Установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения

Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Установка содержит корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник, в верхней и нижней частях которого выполнены осесимметричные выступы для прохода теплоносителя. Теплообменник выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа. Каждая пластинчатая секция выполнена из пары профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичных каналов для прохода теплоносителя. Каждая пара пластинчатых секций скреплена между собой так, что образует герметичные каналы для прохождения горячего газа. Герметичные каналы для прохода теплоносителя пластичных секций выполнены вертикальными и горизонтальными. Крайние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с обеспечением исключения вытекания потока горячего газа и затекания воздуха в теплообменник. Средние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в нижней части. Герметичный горизонтальный верхний канал выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника и обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам. Герметичный горизонтальный нижний канал выполнен в нижней части пластинчатой секции теплообменника, соединенной с камерой сгорания газового генератора тепла, и выполняет роль сборного коллектора всех ее герметичных вертикальных каналов. Верхний горизонтальный герметичный канал имеет максимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу, а нижний горизонтальный герметичный канал имеет минимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу. Изобретение обеспечивает повышении надежности работы и упрощение конструкции и технологичности установки. 5 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике малой мощности и может быть использовано для децентрализованного отопления и/или горячего водоснабжения жилых зданий и помещений производственного назначения.

Известно, что совершенствование установок для водяного отопления и горячего водоснабжения, работающих на газовом топливе, направлено на повышение их к.п.д. и увеличение полноты сгорания в них газовоздушной смеси.

Известна конструкция установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая газовый генератор тепла, сообщенный с дымовой трубой посредством корпуса-газохода, в котором последовательно по ходу движения теплового потока установлены начальный теплообменник, средний теплообменник, конденсатосборник и конечный теплообменник. Все теплообменники выполнены в виде пакета секций, расположенных вдоль потока нагретого газа с зазором между соседними секциями, и выполнены с каналами для прокачки циркулирующего потока нагреваемой жидкости, входы и выходы которых соединены соответствующими коллекторами пакетов (см. пат. РФ № 2018771, F24D 3/08, 30.08.1994).

Известная установка осуществляет нагрев теплоносителя, но не обеспечивает требуемых технико-экономических показателей и надежности при эксплуатации из-за сложности конструкции и трудоемкости при изготовлении.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник с пакетом пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа и выполненных из профилированных металлических листов. Листы скреплены между собой с образованием герметичного зигзагообразного канала для прохода теплоносителя. Между газовым коллектором и камерой сгорания в плоскости, перпендикулярной потоку газовоздушной смеси, размещен сопловой блок из элементов трубчатой формы с определенным шагом и зазором между собой, в верхней части которых выполнены сквозные продольные пазы, а торцы или один торец элементов расположены с возможностью забора наружного воздуха. Между пластинчатыми секциями установлены перегородки, в которых выполнены окна с турбулизаторами. Теплообменник снабжен вертикальными газоводами прямоугольного сечения со свободными или частично перекрытыми торцами. Канал для прохождения горячего газа образован пластинчатыми секциями теплообменника и вертикальными газоводами (см. пат. РФ № 2226656, F24H 1/00, 22.08.2002).

Недостатками известной установки являются технологическая сложность ее изготовления и большая металлоемкость, а также высокое гидравлическое сопротивление в теплообменнике ввиду большой протяженности его гидравлического тракта, а также наличие турбулизаторов, необходимость в воздушном охлаждении боковых каналов, герметизирующих теплообменник по нагретому газу с боков, псевдопротивоток.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности работы, упрощение конструкции и технологичности установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в установке для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащей корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник, в верхней и нижней частях которого выполнены осесимметричные коллекторы для прохода теплоносителя, теплообменник выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа, каждая пластинчатая секция выполнена из пары профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичных каналов для прохода теплоносителя, а каждая пара пластинчатых секций скреплена между собой так, что образует герметичные каналы для прохождения горячего газа, согласно изобретению герметичные каналы для прохода теплоносителя в пластинчатых секциях выполнены вертикальными и горизонтальными, причем крайние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с обеспечением исключения вытекания потока горячего газа и затекания воздуха в теплообменник, а средние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в нижней части и максимальным сечением в верхней части, герметичный горизонтальный верхний канал выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника и обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам, а герметичный горизонтальный нижний канал выполнен в нижней части пластинчатой секции теплообменника, соединенной с камерой сгорания газового генератора тепла, и выполняет роль сборного коллектора всех ее герметичных вертикальных каналов, при этом верхний горизонтальный герметичный канал имеет максимальное проходное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу в верхней части теплообменника, а нижний горизонтальный герметичный канал имеет минимальное проходное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу в нижней части теплообменника.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, на фиг.2 - секция теплообменника, на фиг.3 - теплообменник в разрезе, фиг.4-5 - сечения соответственно А-А и В-В секции теплообменника.

Предлагаемая установка содержит корпус 1, в котором размещены газовый генератор тепла 2 и теплообменник 3, выполненный в виде пакета пластинчатых секций 4, расположенных вдоль движения теплового потока в корпусе 1. Каждая секция 4 состоит из двух профилированных металлических листов 5, герметично соединенных между собой с образованием вертикальных каналов 6 для прохода теплоносителя. Каждая пара пластинчатых секций 4 скреплена между собой так, что образует герметичные каналы h для прохождения горячего газа. В профилированных металлических листах 5, образующих каждую секцию 4 теплообменника 3, в верхней и нижней частях выполнены осесимметричные выступы 7 с отверстием d для прохода теплоносителя. Кроме того, каждая пластинчатая секция 4 теплообменника 3 имеет крайние вертикальные каналы 8 для прохода теплоносителя, закрывающие доступ воздуха в теплообменник 3 с боков, исключающие вытекание потока нагретого газа и затекание воздуха в теплообменник из боковых поверхностей теплообменника. Средние герметичные вертикальные каналы 6 для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в нижней части. Образованные пластинчатыми секциями 4 теплообменника 3 каналы h для прохождения через теплообменник горячего газа получаются также с переменным сечением по высоте с соответственно с максимальным сечением в нижней части. Верхний горизонтальный герметичный канал 9 имеет максимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу, а нижний горизонтальный герметичный канал 10 имеет минимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу.

Герметичный горизонтальный верхний канал 9 выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника, обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам 6 и выполняет роль экономайзера.

Герметичный горизонтальный нижний канал 10 выполнен в нижней части пластинчатой секции 4 теплообменника 3, соединенной с камерой сгорания 2, и выполняет роль сборного коллектора всех герметичных вертикальных каналов.

Нижний горизонтальный герметичный канал 10 обеспечивает перемешивание теплоносителя за счет малого проходного сечения и соответственно большей скорости потока теплоносителя и, таким образом, за счет хорошего съема тепла предотвращает местное закипание теплоносителя на нижней кромке секции 4, защищая нижнюю кромку секции 4 от разрушения.

Выполнение вертикальных герметичных средних каналов 6 секции 4 с переменным сечением по высоте, с минимальным сечением по теплоносителю в нижней части и с максимальным сечением по теплоносителю в верхней части обеспечивает получение каналов h с максимальной площадью проходного сечения в нижней части для прохождения горячих газов, поступающих из камеры сгорания в теплообменник. Каналы в верхней части теплообменника для остывшего газа получаются минимальными, но достаточными для последующего выхода остывших в теплообменнике 3 газов из него.

Сужение по высоте вертикальных каналов h по газовому тракту теплообменника при уменьшении температуры газового потока в результате теплообмена с теплоносителем обеспечивает поддержание по всей высоте теплообменника 4 скорости газа и турбулизацию пограничного слоя газового потока и, как следствие, обеспечивает хороший теплообмен по всей высоте теплообменника 4.

Горизонтальный канал 9 расположен в верхней части секции 4, выполняет роль раздающего коллектора для теплоносителя и экономайзера и обеспечивает равномерную, низкую температуру газового потока на выходе из теплообменника 3. Горизонтальный канал 9 имеет максимальное сечение по теплоносителю. Высота горизонтального канала определяется исходя из требований к.п.д. теплогенератора.

Установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения работает следующим образом.

Горючий газ, находящийся под избыточным давлением, подают из системы газоснабжения в газовый коллектор газового генератора тепла 2, установленного в корпусе 1, затем через форсунки - в коллектор с инжектированием окружающего воздуха. Полученная газовоздушная смесь перемешивается в коллекторе, проходит в камеру сгорания, где и осуществляется процесс сгорания. Далее продукты сгорания подают в теплообменник 3, где происходит обмен тепловой энергией между продуктами сгорания и теплоносителем. Теплоноситель подают от тепловой нагрузки через верхнее отверстие d в выступе 7 по горизонтальному герметичному верхнему каналу 9 и далее по герметичным вертикальным каналам 6 и 8 пластинчатых секций 4, образованных профилированными металлическими листами 5, и по нижнему горизонтальному герметичному каналу 10 - к нижнему отверстию d в выступе 7 на выход из теплообменника 3 к тепловой нагрузке. Причем продукты сгорания поднимаются по каналам h вдоль пластинчатых секций 4, где происходит их более полное догорание, а также передача тепла пластинчатым секциям 4 и далее теплоносителю, а затем продукты сгорания, охлажденные в теплообменнике 3, установленном в корпусе 1, поступают в вытяжную систему.

Переменная ширина каналов h по протоку нагретого газа приводит к переменной суммарной площади для протока нагретого газа. Это в свою очередь при охлаждении газового потока позволяет увеличить скорость потока газа, его перемешивание и соответственно теплообмен без применения дополнительных турбулизирующих устройств, снижает металлоемкость, увеличивает надежность и улучшает шумовые характеристики.

Применение герметичных крайних вертикальных каналов 8 уменьшает тепловые потери, увеличивает к.п.д. и надежность устройства.

Средние вертикальные герметичные каналы 6 позволяют реализовать наиболее оптимальный режим теплообмена противотоком, увеличить удельный теплосъем, соответственно уменьшить металлоемкость устройства при заданных параметрах к.п.д. и уменьшить гидравлическое сопротивление по теплоносителю.

Выполнение установки для водяного отопления и/или горячего водоснабжения в соответствии с изобретением позволяет повысить эксплуатационные и технико-экономические характеристики установки, технологичность изготовления, снизить металлоемкость и упростить конструкцию, что обеспечивает достижение положительного эффекта, состоящего в создании скоростной теплогенерирующей установки мощностью до 200 кВт с к.п.д. до 99% по высшей теплоте сгорания, а также обеспечить ее безопасное и надежное функционирование.

Эксплуатационные характеристики такой установки улучшаются в 1,2-1,3 раза, а технико-экономические характеристики повышаются в 1,05-1,1 раза.

Изобретение может быть использовано для децентрализованного отопления и/или горячего водоснабжения жилых зданий и помещений производственного назначения.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов установки, выполненных в соответствии с изобретением.

Установка для водяного отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая корпус, газовый генератор тепла с газовым коллектором и камерой сгорания и теплообменник, в верхней и нижней частях которого выполнены осесимметричные выступы для прохода теплоносителя, теплообменник выполнен в виде пакета пластинчатых секций, установленных вдоль потока нагретого газа, каждая пластинчатая секция выполнена из пары профилированных металлических листов, скрепленных между собой с образованием герметичных каналов для прохода теплоносителя, а каждая пара пластинчатых секций скреплена между собой так, что образует герметичные каналы для прохождения горячего газа, отличающаяся тем, что герметичные каналы для прохода теплоносителя пластичных секций выполнены вертикальными и горизонтальными, причем крайние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с обеспечением исключения вытекания потока горячего газа и затекания воздуха в теплообменник, а средние герметичные вертикальные каналы для прохода теплоносителя выполнены с переменным по высоте сечением с минимальным сечением в его нижней части и максимальным сечением в его верхней части, герметичный горизонтальный верхний канал выполнен в верхней части пластинчатой секции теплообменника и обеспечивает раздачу теплоносителя по вертикальным герметичным каналам, а герметичный горизонтальный нижний канал выполнен в нижней части пластинчатой секции теплообменника, соединенной с камерой сгорания газового генератора тепла и выполняет роль сборного коллектора всех ее герметичных вертикальных каналов, при этом верхний горизонтальный герметичный канал имеет максимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает минимальное сечение по газу в верхней части теплообменника, а нижний горизонтальный герметичный канал имеет минимальное сечение по теплоносителю и соответственно обеспечивает максимальное сечение по газу в нижней части теплообменника.