Автономный газовый водонагреватель

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева воды для бытовых и производственных нужд. Технический результат достигается автономным газовым водонагревателем, содержащим цилиндрический корпус с крышкой, снабженной выхлопным патрубком и днищем с центральным воздухозаборным отверстием, покрытыми теплоизоляцией, внутри которого снизу вверх помещены камера сгорания с горелкой с устройством автоматического зажигания, цилиндрический двухступенчатый теплообменник, соединенный с накопительной емкостью, камера уходящих газов, причем внутренние стенки водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника выполнены с вертикальными прямоугольными пазами, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, внутри которых помещены ряды, расположенных параллельно, термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием зазора шириной Δ, каждое термоэлектрическое звено последовательно соединены между собой на торцах в зонах водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника конденсаторами, покрытыми слоем водонепроницаемого диэлектрического материала, образуя термоэлектрический блок в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов которого соединены с токовыводами, соединенными через преобразователь и аккумулятор с системой автоматизации и безопасности водонагревателя. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева воды для бытовых и производственных нужд.

Известен газовый водонагреватель, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, вертикальный ствол с отверстиями с верхней и нижней крышками, огневую камеру и газовую горелку, мембраны, витую платину, водораспределитель и водосборную емкость, причем в цилиндрическом корпусе, в центральной его части установлен вертикальный ствол с отверстиями, сверху корпус имеет крышку и днище, соединенную с водосборной емкостью, ствол внизу имеет крышку, над которой размещена газовая горелка с газовой задвижкой, а сверху ствол закрыт крышкой, через которую проходит трубопровод холодной воды, соединенный с кольцевым водораспределителем, размещенным над крышкой ствола [Патент РФ №25033893, МПК F24H1/10, 2014].

Недостатками известного устройства является отсутствие систем автоматики и безопасности, что снижает его экономическую и экологическую эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является бытовой газовый проточный водонагреватель, содержащий кожух (корпус), внутри которого размещены блок-кран, снабженный ручкой управления и системами автоматики и безопасности, соединенный с газовым трубопроводом, теплообменник, сообщающийся с подающим и обратным трубопроводами воды, запальную и рабочую горелки, расположенные под вытяжным устройством отвода продуктов сгорания газа, терморегулятор потока газа в рабочую горелку, адаптированный к заданной температуре нагрева воды теплообменником, который через газовую камеру соединен на входе с блок-краном и на выходе с рабочей горелкой, а обратным трубопроводом сообщен с камерой термостата, выход из которой соединен с трубопроводом для разбора нагретой воды [Патент РФ №2280215, МПК F24H1/00, F24H9/20, 2006].

Основным недостатками известного устройства является необходимость для его успешной работы постоянное снабжение систем автоматики и безопасности электроэнергией из посторонних источников, что снижает его эффективность и надежность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности автономного газового водонагревателя.

Технический результат достигается автономным газовым водонагревателем, содержащим цилиндрический корпус с крышкой , снабженной выхлопным патрубком и днищем с центральным воздухозаборным отверстием, покрытыми теплоизоляцией, внутри которого снизу вверх помещены камера сгорания с горелкой с устройством автоматического зажигания, цилиндрический двухступенчатый теплообменник, первая ступень которого состоит из наружного водного кольцевого канала, заглушенного с торцов и снабженного входным и выходным патрубками и газового кольцевого канала, сообщающегося с торцов с камерой сгорания и камерой уходящих газов, вторая ступень состоит из внутреннего водного кольцевого канала, заглушенного с торцов, соединенного через патрубок с первой ступенью теплообменника и снабженного патрубком, соединенным с накопительной емкостью, и газового цилиндрического канала, также сообщающегося с торцов с камерой сгорания и камерой уходящих газов, причем внутренние стенки водных кольцевых каналов первой и второй ступеней выполнены с вертикальными прямоугольными пазами, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, выполненных из термостойкого диэлектрического коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием зазора шириной Δ, каждое термоэлектрическое звено последовательно соединены между собой на торцах (в зонах водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника) конденсаторами, покрытыми слоем водонепрницаемого диэлектрического материала, образуя термоэлектрический блок в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов которого соединены с токовыводами, соединенными через преобразователь и аккумулятор с системой автоматизации и безопасности водонагревателя.

На фиг. 1, 2 представлены общий вид и разрез автономного газового водонагревателя (АГВН), на фиг. 3, 4 – узел термоэлектрического звена (ТЭЗ), на фиг. 5 – узел термоэлектрических преобразователей (ТЭП).

Предлагаемый АГВН содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, снабженной выхлопным патрубком 3 и днищем 4 с центральным воздухозаборным отверстием 5, покрытыми теплоизоляцией 6, внутри которого снизу вверх помещены камера сгорания 7 с горелкой 8 с устройством автоматического зажигания (на фиг. 1–5 не показано), цилиндрический двухступенчатый теплообменник 9, первая ступень 10 которого состоит из наружного водного кольцевого канала 11, заглушенного с торцов и снабженного патрубками 12 и 13, соответственно, и газового кольцевого канала 14, сообщающегося с торцов с камерой сгорания 7 и камерой уходящих газов 15, вторая ступень 16 которого состоит из внутреннего водного кольцевого канала 17, заглушенного с торцов, соединенного через патрубок 13 с первой ступенью 10 и снабженного патрубком 18, соединенного с накопительной емкостью (на фиг. 1–5 не показана), соответственно, и газового цилиндрического канала 19, также сообщающегося с торцов с камерой сгорания 7 и камерой уходящих газов 15, причем внутренние стенки водных кольцевых каналов 11 и 17 выполнены с вертикальными прямоугольными пазами 20, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья (ТЭЗ) 21, состоящие из прямоугольных вставок 22, выполненных из термостойкого диэлектрического коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью (например, стеклопластика), внутри которых помещены ряды 23, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 24. Каждый ТЭП 24 представляет собой пару параллельных проволочных отрезков 25 и 26, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ (значение Δ выбирается из условий надежной изоляции отрезков 25 и 26), причем ТЭЗ 21 установлены в пазах 20 таким образом, чтобы часть каждого ТЭП 24 рядов 23 омывалась дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания, а другая часть, находящаяся в пазах 20 водных кольцевых водных каналов 11 и 17, охлаждалась проточной водой, нагреваемой этими газами. Каждое ТЭЗ 21 последовательно соединены между собой на торцах (в зонах водных кольцевых каналов 11 и 17) конденсаторами 27, покрытыми слоем водонепрницаемого диэлектрического материала, образуя термоэлектрический блок (ТЭБ) 28 в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов 27 ТЭБ 28 соединены с токовыводами 29 и 30, которые, в свою очередь, через преобразователь и аккумулятор соединены с системой автоматизации и безопасности (на фиг. 1–5 не показаны).

В основу работы предлагаемого АГВН, наряду с процессами горения газа и теплообменными процессами нагрева воды, положено использование эффекта термоэлектричества. Так как в ТЭЗ 21 помещены ряды 23, состоящие из ТЭП 24, изготовленных из проволочных отрезков 25 и 26, выполненных из металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой, то при нагреве одних спаянных концов ТЭП 24 горячими дымовыми газами в газовых каналах 14 и 19 и охлаждении противоположных им спаянных концов этих же ТЭП 24, помещенных в пазы 20, проточной водой в водных каналах 11 и 17, в ТЭЗ 21 возникает термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506].

Автономный газовый водонагреватель (АГВН), представленный на фиг. 1–5, работает следующим образом. Горячие дымовые газы, выходя из камеры сгорания 7, нагревают вертикальные прямоугольные вставки 22 выполненного из термостойкого диэлектрического коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, и соответственно, спаи термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 24 ТЭЗ 21, противоположные концы которых охлаждаются через пазы 20 проточной водой, нагреваемой этими же дымовыми газами в первой и второй ступенях 10 и 16 теплообменника 9. В результате нагрева спаянных концов проволочных отрезков 25 и 26 ТЭП 24 в рядах 22 ТЭЗ 21 горячими дымовыми газами и охлаждении других спаянных концов ТЭП 24, расположенных в пазах 20, проточной водой в ТЭЗ 21 образуется термоэлектричество, которое суммируется в ТЭБ 28 и через токовыводы 29 и 30 подается через преобразователь и аккумулятор в системы автоматизации и безопасности. При этом проволочные отрезки 25 и 26 ТЭП 24 ТЭЗ 21 изолированы от непосредственного контакта с дымовыми газами и водой слоем диэлектрического коррозионностойкого материала прямоугольных вставок 22, что предохраняет металлы М1 и М2 пар 25 и 26 ТЭП 24 от коррозии и появления между ними короткого замыкания. Выполнение вставок 22 прямоугольной формы, утопленной в прямоугольные пазы 20, обеспечивает их прочную стыковку с их поверхностью. Кроме того, соединение ТЭЗ 21 последовательно через конденсаторы 27 в конструкции ТЭБ 28 АГВН значительно снижает электрическое сопротивление АГВН и, соответственно, увеличивает силу тока на токовыводах 29 и 30.

Величина разности электрического потенциала на токовыводах 29 и 30 АГВН зависит от разности температур на противоположных спаях ТЭП 24, характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 25 и 26 ТЭП 24, числа их в ТЭЗ 21, числа ТЭЗ 21 в ТЭБ 28 и количества ТЭБ 28. Полученный электрический ток используется для автоматического розжига горелки, работы систем автоматика и безопасности АГВН.

Таким образом, предлагаемый автономный газовый водонагреватель обеспечивает, наряду с получением горячей воды, генерацию электричества за счет использования термоэлектрического эффекта, позволяющее эксплуатировать устройство в автономном режиме без использования посторонних источников электроэнергии, что повышает его надежность и эффективность.

Автономный газовый водонагреватель, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, снабженной выхлопным патрубком и днищем с центральным воздухозаборным отверстием, покрытыми теплоизоляцией, внутри которого снизу вверх помещены камера сгорания с горелкой с устройством автоматического зажигания, цилиндрический двухступенчатый теплообменник, первая ступень которого состоит из наружного водного кольцевого канала, заглушенного с торцов и снабженного входным и выходным патрубками и газового кольцевого канала, сообщающегося с торцов с камерой сгорания и камерой уходящих газов, вторая ступень которого состоит из внутреннего водного кольцевого канала, заглушенного с торцов, соединенного через патрубок с первой ступенью теплообменника и снабженного патрубком, соединенным с накопительной емкостью, и газового цилиндрического канала, также сообщающегося с торцов с камерой сгорания и камерой уходящих газов, системы автоматизации и безопасности, отличающийся тем, что внутренние стенки водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника выполнены с вертикальными прямоугольными пазами, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, выполненных из термостойкого диэлектрического коррозионно-стойкого материала с высокой теплопроводностью, внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием зазора шириной Δ, каждое термоэлектрическое звено последовательно соединены между собой на торцах в зонах водных кольцевых каналов первой и второй ступеней теплообменника конденсаторами, покрытыми слоем водонепроницаемого диэлектрического материала, образуя термоэлектрический блок в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов которого соединены с токовыводами, соединенными через преобразователь и аккумулятор с системой автоматизации и безопасности водонагревателя.