Водонагревательное устройство и способ его работы



Водонагревательное устройство и способ его работы
Водонагревательное устройство и способ его работы

Владельцы патента RU 2659711:

Общество с ограниченной ответственностью "Комплексные автоматизированные системы" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к области энергетики, а именно к водонагревательному устройству и способу его работы, и может быть использовано в аппаратах с погружным горением при нагреве воды. Водонагревательное устройство содержит бак с днищем и крышкой, вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки, патрубки подвода и отвода воды, источники горючего газа и воздуха, сообщенные с горелками. Устройство снабжено охладителем продуктов сгорания, выполненным в виде распылителя, установленного в отверстии крышки, и дополнительным охладителем воды, выполненным в виде водяной полости газового редуктора, вход которой сообщен с патрубком подвода воды, а выход - с входом распылителя. Способ работы водонагревательного устройства заключается в том, что осуществляют циркуляцию воды в нагревательном контуре, нагревают ее путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа в камере сгорания устройства и отводят продукты сгорания в атмосферу, при этом охлаждают их путем пропускания через разбрызгиваемую воду, причем в качестве горючего газа используют сжиженный газ, а воду перед дополнительным разбрызгиванием охлаждают за счет использования хладоресурса сжиженного газа. Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве при осуществлении способа, заключается в охлаждении продуктов сгорания газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды, за счет использования хладоресурса сжиженного газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для подогрева воды, и может быть использовано в аппаратах с погружным горением при нагреве воды.

Для теплоснабжения с использованием воды могут быть использованы широко применяемые в химической промышленности аппараты погружного горения, которые вместе с системами подачи воздуха и газа образуют установки погружного горения. Важным элементом такой установки является водонагревательное устройство, в котором осуществляется барботаж (пропускание через жидкость) продуктов горения, поступающих из горелок камер сгорания, выход которых погружен в жидкость на определенную глубину. Таким образом осуществляется прямой контакт продуктов сгорания с водой без применения теплообменников.

Известно водонагревательное устройство, содержащее бак с днищем и крышкой, по крайней мере одну вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки камеры сгорания, патрубки подвода и отвода воды, расположенные соответственно в верхней и нижней части бака, заполненного водой и сообщенного с атмосферой при помощи выполненного в крышке отверстия, предназначенного для удаления продуктов сгорания, источники горючего газа и воздуха, сообщенные с горелками при помощи соответствующих магистралей (RU 22815, 2002 г.).

Из того же источника известен способ работы водонагревательного устройства, заключающийся в том, что нагревают воду путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа и отводят продукты сгорания в атмосферу.

В известном техническом решении охлаждение продуктов сгорания осуществляется водой, которая подается для нагрева, т.е. температура продуктов сгорания определяется температурой нагретой воды. Известное техническое решение представляет собой контактный водонагреватель, в котором нагрев воды осуществляется за счет сжигания топлива в топочной камере с дутьевым вентилятором, а удаление продуктов сгорания осуществляется через последовательно расположенные в крышке бака контактную насадку и теплообменник. При прохождении через контактную насадку продукты сгорания охлаждаются за счет организации противотока воды, подаваемой в бак для нагрева и дополнительно охлаждаются при прохождении через теплообменник, в который подается наружный воздух. Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и недостаточная эффективность охлаждения продуктов сгорания.

Известно водонагревательное устройство, содержащее бак с днищем и крышкой, по крайней мере одну вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки камеры сгорания, патрубки подвода и отвода воды, расположенные соответственно в верхней и нижней части бака, заполненного водой до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания и сообщенного с атмосферой при помощи выполненного в крышке отверстия, предназначенного для удаления продуктов сгорания (SU 325974, 1972 г.).

Из того же источника известен способ работы водонагревательного устройства, заключающийся в том, что нагревают воду путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа и отводят продукты сгорания в атмосферу.

В известном техническом решении охлаждение отводимых продуктов сгорания осуществляется при прохождении горячих газов через поток нагреваемой воды и дополнительный поток воды, подаваемой противотоком основному потоку при помощи подпорной решетки. В результате происходит смешивание потоков, что не позволяет существенно снизить температуру продуктов сгорания.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является водонагревательное устройство, содержащее бак с днищем и крышкой, по крайней мере одну вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки камеры сгорания, патрубки подвода и отвода воды, расположенные соответственно в верхней и нижней части бака, заполненного водой до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания и сообщенного с атмосферой при помощи выполненного в крышке отверстия, предназначенного для удаления продуктов сгорания, источники горючего газа и воздуха, сообщенные с горелками при помощи соответствующих магистралей, включающих трубопроводы с установленной на них арматурой (RU 2469244, 2012 г.).

Из того же источника известен способ работы водонагревательного устройства, заключающийся в том, что нагревают воду путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа, охлаждают продукты сгорания путем разбрызгивания части воды и отводят их в атмосферу.

В известном техническом решении охлаждение продуктов сгорания осуществляется водой, которая подается для нагрева и одновременно используется для охлаждения стенок камеры сгорания, т.е. охлаждение продуктов сгорания осуществляется в объеме, определяемом высотой камеры сгорания, причем температура продуктов сгорания определяется температурой нагретой воды.

Таким образом общим существенным недостатком указанных выше известных технических решений является недостаточный уровень снижения неблагоприятного воздействия на окружающую среду низкопотенциального тепла продуктов сгорания газа.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в улучшении экологических показателей путем снижения неблагоприятного воздействия на окружающую среду низкопотенциального тепла продуктов сгорания газа.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в охлаждении продуктов сгорания газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды за счет использования хладоресурса сжиженного газа.

Заявленный технический результат в части водонагревательного устройства достигается за счет того, что водонагревательное устройство содержит бак с днищем и крышкой, по крайней мере одну вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки камеры сгорания, патрубки подвода и отвода воды, расположенные соответственно в верхней и нижней части бака, заполненного водой до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания и сообщенного с атмосферой при помощи выполненного в крышке отверстия, предназначенного для удаления продуктов сгорания, источники горючего газа и воздуха, сообщенные с горелками при помощи соответствующих магистралей, включающих трубопроводы с установленной на них арматурой. Новым в заявленном устройстве является то, что устройство снабжено охладителем продуктов сгорания, выполненным в виде распылителя, установленного в отверстии крышки, и дополнительным охладителем воды, выполненным в виде водяной полости газового редуктора, вход которой сообщен с патрубком подвода воды, а выход - с входом распылителя, а источник горючего газа выполнен в виде емкости со сжиженным газом.

Заявленный технический результат в части способа работы водонагревательного устройства достигается за счет того, что нагревают воду путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа, охлаждают продукты сгорания путем разбрызгивания части воды и отводят их в атмосферу, причем в качестве горючего газа используют сжиженный газ, часть нагретой воды охлаждают за счет использования хладоресурса сжиженного газа и дополнительно разбрызгивают охлажденную воду.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата в части устройства, так как:

- снабжение устройства охладителем продуктов сгорания, выполненным в виде распылителя, установленного в отверстии крышки, обеспечивает охлаждение продуктов сгорания газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды за счет организации противотока воды, охлажденной с использованием хладоресурса сжиженного газа;

- снабжение устройства дополнительным охладителем воды, выполненным в виде водяной полости газового редуктора, вход которой сообщен с патрубком подвода воды, а выход - с входом распылителя, и выполнение источника горючего газа в виде емкости со сжиженным газом обеспечивают охлаждение продуктов сгорания газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды за счет использования хладоресурса сжиженного газа.

Существенные признаки способа работы водонагревательного устройства обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как использование в качестве горючего газа сжиженного газа, охлаждение части нагретой воды за счет использования хладоресурса сжиженного газа и дополнительное разбрызгивание охлажденной воды обеспечивают охлаждение продуктов сгорания газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием водонагревательного устройства и способа его работы со ссылкой на иллюстрацию, где на фигуре изображена схема водонагревательного устройства для осуществления предлагаемого способа.

На фигуре приняты следующие обозначения:

1 - бак;

2 - днище бака;

3 - крышка бака;

4 - боковая кольцевая полость;

5 - центральная полость;

6 - разбрызгивающие отверстия;

7 - камера сгорания;

8 - газовые горелки;

9 - патрубок подвода воды;

10 - патрубок отвода воды;

11 - вода;

12 - отверстие в крышке;

13 - емкость со сжиженным газом;

14 - трубопровод газовой магистрали;

15 - трубопровод воздушной магистрали;

16 - газовый редуктор;

17 - кран газовой магистрали;

18 - газовый коллектор;

19 - кран воздушной магистрали;

20 - воздушный коллектор;

21 - распылитель воды;

22 - водяная полость газового редуктора;

23 - трубопровод водяной полости газового редуктора;

24 - кран трубопровода водяной полости;

25 - трубопровод распылителя воды.

Водонагревательное устройство содержит бак 1 с днищем 2 и крышкой 3. В баке 1 сформированы соответственно боковая кольцевая и центральная полости 4, 5 с разбрызгивающими отверстиями 6, и вертикальная кольцевая камера сгорания 7 с газовыми горелками 8, причем между нижним обрезом камеры 7 и днищем 2 имеется зазор. В верхней и нижней части бака 1 расположены соответственно патрубок 9 подвода и патрубок 10 отвода воды 11, причем патрубок 9 подвода воды 11 сообщен с боковой и центральной полостями 4 и 5. Часть бака 1, заполненная водой 11 до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания 7, представляет собой зону нагрева воды. Бак 1 сообщен с атмосферой при помощи отверстия 12, предназначенного для удаления продуктов сгорания и выполненного в крышке 3. Источник горючего газа, выполненный в виде емкости 13, заполненной сжиженным газом, и источник (на чертеже не показан) воздуха при помощи газовой и воздушной магистралей сообщены с горелками 8. Магистрали включают соответственно газовый и воздушный трубопроводы 14 и 15 с установленной на них соответствующей арматурой: газовым редуктором 16, краном 17 и коллектором 18 газовой магистрали, а также краном 19 и коллектором 20 воздушной магистрали. Устройство снабжено охладителем продуктов сгорания, выполненным в виде распылителя 21, установленного в отверстии 12 крышки 3 и дополнительным охладителем воды 11, выполненным в виде водяной полости 22 газового редуктора 16, вход которой при помощи трубопровода 23 с соответствующим краном 24 сообщен с патрубком 9 подвода воды 11, а выход при помощи трубопровода 25 - с входом распылителя 21.

Способ работы водонагревательного устройства осуществляется следующим образом.

При выходе из камеры 7 продукты сгорания газовоздушной смеси пропускаются через толщу воды 11, в результате процесса теплообмена осуществляется нагрев воды 11 до требуемой температуры при непрерывной циркуляции в объеме бака 1 через патрубки 9 и 10. Продукты сгорания охлаждают путем разбрызгивания части воды 11, подаваемой разбрызгивающими отверстиями 6 полостей 4 и 5, и через отверстие 12 в крышке 3 бака 1 отводятся в атмосферу. При этом температура продуктов сгорания определяется температурой воды 11, циркулирующей в объеме бака 1, которая при использовании в целях теплоснабжения может быть достаточно высокой. Для дополнительного снижения температуры продуктов сгорания используют в качестве горючего газа сжиженный газ (например, пропан-бутановую смесь). Часть циркулирующей в объеме бака 1 воды 11 по трубопроводу 23 через кран 24 подается в водяную полость 22 газового редуктора 16. При открытии газового редуктора 16 начинается истечение сжиженного газа из емкости 13. При этом происходит снижение статического давления и температуры в газовом редукторе 16, сжиженный газ газифицируется и при полном открытии проходного сечения газового редуктора 16 наступает критический режим истечения с достижением предельного расхода газа с осаждением инея на поверхности газового редуктора 16. Для повышения расхода газа необходимо нагреть редуктор 16, чтобы повысить скорость звука в его критическом сечении.

В процессе работы водонагревательного устройства часть воды 11 в водяной полости 22 газового редуктора 16 охлаждают за счет хладоресурса сжиженного газа из емкости 13, а затем по трубопроводу 25 направляют в распылитель 21 и через него дополнительно разбрызгивают охлажденную воду 11 в бак 1. При этом продукты сгорания проходят в противотоке через разбрызгиваемую распылителем 21 охлажденную воду 11, в результате чего их температура дополнительно снижается (на 5-8°C).

Запуск устройства осуществляют следующим образом. В газовые горелки 8 по трубопроводу 15 воздушной магистрали через кран 19 и воздушный коллектор 20 подается воздух, а из емкости 13 со сжиженным газом по трубопроводу 14 газовой магистрали через газовый редуктор 16, кран 17 и газовый коллектор 18 подается горючий газ. В горелках 8 горючий газ и воздух гомогенно перемешиваются и поджигаются воспламенителем (на чертеже не показан). После этого через патрубок 9 заполняются водой 11 боковая и центральная полости 4 и 5, а через разбрызгивающие отверстия 6 последних заполняется полость бака 1 до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания 7. Из бака 1 вода 11 отводится через патрубок 10, при этом обеспечивается объем потока, соответствующий расчетному уровню воды 11 относительно нижнего обреза камеры сгорания 7 и выходного среза газовых горелок 8, необходимому для запуска и работы устройства.

Предлагаемое техническое решение будет востребовано при индивидуальном эффективном обеспечении теплом различных потребителей взамен централизованного теплоснабжения, особенно в сельской местности, в регионах опережающего развития (Крым, Дальний Восток, Арктика). Демонстратор водонагревательного устройства мощностью 50 кВт при его работе на природном газе подтвердил к.п.д. на уровне 97%, что обусловлено низкой температурой продуктов сгорания (ниже 370 К).

Техническое решение обеспечивает улучшение экологических показателей путем снижения неблагоприятного воздействия на окружающую среду низкопотенциального тепла продуктов сгорания за счет использования хладоресурса сжиженного газа для охлаждения продуктов сгорания до температуры, близкой к температуре окружающей среды.

1. Водонагревательное устройство, содержащее бак с днищем и крышкой, по крайней мере одну вертикальную камеру сгорания, установленную в баке с зазором между нижним обрезом камеры и днищем бака, газовые горелки камеры сгорания, патрубки подвода и отвода воды, расположенные соответственно в верхней и нижней части бака, заполненного водой до уровня выше нижнего обреза камеры сгорания и сообщенного с атмосферой при помощи выполненного в крышке отверстия, предназначенного для удаления продуктов сгорания, источники горючего газа и воздуха, сообщенные с горелками при помощи соответствующих магистралей, включающих трубопроводы с установленной на них арматурой, отличающееся тем, что устройство снабжено охладителем продуктов сгорания, выполненным в виде распылителя, установленного в отверстии крышки, и дополнительным охладителем воды, выполненным в виде водяной полости газового редуктора, вход которой сообщен с патрубком подвода воды, а выход - с входом распылителя, а источник горючего газа выполнен в виде емкости со сжиженным газом.

2. Способ работы водонагревательного устройства, заключающийся в том, что нагревают воду путем пропускания продуктов сгорания от сжигания горючего газа, охлаждают продукты сгорания путем разбрызгивания части воды и отводят их в атмосферу, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют сжиженный газ, часть нагретой воды охлаждают за счет использования хладоресурса сжиженного газа и дополнительно разбрызгивают охлажденную воду.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области эффективных теплогенерирующих устройств. .

Изобретение относится к водонагревательной технике и может быть использовано при получении небольших количеств горячей воды для бытовых нужд. .

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания (стерилизации) воды, а именно к обеззараживанию потока воды физическими методами, конкретно - к бытовым аппаратам для получения кипяченой питьевой воды, может быть использовано для получения холодной кипяченой питьевой воды путем стерилизации водопроводной воды.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках для нагрева воды уходящими дымовыми газами котельных или тепловых агрегатов. Контактный теплоутилизатор с каплеуловителем содержит контактную насадку с оросителем, по высоте которой монтирован каплеуловитель, включающий патрубок в виде стакана для отвода теплообменной среды.

Электрический нагреватель, служащий для нагревания, поддержания температуры и циркуляции текучей среды, включающий: первую, основную часть 100 корпуса и вторую, защитную часть 200 корпуса, которые могут быть соединены друг с другом, образуя внутреннюю камеру 300; первое, входное отверстие 210 текучей среды; второе, выходное отверстие 220 текучей среды; электрический резистор; первый датчик температуры, служащий для изменения рабочей температуры; второй датчик температуры, предназначенный для предотвращения превышения порога безопасности температуры; электронный блок управления.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Технический результат - повышение производительности процесса контактного теплообмена в аппарате.

Изобретение относится к смесительным теплообменным аппаратам. В смесительном теплообменнике каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды состоит из двух соосных цилиндрических втулок, при этом внутри втулки меньшего диаметра соосно ей расположен шнек, внешняя поверхность которого представляет собой винтовую канавку, внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра соосно ей расположен штуцер, жестко закрепленный в ней через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители, например, в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры, закрепленные на стержнях, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е.

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам. В контактном теплообменнике каждая из форсунок системы подвода оросительной холодной воды состоит из двух соосных цилиндрических втулок, при этом внутри втулки меньшего диаметра, соосно ей, расположен шнек, внешняя поверхность которого представляет собой винтовую канавку, внутри шнека выполнено отверстие с винтовой нарезкой, а во втулке большего диаметра, соосно ей, расположен штуцер, жестко закрепленный в ней через герметизирующую прокладку, при этом внутри штуцера соосно выполнено цилиндрическое отверстие, переходящее в осесимметрично расположенный диффузор, который соединен с цилиндрической камерой, образованной внутренней поверхностью втулки меньшего диаметра, и торцевой поверхностью шнека, а к торцевой поверхности втулки меньшего диаметра прикреплены, по крайней мере, два наклонно расположенных стержня, на каждом из которых закреплены активные распылители, например, в виде лопастей, опирающихся в нижней части на упоры, закрепленные на стержнях, перпендикулярно их осям, причем стержни наклонены в сторону от оси форсунки, т.е.

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, а именно к способам и установкам для нагрева жидкости, преимущественно воды, для технологического или коммунально-бытового теплоснабжения, и может найти применение в различных областях народного хозяйства.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в водонагревателях для нагрева воды, содержащей соли, например для нагрева морской воды. Нагреватель воды включает в себя: внутренний корпус, открывающийся снизу и нагревающийся горелкой, внешний корпус, включающий выход для слива морской воды, которая поступает через трубу подачи снаружи, вдоль поверхности внутренней стены внутреннего корпуса, и, по меньшей мере, один наконечник для распыления морской воды, которая поступает через отводную трубу, соединенную с трубой подачи морской воды, которую необходимо отвести.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для нагрева воды для целей отопления и горячего водоснабжения. Контактно-поверхностный водонагреватель содержит цилиндрический корпус с контактной камерой, над которой установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода сетевой воды с регулирующей арматурой, и размещенные внутри корпуса надтопочный диск, радиационную топочную камеру и установленную вокруг нее кольцевую водонагревательную емкость с центральной жаровой трубой, состоящую из двух сферических поверхностей, соединенных втулкой.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для нагрева воды на технологические нужды и отопление производственных объектов. Контактный водонагреватель содержит цилиндрический корпус, в верхней части которого расположена контактная камера, над ней установлен водораспределитель, подключенный к трубопроводу подвода холодной воды, топку и газовую горелку.

Изобретение относится к горячему водоснабжению и может быть использовано для подготовки и подачи воды необходимой температуры в различные точки потребления. Электрический водонагреватель с накопительной емкостью содержит утепленный накопительный бак с корпусом, имеющим герметично закрывающееся монтажно-запорным устройством отверстие в нижней части последнего.

Объектом изобретения являются способ сжигания соломы в котле и водяной котел, работающий на соломе в виде прессованных брикетов, которые могут использоваться в системах отопления как для отдельных жилых зданий, так и для целых жилых массивов.

Настоящее изобретение относится к тепловой технике. Водогрейный котел, состоящий из внешнего корпуса, горелки, газосборника, дымохода, отличающийся тем, что внутри топочных камер, установленных на двутавровые балки, устроены сердечники с помощью заглушек, при этом жар проходит между стенками топочных камер и стенками сердечников, а жаровые трубы исходят от топочных камер под углом и выходят в газосборник.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для улучшения теплотехнических характеристик водогрейных котлов. Вертикальный водотрубный водогрейный котел состоит из цилиндрического корпуса, горелочного устройства, верхней и нижней кольцевых гидрокамер, соединенных вертикальными трубами и образующих контур циркуляции воды, при этом в нижней и верхней кольцевых камерах установлены циркуляционные перегородки, отличается тем, что внутри топки перед внутренней поверхностью из труб и на части труб за их внутренней поверхностью установлена металлическая сетка из жаропрочного материала в качестве вторичного излучателя, увеличивающего лучистую составляющую теплообмена, горелочное устройство установлено на верхней гидрокамере.
Наверх