Контактный водонагреватель
Изобретение предназначено для нагрева воды и может быть использовано в теплоэнергетике. Контактный водонагреватель содержит горелку с окружающей ее водяной рубашкой и устройством подачи топлива, емкость, условно разделенную на жидкостную и газовую полости, где последняя снабжена перегородками с образованием камер, сообщенных с дымовой трубой, и утилизатор теплоты уходящих газов. Устройство подачи топлива выполнено для подачи смеси водного раствора электролита и топлива через форсунку с кавитатором в горелку, выполненную в виде электродов-катализаторов вольтовой дуги, которые выполнены с возможностью зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в горелке. Изобретение обеспечивает повышение экономической и экологической эффективности. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для автономного снабжения горячей водой и отоплением рассредоточенных жилых и производственных объектов.
Известен контактный водонагреватель М.С.Живова, содержащий горелку с эжектором, присасывающим воду из окружающей водяной рубашки и подающим ее в сопло, где происходит контактный теплообмен, и газоход с утилизатором теплоты уходящих газов холодной или обратной водой, которой затем подпитывают водяную рубашку горелки.
[А.с. СССР №142749, F24Н 1/44, 1961 г.]
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, большие массо-габаритные размеры и непредназначенность водонагревателя для автономного теплоснабжения рассредоточенных мелких объектов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является контактный водонагреватель, содержащий горелку с окружающей ее водяной рубашкой и устройством подачи топлива, емкость, разделенную на жидкостную и газовую полости, где последняя снабжена направляющими перегородками с образованием камер, сообщенных с газоходом. Газоход снабжен утилизатором теплоты уходящих газов, который в системе теплоснабжения сообщен с потребителем и водяной рубашкой горелки.
[Патент РФ №2183800, F24H 1/10, 20.06.2002 г.]
Недостатком ближайшего аналога является использование в работе нефтяного топлива, что дорого и экологически опасно.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении экономической и экологической эффективности контактного водонагревателя.
Поставленная задача решается тем, что в контактном водонагревателе, содержащем горелку с окружающей ее водяной рубашкой и устройством подачи топлива, емкость, условно разделенную на жидкостную и газовую полости, где последняя снабжена перегородками с образованием камер, сообщенных с дымовой трубой, и утилизатор теплоты уходящих газов. Устройство подачи топлива выполнено с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, через форсунку с кавитатором, например местное сужение канала форсунки, в горелку. Горелка выполнена в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного электрического тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси установлены в горелке. При этом один из электродов вольтовой дуги может быть выполнен подвижным, например катод выполнен перемещаемым электромагнитом при зажигании вольтовой дуги, другой - анод - выполнен соплом. Утилизатор теплоты уходящих газов может быть выполнен с возможностью параллельного распыления, например, через простой распылитель обратной и подпиточной воды в камеры газовой полости емкости и в водяную рубашку горелки. А электроды вольтовой дуги при этом могут быть выполнены с каталитическими свойствами, например напыленными платиновой чернью.
Сущность изобретения схематично показана на чертеже.
Пример выполнения предлагаемого решения.
Контактный водонагреватель содержит форсунку 1 с кавитатором /не показано/ для подачи и распыления смеси водного раствора электролита и топлива, например спирта, в горелку 2, выполненную в виде электродов 3 - катод и 4 - анод вольтовой /электрической/ дуги, напыленных катализатором. При этом один из электродов - катод - выполнен подвижным, например перемещаемым электромагнитом 5 при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен соплом, а сама горелка снабжена окружающей ее водяной рубашкой 6 с соплом 7. Емкость 8, условно разделенную на жидкостную 9 и газовую 10 полости, где последняя снабжена перегородками 11 с образованием камер 12, сообщенных с дымовой трубой 13. Утилизатор теплоты уходящих газов выполнен с возможностью параллельного распыления обратной от потребителя 14 и подпиточной воды через распылитель 15 в камеры газовой полости емкости и распылитель 16 в водяную рубашку горелки. Контрольно-измерительные приборы /КИП/, регулирующие рабочие параметры в емкости и в горелке, на чертеже не показаны.
Контактный водонагреватель работает следующим образом.
Для пуска водонагревателя в работу обратную от потребителя 14 и подпиточную воду через распылители 16 и 15 сответственно подают в водяную рубашку 6 горелки 2 и в емкость 8. Затем на электроды-катализаторы 3 и 4 вольтовой /электрической/ дуги подают постоянный электрический ток и включением электромагнита 5 производят кратковременное касание концом катода 3 к аноду 4 и зажигают вольтовую дугу. После чего через форсунку 1 с кавитатором и под контролем КИП в горелку 2, где уже горит вольтовая дуга, подают и распыляют смесь электролита, например водного раствора едкого калия, и топлива, например метилового спирта. В кавитаторе форсунки 1 смесь благодаря кавитации частично диссоциирует, ионизируется и ее капельки тончайше распыливаются. Затем смесь, охлаждая электроды-катализаторы 3 и 4, превращается в пар и за счет протекания постоянного тока через электролит еще диссоциирует и ионизируется, реакция диссоциации при этом ускоряется наличием катализатора. После этого смесь уже с избыточным давлением поступает в зону горения вольтовой дуги и под ее воздействием окончательно диссоциируется, ионизируется, воспламеняется и, превращаясь в плазму, также с избыточным давлением и уже с температурой порядка 6000°С выходит из сопла анода 4. Обратная подпиточная вода, подаваемая распылителем 16 в водяную рубашку 6 горелки 2, охлаждает ее стенки и затем эта вода подсасывается в сопло 7 водяной рубашки 6, выходящей из сопла анода 4 струей плазмы, где и происходит контактный теплообмен. Нагретая таким образом вода собирается в жидкостной полости 9 емкости 8 и отсюда подается потребителю 14. Продукты сгорания смеси еще с достаточно высокой температурой, поступающие в емкость 8 по камерам 12, образованным перегородками 11 в газовой ее полости 10, меняя направление, скорость и свое давление в этих камерах 12, перемещаются в сторону дымовой трубы 13. При этом при движении горячих газов по камерам 12 газовой полости 10 вниз они контактируют с жидкостью жидкостной полости 9 и отдают ей свою теплоту, а при движении вверх газы орашаются обратной и подпиточной водой из распылителей 15, где также происходит контактный теплообмен, чем и обусловлена высокая эффективность устройства в работе. Затем охлажденные и экологически чистые газы поступают в дымовую трубу 13 и выкидываются в окружающую среду. Для остановки водонагревателя прекращают подачу постоянного тока на электроды и тушат вольтовую дугу и затем отключают подачу воды в рубашку горелки 2.
Предлагаемый контактный водонагреватель в изготовлении прост, недорог, в эксплуатации высокоэкономичен и экологически абсолютно безвреден. Найдет широкое применение для автономного теплоснабжения рассредоточенных жилых и производственных объектов.
1. Контактный водонагреватель, содержащий горелку с окружающей ее водяной рубашкой и устройством подачи топлива, емкость, условно разделенную на жидкостную и газовую полости, где последняя снабжена перегородками с образованием камер, сообщенных с дымовой трубой, и утилизатор теплоты уходящих газов, отличающийся тем, что устройство подачи топлива выполнено с возможностью подачи и распыления смеси электролита (водного раствора электролита) и топлива через форсунку с кавитатором в горелку, выполненную в виде электродов вольтовой (электрической) дуги, электроды которой выполнены с возможностью подачи на них постоянного электрического тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в горелке.
2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что один из электродов вольтовой дуги выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен соплом.
3. Водонагреватель по п.1 или 2, отличающийся тем, что электроды вольтовой дуги выполнены с каталитическими свойствами.
4. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что утилизатор теплоты уходящих газов выполнен с возможностью параллельного распыления обратной и подпиточной воды в камеры газовой полости емкости и в водяную рубашку горелки.
