Результат интеллектуальной деятельности: КОТЕЛ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ

Изобретение относится к бытовой топливоиспользующей аппаратуре и может быть использовано в газовых проточных и емкостных водоподогревателях, отопительных аппаратах для нужд отопления и горячего водоснабжения квартир в жилых домах.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2269065, МПК F24H 1/00, F23J 15/02, 2006, Бюл. №3), состоящий из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностью внешней стенки помещения.

Недостатком является снижение в процессе эксплуатации степени очистки продуктов сгорания, обусловленное неравномерностью скорости протекания процесса адсорбционного теплообмена в кассете по направлению движения обрабатываемого потока.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2344350, МПК F24H 1/00, F23J 15/02, 2009, Бюл. №2), состоящий из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностью внешней стенки помещения, при этом кассета включает вертикальный корпус с верхним и нижним коллекторами, боковыми стенками, которые с установленными в нем секционными перегородками выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке.

Недостатком являются энергозатраты, обусловленные необходимостью дополнительного использования электрической энергии, особенно в темное время суток, для дежурного освещения помещения, где расположен находящийся в рабочем положении котел отопительный газовый, и/или для питания электроэнергией оборудования и автоматики для его обслуживания.

Технической задачей является снижение энергозатрат на эксплуатацию котла отопительного газового путем сокращения потребления электрической энергии от постороннего источника как на дежурное освещение, так и на питание приборов автоматизации и контроля, за счет производства электричества путем использования теплового потенциала процесса сгорания природного газа термоэлектрическим генератором, соединенным с патрубком выхода продуктов сгорания.

Технический результат по снижению энергозатрат на эксплуатацию, особенно в темное время суток, достигается тем, что котел отопительный газовый для нужд отопления и горячего водоснабжения в жилых помещениях состоит из прямоугольного шкафа с тепловой защитой и кожухом, внутри которого расположены топка с горелкой, теплообменник и патрубок выхода продуктов сгорания через внешнюю стенку помещения, установленный вертикально и содержащий конусообразный насадок с криволинейными плоскостями и направляющими и закручивающими ребрами, кассету с адсорбирующим веществом, герметично установленную в патрубке выхода продуктов сгорания между кожухом прямоугольного шкафа с тепловой защитой и внутренней поверхностно внешней стенки помещения, при этом кассета включает вертикальный корпус с верхним и нижним коллекторами, боковыми стенками, которые с установленными в нем секционными перегородками выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции диффузоры и конфузоры, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке, причем патрубок выхода продуктов сгорания включает эжектор, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец частичного отвода процессов сгорания, который соединен с термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для продуктов сгорания и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар термоэлектрического генератора расположены в проходном канале для продуктов сгорания, а «холодные» их концы укреплены на внешней поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для продуктов сгорания, кроме того, вход проходного канала для продуктов сгорания корпуса термоэлектрического генератора соединен с фланцем частичного отвода продуктов сгорания, а выход соединен с камерой смешивания эжектора.

На фиг.1 изображен котел отопительный газовый; на фиг.2 - патрубок выхода продуктов сгорания с конусообразной насадкой, кассетой, заполненной адсорбирующим веществом, эжектором и термоэлектрическим генератором; на фиг.3 - корпус кассеты с боковыми стенками и зигзагообразными перегородками.

Котел отопительный газовый состоит из прямоугольного шкафа 1 с тепловой изоляцией и кожухом, внутри которого расположены топка 2 с горелкой 3, теплообменник 4 и патрубок выхода продуктов сгорания 5. Между внутренней поверхностью внешней стенки и внутренней стенкой 6 жилого помещения и кожухом прямоугольного шкафа 1 с тепловой изоляцией в патрубке выхода продуктов сгорания 5 герметично установлена кассета 7 с адсорбирующим веществом 8. Патрубок выхода продуктов сгорания 5 снабжен конусообразным насадком 9 с криволинейными плоскостями 10 и направляющими и закручивающими ребрами 11. Кассета 7 включает вертикальный корпус с верхним 12 и нижним 13 коллекторами и боковые стенки 14 с установленными в них секционными перегородками 15, выполненными зигзагообразными и образующими в каждой секции 16 диффузоры 17 и конфузоры 18, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Входные отверстия 19 в каждой секции 16 выполнены пропорционально увеличивающимся сечениям по ходу движения продуктов сгорания по нижнему 13 коллектору корпуса кассеты 7.

Патрубок выхода продуктов сгорания 5 включает эжектор 20, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец 21 частичного отвода продуктов сгорания, который соединен с термоэлектрическим генератором 22, выполненным в виде корпуса 23 с проходным каналом 24 для продуктов сгорания и комплектом дифференциальных термопар 25. При этом «горячие» концы 26 комплекта дифференциальных термопар 25 термоэлектрического генератора 22 расположены на проходном канале 24 для продуктов сгорания, а «холодные» их концы 27 укреплены на внешней поверхности 28 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 вдали от проходного канала 24 для продуктов сгорания. Кроме того, вход 29 проходного канала 24 для продуктов сгорания корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 соединен с фланцем 21 частичного отвода продуктов сгорания, а выход 30 соединен с камерой 31 смешивания эжектора 20.

Котел отопительный газовый работает следующим образом.

Из газовой сети природный газ низкого давления через систему автоматизации по газопроводу (не показано) поступает в топку 2 к горелке 3, где воспламеняется. Образовавшиеся продукты сгорания проходят через теплообменник 4, где осуществляется нагрев воды, и далее поступают в патрубок выхода продуктов сгорания 5, где разделяются на два потока. Один поток с температурой около 100°С через фланец 21 частичного отвода продуктов сгорания поступает на вход 29 проходного канала 24 для продуктов сгорания корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 и контактирует с «горячими» концами 26 комплекса дифференциальных термопар 25.

В связи с тем что «холодные» концы 27 комплекта дифференциальных термопар 25 укреплены на внешней поверхности 28 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 вдали от проходного канала 24 для продуктов сгорания и, соответственно, контактируют с воздухом помещения (для кухни +16°С в соответствии со СНиП 2.01.01-92 Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 1993. 82 с.), то между «холодными» и «горячими» концами термоэлектрического генератора 22 возникает термо-ЭДС. При выполнении комплекта дифференциальных термопар 25 из хромель-копеля термо-ЭДС. может достигать 6,0 мВ (см., например, Иванова, Т.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.).

Следовательно, использование температурного потенциала продуктов сгорания, перемещающихся в проходном канале 24 корпуса 23, обеспечивает напряжение на выходе из термоэлектрического генератора 22 в пределах 12-36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для осуществления как дежурного освещения в темное время суток помещения, где расположен котел отопительный газовый, так и/или для питания системы автоматизации и его контроля, т.е. устраняется необходимость использования электрической энергии от постороннего источника для этих целей. В результате уменьшаются энергозатраты при эксплуатации котла отопительного газового.

Второй поток продуктов сгорания перемещается по патрубку выхода продуктов сгорания 5, поступает в эжектор 20 и, проходя камеру смешивания 31, эжектирует продукты сгорания из выхода 30 проходного канала 24 корпуса 23 термоэлектрического генератора 22, и смешанный поток следует в нижний коллектор 13, где равномерно распределяется по секциям 16. Секции 16 состоят из диффузоров 17 и конфузоров 18, расположенных относительно друг друга в шахматном порядке. Равномерность эпюры скоростей при распределении потока продуктов сгорания в нижнем 13 коллекторе осуществляется за счет пропорционально увеличивающихся сечений входных отверстий 19 индивидуально для каждой секции 16. Движущийся в корпусе кассеты 7 поток продуктов сгорания, проходя последовательно участки диффузоров 17 и конфузоров 18, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению интенсивности тепломассообмена процесса адсорбционной очистки газа (см., например, Бакластов A.M. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. М.: Энергоаудит, 1986. 328 с.), а также к перераспределению в секциях 16 давления движущегося потока продуктов сгорания. Это выравнивает аэродинамическое сопротивление в секциях 16 по высоте от нижнего коллектора 13 до верхнего коллектора 12, что и обеспечивает эффективную адсорбционную очистку, а это в конечном итоге улучшает экологическую обстановку в зоне конусообразной насадки 9.

Далее из верхнего коллектора 12 кассеты 7 очищенные продукты сгорания поступают в конусообразный насадок 9. Воздушный поток атмосферного воздуха, окружающий вертикально установленный конусообразный насадок 9 со стороны внешней стенки 6, обтекает криволинейные поверхности плоскости 10, а также направляющие и закручивающие ребра 11, закручивается, создавая эжекционный эффект за счет увеличения скорости воздуха в потоке между криволинейной поверхностью плоскости 10 и внешней поверхностью патрубка выхода продуктов сгорания 9.

Оригинальность предлагаемого изобретения по снижению энергоемкости при эксплуатации, особенно в темное время суток, заключается в том, что сокращается потребление электрической энергии от посторонних источников как для дежурного освещения помещения, где размещен котел отопительный газовый, так и для питания электроэнергией его приборов автоматики, причем электричество вырабатывается посредством использования теплового потенциала продуктов сгорания природного газа, выбрасываемых в атмосферу, путем присоединения термоэлектрического генератора к патрубку выхода продуктов сгорания.