Накопительный конденсационный водонагреватель многоступенчатой конструкции
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в накопительных конденсационных водонагревателях. Суть изобретения в том, что в водонагревателе, содержащем корпус со встроенной огневой камерой топки, горелкой, установленной в верхней части корпуса для излучения пламени внутрь огневой камеры, и теплообменником водяного резервуара, имеющим верхнюю и нижнюю многоступенчатые решетки, каждая ступень верхней решетки, непосредственно контактирующей с пламенем топки, одинаково приближена к пламени для равномерного прогрева воды в каждом ярусе ступеней, а нижняя решетка имеет ступенчатую конфигурацию, подобную верхней решетке, таким образом, что все ярусы, образованные между соответствующими ступенями верхней и нижней решеток теплообменника, имеют одинаковую высоту, а проходящие через верхнюю и нижнюю решетки теплообменника дымогарные трубы имеют одинаковую длину, что способствует повышению производительности работ по изготовлению и сборке агрегата и обеспечивает равномерную теплоотдачу сжигаемого топлива. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Заявляемое изобретение относится к накопительному конденсационному многоступенчатому водонагревателю, а именно к конденсационному водонагревателю накопительного (накопительного) типа многоступенчатой конструкции, в которой верхняя решетка теплообменника водяного резервуара, непосредственно контактирующая с огневой топкой, имеет ступенчатую конфигурацию, где каждая ступень верхней решетки теплообменника одинаково приближена к зоне воздействия пламени для достижения равномерного прогрева воды в резервуаре на глубину каждого яруса, соответствующего каждой ступени.
При этом нижняя решетка теплообменника имеет ступенчатую конфигурацию, подобную верхней решетке теплообменника, таким образом, что все ярусы, образованные между соответствующими ступенями верхней и нижней решеток теплообменника, имеют одинаковую высоту. Таким образом, проходящие через верхнюю и нижнюю решетки теплообменника дымогарные (жаропроводящие) трубы имеют одинаковую длину, что способствует повышению производительности при изготовлении и сборке агрегата и обеспечивает равномерную теплоотдачу сжигаемого топлива.
Известный уровень техники
Агрегаты для производства горячей воды коммунально-бытового назначения в зависимости от применяемой схемы нагрева воды, в целом, подразделяются на водонагреватели накопительные конденсационного типа и водонагреватели мгновенного действия (проточные).
Водонагреватель мгновенного действия осуществляет моментальный нагрев прямоточной воды, подаваемой через теплообменник непосредственно потребителю. Несмотря на то что в водонагревателе мгновенного действия вода нагревается сравнительно быстро, количество подаваемой мгновенно нагретой прямоточной воды недостаточно.
В противоположность этому водонагреватель накопительный конденсационный нагревает воду, поступающую по входному патрубку прямоточной водоподачи и проходящую через змеевик теплообменника, установленный внутри резервуара с горячей водой, поддерживая надлежащую температуру воды для непосредственного разбора потребителем горячей воды или водяного теплоносителя. Следовательно, водонагреватель накопительный конденсационный способен обеспечить большим количеством горячей воды или теплоносителя, чем водонагреватель моментального действия.
Накопительные конденсационные водонагреватели раскрыты в нескольких публикациях, включая находящуюся на стадии рассмотрения заявку Республики Корея №2011-0135438. Водонагреватель накопительный конденсационный, раскрытый в названной публикации, имеет внутреннюю торцовую плоскость топочной камеры, в которую направлено выходящее из горелки пламя. Внутренняя торцовая плоскость имеет многоступенчатую конфигурацию, при которой разные участки внутренней торцовой плоскости находятся на разной высоте относительно друг друга. Это способствует предотвращению неравномерного шума, возникающего вследствие образования локального слоя в топочной камере и дымогарной трубе при концентрации теплоты сгорания.
Однако несмотря на то что на существующем уровне техники получена возможность предотвращения появления неравномерного шума из-за разности удаленности каждого участка водяного резервуара от контактной поверхности топочной камеры и пламени, не исключена вероятность возникновения эффекта отсечки воды.
Это означает, что вследствие эффекта отсечки воды водонагреватель может начать работать при несоответствующем состоянии горячей или теплонесущей воды, при котором водяной резервуар будет частично перегреваться, превращая воду в пар при 100°С или выше, вследствие чего уровень воды в резервуаре будет колебаться.
Если не предупредить этот феномен, теплоноситель или горячая вода будут поступать неравномерно, и, вследствие гидравлического удара, будет возникать шум.
Более того, поскольку дымогарные трубы проходят сквозь торцовые плоскости, одна из которых прилегает к топочной камере и имеет многоступенчатую конфигурацию для предупреждения возникновения неравномерного шума, то такие дымогарные трубы должны быть разной длины, что при сборке требует их тщательного подбора по длине по месту монтажа и снижает производительность выполняемых работ.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Для решения поставленных выше задач заявляемое изобретение предлагает конденсационный водонагреватель накопительного типа многоступенчатой конструкции, в котором непосредственно контактирующая с огневой камерой верхняя решетка теплообменника водяного резервуара выполнена в виде многоступенчатой конструкции, где каждая ступень верхней решетки теплообменника одинаково приближена к зоне воздействия пламени для достижения равномерного прогрева воды в резервуаре на глубину каждого яруса, соответствующего каждой ступени.
Техническое решение
Для достижения поставленных задач согласно изобретению разработан водонагреватель накопительный конденсационный многоступенчатой конструкции. В конструкцию водонагревателя накопительного конденсационного включены: корпус водонагревателя со встроенной огневой камерой; горелка, установленная в верхней части корпуса водонагревателя, для излучения пламени внутрь огневой камеры [с целью получения высоконагретых дымовых газов], верхняя торцовая поверхность, образующая верхнюю решетку теплообменника водяного резервуара, непосредственно контактирующая с огневой камерой, которая имеет многоступенчатую конфигурацию с переменной высотой поверхности, поднимающейся ярусами - от центра, максимально приближенного к пламени огневой камеры,к периферии, максимально удаленной от пламени; нижняя торцовая поверхность, образующая нижнюю решетку теплообменника водяного резервуара, которая имеет многоступенчатую конфигурацию, подобную верхней торцовой поверхности решетки теплообменника, поднимающуюся ярусами - от центра к периферии; и множество проходящих через верхнюю и нижнюю торцовые поверхности дымогарных труб, каждая из которых верхним торцом открыта в огневую камеру, а нижним торцом сообщается с трактом отвода продуктов сгорания.
При этом расстояние между всеми верхними торцами, проходящими через верхнюю решетку теплообменника, и всеми нижними торцами, проходящими через нижнюю решетку теплообменника, расположенными вертикально под торцами верхней решетки теплообменника, предпочтительно, равно.
Другими словами, все дымогарные трубы (130), предпочтительно, имеют равную длину и установлены верхними торцами (121а, 121b и 121с) в верхней решетке теплообменника (121) и нижними торцами (122а, 122b и 122с) - в нижней решетке теплообменника (122).
Кроме того, каждая дымогарная труба, предпочтительно, снабжена внутри продольным фасонным эжектором.
Преимущества конструкции
Как сказано выше, водонагреватель накопительного типа конденсационный многоступенчатой конструкции в соответствии с настоящим изобретением включает водяной резервуар, верхняя торцовая поверхность которого, непосредственно контактирующая с огневой камерой, имеет многоступенчатую конфигурацию, за счет чего нагреваемые поверхности равноудалены от пламени. В силу этого нагрев воды, заполняющей каждый ярус водяного резервуара, соответствующий каждой ступени, происходит равномерно, что предотвращает эффект отсечки (прекращения впуска) воды вследствие частичного локального перегрева водяного резервуара.
Кроме того, согласно изобретению нижняя решетка теплообменника имеет ступенчатую конфигурацию, подобную верхней решетке теплообменника, таким образом, что расстояния между дымогарными трубами, проходящими через верхнюю и нижнюю решетки теплообменника, одинаковы. Следовательно, дымогарные трубки изготавливаются одинаковой длины, благодаря чему при монтаже не требуют специального подбора по длине, что способствует повышению производительности при изготовлении и сборке агрегата и обеспечивает одинаковую теплоотдачу всех дымогарных трубок.
Описание фигур
На фиг.1 представлен вид спереди в разрезе водонагревателя накопительного конденсационного многоступенчатого согласно изобретению;
на фиг.2 представлен боковой вид сверху водонагревателя накопительного конденсационного многоступенчатого согласно изобретению;
на фиг.3 представлен боковой вид снизу водонагревателя накопительного конденсационного многоступенчатого согласно изобретению;
на фиг.4 представлен вид сверху водонагревателя накопительного конденсационного многоступенчатого согласно изобретению.
Наилучший способ осуществления
Варианты реализации изобретения
Далее, со ссылкой на прилагаемые фигуры будет рассмотрен водонагреватель накопительный конденсационный многоступенчатый в соответствии с изобретением.
Прежде всего, как показано на фиг.1, водонагреватель накопительный конденсационный многоступенчатый включает корпус водонагревателя 110 со встроенной огневой (топочной) камерой 111, подводящий патрубок 112а для прямоточной водоподачи, выпускной патрубок 112b для отвода горячей воды или водяного теплоносителя и топочное газовое оборудование, в состав которого входит горелка 151 для излучения пламени в огневую камеру 111.
Далее, водонагреватель накопительный конденсационный многоступенчатый включает верхнюю торцовую поверхность 121, служащую верхней решеткой теплообменника водяного резервуара 120, непосредственно контактирующую с огневой камерой 111, нижнюю торцовую поверхность 122, служащую нижней решеткой теплообменника водяного резервуара 120, дымогарную трубу 130 для передачи теплоты высокотемпературных продуктов горения воде и тракт отвода низкотемпературных продуктов горения 140, прошедших через дымогарную трубу 130, в атмосферу.
При этом газовое оборудование 150 с горелкой 151, направленное вниз внутрь агрегата, установлено над корпусом водонагревателя 110, одновременно служащим его кожухом. Огневое отверстие горелки 151, расположенной в верхней части корпуса водонагревателя 110, направлено вниз для излучения пламени внутрь огневой камеры топки, которая также входит в состав газового оборудования 150. Водяной резервуар 120 внутри корпуса водонагревателя 110 [с двух сторон] окружен торцовыми плоскостям таким образом, что одна из них находится в непосредственном контакте с огневым пространством огневой камеры 111.
При этом подводящий патрубок 112а смонтирован в нижней части корпуса водонагревателя 110, а выходной патрубок 112b смонтирован в верхней части корпуса водонагревателя 110. Через корпус водонагревателя 110 входной патрубок 112а подачи холодной воды (или подогретого теплоносителя) соединен с водяным резервуаром 120. Горячая вода или водяной теплоноситель после нагрева в водяном резервуаре 120 через выпускной патрубок 112b поступают в контур горячего водоснабжения.
Традиционно топочное оборудование 150 включает горелку 151, нагнетательный вентилятор 152 и подающий топливопровод 153. Предпочтительно, для снижения образования оксидов азота в горелке 151 должно производиться предварительное смешение поступающего топлива с воздухом в оптимальной пропорции. Горелка 151 излучает пламя с образованием высокотемпературных продуктов горения в огневой камере 111.
Верхняя торцовая поверхность 121, непосредственно соприкасающаяся с огневой камерой 111, служит верхней теплообменной решеткой водяного резервуара 120 и имеет многоступенчатую конфигурацию, при которой ступени 121а, 121b и 121с верхней торцовой поверхности 121 отличаются друг от друга по высоте относительно основания корпуса водонагревателя 110. А именно, в соответствии с настоящим изобретением поверхность верхней решетки теплообменника 121 имеет переменную высоту, поднимаясь ярусами от центра, максимально приближенного к пламени огневой камеры, к периферии, максимально удаленной от пламени.
В частности, как показано на фигурах 1 и 2, верхняя решетка теплообменника 121 состоит из трех - с первой по третью - ступеней 121а-121с. Поверхность первой ступени 121а, наиболее удаленная от центра, расположена выше всех, третья, центральная, ступень 121с расположена ниже всех, плоскость второй, промежуточной по высоте, ступени 121b находится между первой и третьей ступенями 121а и 121с. При этом высота ступеней 121а-121с рассчитана таким образом, что поверхность каждой ступени 121а-121с принимает одинаковое количество теплоты горения.
В силу того что теплота горения пламени в горелке 151 распространяется радиально, удаленность участков верхней торцовой поверхности 121 относительно горелки 151 постепенно увеличивается от центра к периферии, верхняя решетка теплообменника 121 выполнена таким образом, что ее высота постепенно возрастает от середины к краю, благодаря чему поверхность каждой ступени 121а-121с верхней решетки теплообменника 121 одинаково приближена к пламени.
Благодаря передаче равного количества теплоты от пламени горелки 151 к поверхности каждой ступени 121а-121с верхней теплообменной решетки 121 за счет ее многоступенчатой конфигурации нагрев воды, заполняющей, соответственно, каждый ярус водяного резервуара 120, происходит равномерно, что предотвращает эффект отсечки воды вследствие частичного локального перегрева водяного резервуара 120.
Эффект отсечки воды в водяном резервуаре 120 происходит вследствие частичного перегрева воды пламенем горелки 151 с образованием пара при 100°С и выше, что вызывает колебания уровня воды в резервуаре. Однако технические решения согласно настоящему изобретению предусматривают равномерное нагревание водяного резервуара 120, исключающее его локальный перегрев за счет плавной конвекционной циркуляции воды. Это обеспечивает бесперебойную подачу горячей воды или теплоносителя. Более того, благодаря постоянной конвекции воды предупреждается возникновение шума вследствие гидравлического удара.
Кроме того, нижняя торцовая поверхность 122 в основании водяного резервуара установлена параллельно верхней торцовой поверхности 121 и имеет подобную ей многоступенчатую конфигурацию. Конфигурация нижней решетки теплообменника 122 идентична конфигурации верхней решетки теплообменника 121. Как показано на фигурах 1 и 3, нижняя торцовая поверхность 122 состоит из трех - с первой по третью - 122а-122с ступеней. Высота нижней торцовой поверхности 122 постепенно понижается от первой ступени 122а к третьей ступени 122с соответственно верхней торцовой поверхности.
В частности, каждая ступень верхней теплообменной решетки 121 соответствует по высоте каждой ступени нижней теплообменной решетки 122 относительно горизонта основания водонагревателя. Таким образом, разность высот между ступенями верхней торцовой поверхности 121 (например, между первой и второй ступенями 121а и 121b) равна разности высот между ступенями нижней торцовой поверхности 122 (например, между первой и второй ступенями 122а и 122b), следовательно, расстояние от каждой из ступеней 121а-121с верхней решетки теплообменника 121 до каждой из ступеней 122а-122с нижней решетки теплообменника 122, расположенных вертикально под ступенями 121а-121с верхней торцовой поверхности 121, равно.
Из сказанного следует, что, поскольку множество дымогарных труб 130, проходящих через верхнюю и нижнюю решетки теплообменника 121 и 122, имеют одинаковую длину, при их изготовлении может быть использован один и тот же производственный процесс, а монтаж дымогарных труб 130 не требует тщательного их подбора по длине для установки между ступенями 121а, 121b, 121с и 122а, 122b, 122с, что заметно повышает производительность выполняемых работ по сравнению с существующим уровнем техники.
В результате, за счет одинаковой температуры газов, отводимых из топки через каждую из множества дымогарных труб 130, и одинаковой длины всех дымогарных труб 130 обеспечивается одинаковая теплоотдача и, соответственно, равномерный нагрев всего объема воды в резервуаре 120. Это, в свою очередь, предотвращает неравномерный и преждевременный износ дымогарных труб 130, при котором одна из них под воздействием чрезмерной термической нагрузки может выйти из строя раньше других.
В соответствии с техническими решениями изобретения дымогарные трубы 130 образуют участок тракта отведения высокотемпературных продуктов сгорания, на протяжении которого происходит теплоотдача отработанных газов воде в резервуаре 120. Таким образом, в заявляемом изобретении представлен водонагреватель конденсационного типа высокой теплопроизводительности, достигаемой за счет нагрева воды в накопительном резервуаре 120 путем ее прямого обогрева пламенем горелки 151 и путем дополнительного нагрева воды отводимыми высокотемпературными продуктами сгорания.
Для этого между верхней и нижней теплообменными решетками 121 и 122 установлено множество дымогарных труб 130, верхние торцы которых открыты в огневую камеру топки 111, а нижние торцы напрямую сообщаются с трактом отвода продуктов сгорания 140, в то время как их средняя часть между вершиной и основанием омывается водой внутри накопительного резервуара 120. Как описано выше, все дымогарные трубы 130 имеют одинаковую длину.
При сборке дымогарные трубы первого яруса 130 устанавливают с определенным интервалом друг от друга по окружности между первой ступенью 121а верхней решетки теплообменника 121 и первой ступенью 122а нижней решетки теплообменника 122. Дымогарные трубы 130 второго яруса, идентичные дымогарным трубам 130 первого яруса, устанавливают по окружности между второй ступенью 121b верхней решетки теплообменника 121 и второй ступенью 122b нижней решетки теплообменника 122. Наконец, дымогарные трубы 130 третьего яруса, идентичные дымогарным трубам 130 первого яруса, устанавливают по окружности между третьей ступенью 121с верхней решетки теплообменника 121 и третьей ступенью 122с нижней решетки теплообменника 122.
В дополнение, как показано на фигуре 4, каждая дымогарная труба 130, предпочтительно, снабжена в своей внутренней полости продольным эжектором 130а складчатого профиля, внешняя периферийная поверхность которого соприкасается с внутренней поверхностью дымогарной трубки 130, за счет чего увеличивается площадь взаимодействия дымогарных трубок 130 с газообразными продуктами сгорания, увеличивая количество переносимой теплоты, благодаря чему возрастает интенсивность теплообмена между жаропроводящими дымогарными трубками и водой.
Тракт отвода продуктов сгорания 140, подробное описание которого опущено, проходит в основании корпуса водонагревателя 110, сообщаясь с открытыми нижними торцами дымогарных трубок 130. Высокотемпературные газообразные продукты сгорания топлива в огневой камере водонагревателя по мере прохождения сквозь дымогарные трубы 130 охлаждаются, после чего низкотемпературные отработанные газы через тракт отвода продуктов сгорания 140 выводятся в атмосферу.
Для сброса конденсата, образующегося при охлаждении отработанных газов, проходящих через тракт отвода продуктов сгорания 140, водонагреватель может быть снабжен дренажной трубой (на фигурах не показана).
Промышленная применимость
Несмотря на то что описанные технические решения являются лишь примерами реализации настоящего изобретения, следует понимать, что заявляемое изобретение не ограничивается этими иллюстративными вариантами исполнения, а допускает возможность внесения различных изменений и разработки модификаций специалистами в данной области в рамках технической сути и в объеме правовой защиты данного изобретения, определенных далее в формуле изобретения. Из этого следует, что примеры конструктивных решений представлены здесь исключительно с целью раскрытия данного изобретения в полном объеме для квалифицированных специалистов в затрагиваемой области и заявляемое изобретение не должно быть ограничено этими примерами, а должно быть определено в объеме патентных притязаний, сформулированных ниже в патентной формуле.
1. Водонагреватель накопительного типа конденсационный многоступенчатой конструкции, включающий:
корпус водонагревателя (110) со встроенной огневой камерой (111) топки;
горелку (151), установленную в верхней части корпуса водонагревателя (110), для излучения пламени внутрь огневой камеры (111);
верхнюю торцовую поверхность (121), образующую верхнюю решетку теплообменника водяного резервуара (120), непосредственно контактирующую с огневой камерой (111), имеющую многоступенчатую конфигурацию (121а, 121b и 121с) с переменной высотой поверхности, поднимающейся ярусами - от центра, максимально приближенного к пламени огневой камеры (111), к периферии, максимально удаленной от пламени;
нижнюю торцовую поверхность (122), образующую нижнюю решетку теплообменника водяного резервуара (120), которая имеет многоступенчатую конфигурацию (122а, 122b и 122с), подобную верхней торцовой поверхности решетки теплообменника, поднимающуюся ярусами - от центра к периферии; и
множество проходящих через верхнюю и нижнюю торцовые поверхности (121) и (122) дымогарных труб (130), каждая из которых верхним торцом открыта в огневую камеру (111), а нижним торцом сообщается с трактом отвода продуктов сгорания (140).
2. Водонагреватель накопительного типа конденсационный по п.1, характеризующийся тем, что расстояния между верхними торцами (121а, 121b и 121с), проходящими через верхнюю решетку теплообменника (121), и нижними торцами (122а, 122b и 122с), проходящими через нижнюю решетку теплообменника (122), расположенными вертикально под торцами верхней решетки теплообменника (121), равны.
3. Водонагреватель накопительного типа конденсационный по п.2, характеризующийся тем, что дымогарные трубы (130) имеют равную длину и установлены верхними торцами (121а, 121b и 121с) в верхней решетке теплообменника (121) и нижними торцами (122а, 122b и 122с) - в нижней решетке теплообменника (122).
4. Водонагреватель накопительного типа конденсационный по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что каждая дымогарная труба (130) внутри своей полости снабжена продольным фасонным эжектором (130а).
