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, водоснабжения квартир в жилых домах и помещениях производственного назначения.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2344350, МПК F 24 Н 1/00, F23J 15/02, опубл. 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 тёмное время суток, для дежурного освещения помещения, где расположен находящийся в рабочем положении котел отопительный газовый, и/или на питание электроэнергией оборудования и автоматики для его обслуживания.

Известен котел отопительный газовый (см. патент РФ №2482399, МПК F24Н 1/00, опубл. 20.05.2013, Бюл. №14), 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, при этом патрубок выхода продуктов сгорания включает эжектор, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец частичного отвода процессов сгорания, который соединён 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 соединён с фланцем частичного отвода продуктов сгорания, а выход соединён с камерой смешивания эжектора.

Недостатком является снижение эффективности работы, обусловленное падением термоЭДС термоэлектрического генератора из-за рассеивания электрического потенциала «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар по длине проходного канала для продуктов сгорания вследствие налипания мелкодисперсных конденсирующихся частиц влаги, находящихся в продуктах сгорания природного газа и выпадающих из него по мере охлаждения. Кроме того, наливающие загрязнения на внутреннюю поверхность проходного канала для продуктов сгорания уменьшают его проходное сечение, что способствует возрастанию аэродинамического сопротивления термоэлектрического генератора и как следствие ухудшению процесса сгорания в топке с горелкой, сокращая теплоотдающую способность котла в целом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание эффективной работы котла на весь отопительный период за счёт обеспечения нормированного значения термоЭДС в результате устранения рассеивания электрического потенциала «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар по длине проходного канала для продуктов сгорания путём покрытия его внутренней поверхности и «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар диэлектриком из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной плёнки.

Технический результат достигается тем, что котёл отопительный газовый, 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, при этом патрубок выхода продуктов сгорания включает эжектор, установленный по ходу движения продуктов сгорания, и фланец частичного отвода процессов сгорания, который соединён 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 соединён с фланцем частичного отвода продуктов сгорания, а выход соединён с камерой смешивания эжектора, отличающийся тем, что «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар и внутренняя поверхность проходного канала для продуктов сгорания, на которой они расположены, покрыты диэлектриком из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной пленки.

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.З - корпус кассеты с боковыми стенками и зигзагообразными перегородками, на фиг.4 - разрез проходного канала для продуктов сгорания, внутренняя поверхность которого покрыта диэлектриком из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной плёнки.

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 насадкой 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 соединён 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 в 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 соединён с фланцем 21 частичного отвода продуктов сгорания, а выход 30 соединён с камерой 31 смешивания эжектора 20.

«Горячие» концы 26 комплекта дифференциальных термопар 25 и внутренняя поверхность 32 проходного канала 24 для продуктов сгорания, на которой они расположены, покрыты диэлектриком 33 из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной плёнки.

Котел отопительный газовый работает следующим образом.

В процессе сжигания природного газа образуется парообразная влага, которая по мере охлаждения продуктов сгорания конденсируется по длине проходного канала 24 для продуктов сгорания корпуса 23термоэлектрического генератора 22 (так при сжигании 1 м³ природного газа образуется около 2 м’ водяных паров см., например, стр. 153 Чепель В.М., Шур И.А. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий. Л.: Недра.- 1969). Образовавшаяся мелкодисперсная сконденсировавшаяся влага на внутренней поверхности 32 проходного канала 24 для продуктов сгорания коагулирует, укрупняется и образует конденсатную плёнку. В связи с тем, что «горячие» концы 26 комплекта дифференциальных термопар 25 расположены на внутренней поверхности 32 проходного канала 24 для продуктов сгорания, то наблюдается рассеивание энергетического потенциала «горячих» концов 26 комплекта дифференциальных термопар 25, так как вода является проводником электрического тока, в результате чего вырабатываемая термоэлектрическим генератором 22 термоЭДС уменьшается, что в конечном итоге снижает эффективность работы котла отопительного газового.

При покрытии «горячих» концов 26 комплекта дифференциальных термопар 25 диэлектриком 33 из оксида тантала рассеивание электрического потенциала не осуществляется (см., например, Химическая энциклопедия. Т4. М.: Советская энциклопедия. 1995. 446 с.).

Выполнение покрытия «горячих» концов 26 комплекта дифференциальных термопар 25 и внутренней поверхности 32 проходного канала 24 для продуктов сгорания, на которой они расположены, диэлектриком 33 из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной пленки способствует тому, что мелкодисперсные сконденсировавшиеся частицы влаги процесса охлаждения продуктов сгорания скользят по диэлектрику 33 без коагуляции и укрупнения (см., например, Литвинова Б.А. Саврук Е.Н. Наноразмерные плёнки оксида тантала, полученного ионно-плазменным методом // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике» - Томск. ТСХИ НГАУ, вып. 12. 2010. С. 299-301).

В результате наряду с предотвращением рассеивания электрического потенциала по длине проходного канала 24 для продуктов сгорания при защитном действии диэлектрика 33 из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной плёнки устраняется и коррозийное разрушение материала корпуса 23 термоэлектрического генератора 22 в связи с тем, что мелкодисперсные сконденсировавшиеся частицы влаги смещаются движущимся потоком природного газа от входа 29 до выхода 30 проходного канала 24 без образования «пятна» жидкости с коррозийными последствиями.

Из газовой сети природный газ низкого давления через систему автоматизации по газопроводу (на фиг. 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 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 комплекта 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 термоЭДС. При выполнении комплекта дифференциальных термопар 25 из хромель-копеля термоЭДС. 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 тёмное время суток помещения, где расположены котёл 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 А.М. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. М.: Энергоиздат, 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 конусообразную насаду 9. Воздушный поток атмосферного воздуха, окружающий вертикально установленную конусообразную насаду 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 технического решения заключается в том, что покрытие «горячих» концов комплекта дифференциальных термопар и внутренней поверхности проходного канала для продуктов сгорания, на которой они расположены, диэлектриком из оксида тантала в виде наноподобной стеклообразной плёнки обеспечивает поддержание эффективной работы котла отопительного газового при длительной эксплуатации с сохранением нормированных значений термоЭДС и коррозийной стойкости корпуса термоэлектрического генератора.