Контактно-поверхностный водонагреватель

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Автор Северянин Виталий Степанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Контактно-поверхностный водонагреватель, содержащий наполняемый водой корпус и устройство пульсирующего горения, при этом в верхней части корпуса вертикально расположен цилиндр без дна, в который тангенциально введен конец устройства пульсирующего горения, выше которого расположена диафрагма, над ней в цилиндре выполнены отверстия, над которыми установлен кольцевой душ, выполненный в виде тороидальной или другой круговой камеры с перфорированным дном, причем выше кольцевого душа закреплен выхлопной патрубок. 14943 1 2011.10.30 Контактно-поверхностный водонагреватель относится к энергетике и может быть использован для нагрева воды при атмосферном давлении в различных промышленных,коммунальных, бытовых агрегатах. Известны огневые контактно-поверхностные водонагреватели, в которых теплопередача от горячих продуктов сгорания идет как от поверхности стенок топки, так и за счет контакта продуктов сгорания с водой. В устройстве по 1 вода нагревается в водяной рубашке между корпусом и топкой и в контактной камере аналог состоит из водоохлаждаемой топки с газовыми горелками и расположенной над ней емкостью с керамическими кольцами, на которые подается вода, обдуваемая продуктами сгорания. Недостатки аналога - большой объем топки, значительное аэродинамическое сопротивление контактной камеры (емкости с насадкой - керамическими кольцами), что требует применения дутьевого вентилятора. В устройстве по 2, принятом за прототип, в качестве топки используется устройство пульсирующего горения, способное сжигать топливо в малом объеме, генерируя высокоскоростную струю горячих продуктов сгорания. Эта струя, действуя на поверхность воды,создает комплекс капель и брызг, чем интенсифицируется контактный тепломассообмен,причем без применения каких-либо насадок. Так образуется малогабаритный аппарат с незначительным аэродинамическим сопротивлением. Прототип состоит из корпуса, заполненного нагреваемой водой, и горелочного устройства в виде камеры пульсирующего горения, выходной конец которой расположен выше уровня воды в корпусе. Недостатки прототипа - недостаточное использование всех горячих элементов устройства пульсирующего горения для нагрева воды, вертикальная ориентация вихря газов над поверхностью воды, что ухудшает сепарацию капель и тепломассообмен, потеря теплоты с паром в выхлопе. Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы создать малогабаритный теплотехнический огневой аппарат с малым аэродинамическим сопротивлением для нагрева воды различного назначения, с высоким коэффициентом полезного действия. Технический результат - снижение расхода топлива, электроэнергии, капитальных затрат в системах горячего водоснабжения, использующих контактно-поверхностные водонагреватели. Это достигается тем, что контактно-поверхностный водонагреватель содержит наполняемый водой корпус и устройство пульсирующего горения, при этом в верхней части корпуса вертикально расположен цилиндр без дна, в который тангенциально введен конец устройства пульсирующего горения, выше которого расположена диафрагма, над ней в цилиндре выполнены отверстия, над которыми установлен кольцевой душ, выполненный в виде тороидальной или другой круговой камеры с перфорированным дном, причем выше кольцевого душа закреплен выхлопной патрубок. На фигуре представлена аксонометрическая схема предлагаемого контактноповерхностного водонагревателя, где обозначено 1 - корпус, 2 - устройство пульсирующего горения, 3 - цилиндр, 4 - диафрагма, 5 - отверстие, 6 - кольцевой душ с перфорированным дном, 7 - выхлопной патрубок, 8 - труба подачи воды, 9 - труба горячей воды, 10 регулятор уровня волнистые линии - уровни воды стрелки сплошная - вода, штриховые продукты сгорания, штрихпунктирные - топливо, двойная - воздух, точечная - пар зигзаг напряжение на свечу зажигания. Контактно-поверхностный водонагреватель состоит из металлического корпуса 1, в котором размещено устройство пульсирующего горения 2 (оно имеет форсунку с топливопроводом, свечу зажигания с электропроводами, аэродинамический клапан с пусковым вентилятором), верхний конец которого тангенциально введен в цилиндр 3 без дна, прикрепленный к крышке корпуса 1. В цилиндре 3 выше этого ввода смонтирована диафрагма 4 - это плоское кольцо, внутренний диаметр которого меньше диаметра цилиндра 3 для 2 14943 1 2011.10.30 образования тороидальной полости ниже нее. В цилиндре 3 выше диафрагмы 4 сделаны отверстия (показаны два, их может быть больше), могут бытьвставлены в них направляющие лопатки. Верхняя часть цилиндра 3 - это кольцевой душ 6 (тороидальная или другая круговая камера с перфорированным дном). Над цилиндром 3 закреплены выхлопной патрубок 7. К кольцевому душу 6 подсоединена труба подачи воды 8, а труба горячей воды 9 - к корпусу 1. Внутри корпуса 1 или вне его установлены регулятор уровня 10 (например, поплавкового типа), подсоединенный к водопроводу. Корпус 1 снабжен также переливной и дренажной трубами и люками для осмотра и ремонта. Контактно-поверхностный водонагреватель действует следующим образом. Корпус 1 регулятором уровня 10 из водопровода (обычная вода, без химической и др. обработки) заполняется до уровня, обозначенного волнистой чертой на фигуре (ниже уровня конца устройства пульсирующего горения 2 и выше трубы горячей воды, которая пока закрыта). Подается воздух (двойная стрелка), включается свеча зажигания (зигзаг),нагнетается топливо (штрихпунктирная стрелка). Устройство пульсирующего горения 2 начинает работать в заданном пульсационном режиме (амплитуда давления 2001000 кПа, частота 4070 герц, температура газов 8001200 С, средняя скорость 2070 м/сек, полное отсутствие недожогов). В цилиндр 3 входит струя газов (штриховая стрелка), образуя под диафрагмой 4 вращающийся тор из капель и брызг. Нагретая здесь вода вытекает из нижнего края цилиндра 3 в общую массу воды, т.к. ее уровень приподнимается за счет вращения в цилиндре 3. Основной нагрев воды происходит за счет поверхностей горячих элементов устройства пульсирующего горения 2 внизу корпуса 1. Отвод горячей воды потребителю производится через трубу горячей воды 9. Холодная вода (или слабонагретая как обратная системы отопления) подается трубой подачи воды 8 в кольцевой душ 6 с перфорированным дном и вытекает из его отверстий вниз. Здесь она предварительно прогревается паром (точечная стрелка), образующимся при прогреве воды, выходящим из отверстий 5, обдувающим эти струи и конденсирующимся в них. Так предотвращаются потери тепла с паром. Продукты сгорания с остаточным паром удаляются выхлопным патрубком 7. Подпитка водонагревателя водой осуществляется из водопровода регулятором уровня 10. Ожидаемые характеристики работы водонагревателя расход топлива (соляр, печное и т.п.) 515 кг/час, тепловая мощность 80120 кВт, нагрев воды 8095 С, расход воды 6001100 кг/час, КПД по высшей теплоте сгорания 8090 . Экономическая эффективность заключается в использовании жидкого топлива при контактном нагреве взамен газообразного, уменьшении текущих и капитальных затрат в системах горячего водоснабжения (расход топлива, электроэнергии, легированных сталей). Источники информации 1. Соснин Ю.П., Бухаркин Н.Н. Высокоэффективные газовые контактные водонагреватели. - М. Стройиздат, 1988. - С. 68-83, рис. 1.41., 1.44 (аналог). 2. Контактный водоподогреватель А.с. СССР 1663334, МПК 24 1/10, 1989 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3