками топочной камеры и корпуса, а патрубок подвода теплоносителя соединен с входным полукольцевым коллектором, образованным в нижней полуцилиндрической полости поворотной проточной камеры на уровне выходного полукольцевого коллектора, образованного в верхней полуцилиндрической полости поворотной проточной камеры, соединенного с патрубком отвода нагретого теплоносителя.

6. Подогреватель по п.5, отличающийся тем, что нагревательные элементы образованы продольными гофрами на теплопередающей стенке с возможностью обдувания впадин топочными газами со стороны жаровой трубы и обмывания теплоносителем с противоположной стороны, для чего вершины гофр расположены с зазором в топочной камере относительно периферии жаровой трубы горелки, образуя продольные газоходы, и/или в проточной камере относительно корпуса теплообменника, образуя продольные проточные каналы теплоносителя.

7. Подогреватель по п.5, отличающийся тем, что горелка содержит компрессор подачи воздуха с лопаточным колесом в камере первоначального завихрения воздуха.

8. Подогреватель по 5, отличающийся тем, что горелка содержит тангенциальный патрубок подачи воздуха от внешней системы в камеру первоначального завихрения воздуха.