Электрический водогрейный двухконтурный котел

 

Изобретение предназначено для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды. Технический результат - повышение КПД котла путем повышения эффективности теплообмена. Последнее обеспечивается за счет выполнения котла с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя, для чего в контуре промежуточного теплоносителя предусмотрены дополнительный соединительный патрубок и две дополнительные теплообменные камеры, обеспечивающие наиболее полную отдачу тепла промежуточным теплоносителем. Кроме этого, эффективность теплообмена повышается также за счет применения в качестве промежуточного теплоносителя жидкого высококипящего диэлектрика. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды.

Известен электрический водогрейный котел электропроводной жидкости, включающий корпус цилиндрической формы, входной и выходной патрубки контура нагреваемой жидкости и электроды пластинчатой формы.

Для повышения КПД котла в качестве нагреваемой жидкости используют воду с повышенной электропроводимостью, например, за счет обработки ее солями тринатрийфосфата (см., например, А.С. SU, N 1737765, H 05 B 3/60, 1992).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного котла, относится то, что в известном котле для повышения КПД необходимо осуществлять непрерывный контроль за удельным электрическим сопротивлением сетевой воды и поддерживать его на требуемом уровне (1 - 3 тыс. Ом · см) путем добавления в воду либо тринатрийфосфатной соли, либо дистиллированной воды.

Учитывая то обстоятельство, что технологически весьма сложно осуществлять непрерывный контроль за удельным сопротивлением воды, на практике стабилизацию сопротивления осуществляют не непрерывно, а только по факту уменьшения мощности котла на 10%. Последнее обстоятельство приводит к снижению КПД котла.

Известен электрический водогрейный котел, включающий корпус с крышкой, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточной теплоноситель в виде керамики, нефти или раствора солей, и теплообменные секции контура нагреваемой воды (см., например, патент Великобритании N 1279668, кл. F 24 H 7/00, опубл. 1972).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, т. е. повышению КПД, при использовании известного котла относится то, что в известном котле промежуточный теплоноситель находится в стационарном состоянии, вследствие чего не может быть обеспечен эффективный теплообмен между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой. Кроме этого, в известном котле конструкция теплообменных труб по отношению к промежуточному теплоносителю имеет проходной характер, что также не способствует наиболее полному теплообмену между теплоносителем и нагреваемой средой. Не способствует эффективному теплообмену и тот факт, что используемые в этом известном котле в качестве промежуточного теплоносителя материалы имеют низкие теплофизические характеристики и низкие допустимые рабочие температуры. Указанные причины не позволяют получить относительно высокий КПД известного котла.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электрический водогрейный двухконтурный котел, включающий корпус с крышкой и основанием, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточный химически инертный теплоноситель и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, входной и выходной патрубки контура нагреваемой воды, а также входной и выходной патрубки контура промежуточного теплоносителя, соединенные соответственно с основанием и крышкой котла (см., например, патент РФ N 2037106, кл. F 24 H 1/20, 1995).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного котла, принятого за прототип, относится то, что в известном котле в качестве промежуточного теплоносителя использован парафин. Последнее обстоятельство обусловило наличие в известном котле лопастного активатора, предназначенного для обеспечения принудительной циркуляции парафина вдоль теплообменных труб. Снижение КПД в этом известном котле обусловлено дополнительным расходом электрической энергии, требуемой для работы лопастного активатора, а также недостаточной эффективностью теплообмена при использовании принудительной циркуляции. Кроме этого, в известном котле нагрев промежуточного теплоносителя (парафина) и отдача тепла, обусловленная перемещением парафина вдоль теплообменных труб, конструктивно осуществляются в разных местах котла. Это обстоятельство также существенно снижает эффективность теплообмена между парафином и нагреваемой средой, а следовательно, приводит к снижению КПД котла.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Известные электрические двухконтурные водогрейные котлы не обеспечивают высокий КПД, поскольку используют в качестве промежуточного теплоносителя вещество, позволяющее осуществлять теплообмен только при наличии принудительной циркуляции. Кроме этого, теплообмен в этих котлах между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой конструктивно осуществляется либо только в общей с тепловыми нагревателями камере, либо только отдельно.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД электрического водогрейного двухконтурного котла.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в электрическом водогрейном двухконтурном котле, включающем корпус с крышкой и основанием, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточный химически инертный теплоноситель и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, входной и выходной патрубки контура нагреваемой воды, а также входной и выходной патрубки контура промежуточного теплоносителя, соединенные соответственно с основанием и крышкой котла, особенность заключается в том, что входной и выходной патрубки в контуре промежуточного теплоносителя соединены между собой снаружи корпуса дополнительным соединительным патрубком, а в контуре нагреваемой воды между крышкой и корпусом котла и между основанием и корпусом котла дополнительно предусмотрены две теплообменные камеры, соединенные между собой по воде упомянутыми теплообменными секциями и подсоединенные соответственно к выходному и входному патрубкам контура нагреваемой воды, при этом внутри теплообменных камер предусмотрены проходные отверстия, направленные вдоль корпуса котла, обеспечивающие замкнутый контур промежуточного теплоносителя.

Кроме этого, особенность заключается в том, что в качестве промежуточного теплоносителя может быть использован жидкий высококипящий диэлектрик.

Отличительными признаками, характеризующими изобретение, являются наличие дополнительного соединительного патрубка для обеспечения естественной циркуляции промежуточного теплоносителя, наличие двух дополнительных теплообменных камер для обеспечения дополнительного теплообмена между промежуточным теплоносителем и нагреваемой средой, использование в качестве теплоносителя жидкого высококипящего диэлектрика.

При исследовании отличительных признаков описываемого электрического водогрейного двухконтурного котла не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции электрического двухконтурного котла одновременно с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя, с повышенной теплоотдачей, обеспечиваемой в процессе циркуляции промежуточного теплоносителя, с высокой температурой нагрева промежуточного теплоносителя, что, вместе взятое, за счет высокоэффективного теплообмена позволяет значительно повысить тепловое напряжение котла, а следовательно, получить высокий КПД.

На чертеже изображен электрический водогрейный двухконтурный котел, вид сбоку.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в том, что электрический двухконтурный водогрейный котел включает корпус 1 с крышкой 2 и основанием 3, размещенные внутри корпуса 1 электрические нагреватели 4, промежуточный теплоноситель 5, например трансформаторное масло, неонол ТУ 38.103625-87, трубчатые теплообменные секции 6, теплообменные камеры 7, 8 с проходными отверстиями 9, входной 10 и выходной 11 патрубки контура нагреваемой воды, входной 12, соединительный 13 и выходной 14 патрубки контура промежуточного теплоносителя.

Электрический двухконтурный водогрейный котел работает следующим образом.

При подключении электрических нагревателей 4 к электрической сети в корпусе 1 котла начинается процесс нагрева промежуточного теплоносителя 5 и одновременно начинает нагреваться сетевая вода, находящаяся в трубчатом теплообменнике 6. Нагрев сетевой воды обусловлен тем, что конструктивно теплообменные секции 6, размещенные внутри корпуса 1, непосредственно погружены в промежуточный теплоноситель 5. По мере нагрева теплоноситель и вода начинают перемещаться в верхнюю часть корпуса 1 котла и попадают в теплообменную камеру 7, в которой нагретая вода, вытекающая из теплообменных труб 6, перемешивается и дополнительно подогревается. Причем дополнительный подогрев сетевой воды происходит без дополнительного расхода электрической энергии за счет тепла, отдаваемого промежуточным теплоносителем 5, протекающим по проходным отверстиям камеры 7. Из камеры 7 горячая вода через выходной патрубок 11 поступает в отопительную сеть, а промежуточный теплоноситель 5 через выходной патрубок 14, соединительный патрубок 13 и входной патрубок 12 за счет естественной циркуляции поступает в основание 3 котла и далее в теплообменную камеру 8. Протекая по проходным отверстиям 9 теплообменной камеры 8, промежуточный теплоноситель еще раз дополнительно охлаждается, отдавая тем самым наиболее полно тепловую энергию сетевой воде, поступающей в камеру 8 через патрубок 10, и перемещается в нижнюю часть корпуса 1 котла. В корпусе 1 промежуточный теплоноситель 5 повторно интенсивно нагревается и цикл повторяется.

Таким образом, выше изложенные сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды.

При этом применение заявляемой конструкции электрического котла позволяет обеспечить нагрев воды для целей горячего водоснабжения от 5 до 65^oC, для нужд отопления от 70 и 95^oC.

Наличие в предлагаемом котле замкнутого контура с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя позволяет повысить эффективность теплообмена.

Применение в заявленном электрическом водогрейном двухконтурном котле двух дополнительных теплообменных камер с проходными отверстиями для циркуляции промежуточного теплоносителя обеспечивает более полную отдачу тепла промежуточным теплоносителем без дополнительных затрат электрической энергии.

Использование в изобретении химически неактивного жидкого теплоносителя с высокой температурой кипения, например трансформаторного масла с рабочей температурой порядка 125^oC или неонола с рабочей температурой порядка 245^oC, обеспечивает возможность выполнения котла с естественной циркуляцией промежуточного теплоносителя, а также высокоэффективным теплообменном.

Рассмотренные отличительные признаки позволяют существенно повысить тепловое напряжение котла, т.е. в меньшем объеме аккумулировать большую тепловую энергию, и обеспечивают тем самым требуемый технический результат.

В результате сравнительного анализа основных характеристик заявляемого электрического котла и известных котлов такого же назначения очевидно, что предлагаемый котел имеет по сравнению с известными котлами следующие преимущества. В нем исключается необходимость в химической подготовке воды, нагреваемая вода используется для более широких нужд, исключается коррозия котла, электрическая мощность в процессе эксплуатации остается неизменной, уменьшены массогабаритные показатели конструкции на единицу мощности. Важно отметить также, что при использовании в качестве промежуточного теплоносителя жидкого диэлектрика тепловые нагреватели могут быть выполнены из полосы электротехнической стали, что позволит обеспечить в этом случае непосредственное контактирование между нагревателями и промежуточным теплоносителем.

Из сказанного следует, что предлагаемый электрический водогрейный двухконтурный котел, выполненный с дополнительным соединительным патрубком, с двумя дополнительными теплообменными камерами, с использованием жидкого высококипящего теплоносителя, позволяет получить высокий КПД и может быть применен как для нужд отопления, так и для целей горячего водоснабжения.

Формула изобретения

1. Электрический водогрейный двухконтурный котел, включающий корпус с крышкой и основанием, размещенные внутри корпуса электрические нагреватели, промежуточный химически инертный теплоноситель и теплообменные секции замкнутого контура нагреваемой воды, входной и выходной патрубки контура нагреваемой воды, а также входной и выходной патрубки контура промежуточного теплоносителя, соединенные соответственно с основанием и крышкой котла, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки в контуре промежуточного теплоносителя соединены между собой снаружи корпуса дополнительным соединительным патрубком, а в контуре нагреваемой воды между крышкой и корпусом котла и между основанием и корпусом котла дополнительно предусмотрены две теплообменные камеры, соединенные между собой по воде упомянутыми теплообменными секциями и подсоединенные соответственно к выходному и входному патрубкам контура нагреваемой воды, при этом внутри теплообменных камер предусмотрены проходные отверстия, направленные вдоль корпуса котла, обеспечивающие замкнутый контур промежуточного теплоносителя.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что в качестве промежуточного теплоносителя использован жидкий высококипящий диэлектрик.

РИСУНКИ

Рисунок 1