[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2782081C1 - Hybrid wall gas-electric boiler - Google Patents

Hybrid wall gas-electric boiler Download PDF

Info

Publication number
RU2782081C1
RU2782081C1 RU2022101625A RU2022101625A RU2782081C1 RU 2782081 C1 RU2782081 C1 RU 2782081C1 RU 2022101625 A RU2022101625 A RU 2022101625A RU 2022101625 A RU2022101625 A RU 2022101625A RU 2782081 C1 RU2782081 C1 RU 2782081C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heating
boiler
hot water
electric
thermal
Prior art date
Application number
RU2022101625A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Леонидович Торопов
Original Assignee
Алексей Леонидович Торопов
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Леонидович Торопов filed Critical Алексей Леонидович Торопов
Application granted granted Critical
Publication of RU2782081C1 publication Critical patent/RU2782081C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of heat power engineering of autonomous heat supply systems for producing hot water for heating and hot water supply. A wall-mounted boiler is proposed that operates with two sources of thermal energy: the energy of combustion of gaseous fuel at high power and the electric energy of thermal electric heating elements at low power. In the return line of the gas boiler, after the circulation pump, to the main heat exchanger of the gas boiler, a flow-through block of thermal electric heating is installed. To reduce heat losses through the chimney, an air valve is installed in the design of the hybrid wall-mounted boiler.
EFFECT: implementation of the invention makes it possible to create a hybrid wall-mounted gas-electric boiler operating in heating mode with a modulation equal to 50, which makes it possible to achieve the highest energy efficiency of wall-mounted boilers.
4 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Изобретение относится к области теплоэнергетики автономных систем теплоснабжения для получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления и горячего водоснабжения. Заявляемая конструкция может быть использована в промышленном и гражданском строительстве для отопления и горячего водоснабжения в автономных передвижных и стационарных объектах при выработке тепловой энергии за счет сжигания топливного газа и нагрева с помощью электрической энергии. В том числе в автономных системах отопления и горячего водоснабжения многоквартирных зданий с разной высотой.The invention relates to the field of heat power engineering of autonomous heat supply systems for obtaining thermal energy in the form of hot water for heating and hot water supply. The claimed design can be used in industrial and civil construction for heating and hot water supply in autonomous mobile and stationary facilities in the production of thermal energy by burning fuel gas and heating with electrical energy. Including in autonomous heating and hot water supply systems of multi-apartment buildings with different heights.

Уровень техникиState of the art

Для теплоснабжения индивидуальных домов и квартир в качестве теплогенерирующего устройство часто используют газовые двухконтурные котлы, содержащие контур отопления и контур подготовки горячей воды. Необходимая тепловая мощность котла определяется размером отапливаемого помещения, количеством жильцов, местом расположения объекта и общими тепловыми потерями ограждающей конструкции дома. В большинстве случаев, для проживания одной семьи максимальная мощность теплогенератора не превышает 40 киловатт в час. С точки зрения экологии, выбросов парниковых газов, энергоэффективности в настоящее время наиболее эффективными являются газовые котлы с широким диапазоном изменения (модуляции) тепловой мощности. Конвекционные газовые котлы составляют 98% российского рынка отопительного оборудования, имеют диапазон изменения мощности от 40% до 100%, конденсационные котлы, составляющие оставшиеся 2% российского рынка, обладают возможностью регулировать тепловую мощность от 20% до 100%. Настенные газовые котлы мощностью до 24 киловатт нашли широкое распространение, как альтернатива централизованному теплоснабжению квартир в многоэтажных домах. Общее количество таких автономных систем теплоснабжения в Российской Федерации составляет около 3 миллионов.For heat supply of individual houses and apartments, gas double-circuit boilers are often used as a heat generating device, containing a heating circuit and a hot water preparation circuit. The required heat output of the boiler is determined by the size of the heated room, the number of residents, the location of the facility and the total heat loss of the building envelope. In most cases, for a single family, the maximum power of the heat generator does not exceed 40 kilowatts per hour. From the point of view of ecology, greenhouse gas emissions, energy efficiency, gas boilers with a wide range of changes (modulation) of thermal power are currently the most efficient. Convection gas boilers account for 98% of the Russian market for heating equipment, have a power variation range from 40% to 100%, condensing boilers, which make up the remaining 2% of the Russian market, have the ability to regulate thermal output from 20% to 100%. Wall-mounted gas boilers with a capacity of up to 24 kilowatts are widely used as an alternative to centralized heating of apartments in multi-storey buildings. The total number of such autonomous heat supply systems in the Russian Federation is about 3 million.

В автономных системах теплоснабжения объектов площадью до 100 квадратных метров, в большинстве случаев, используются двухконтурные настенные газовые котлы с возможностью применения одного теплового генератора для контура системы отопления (первый контур) и второго теплового генератора для подготовки горячей воды (второй контур). Газообразное топливо сгорает в камере с помощью горелочного устройства и нагревает теплообменник, по которому, под действием циркуляционного насоса, движется теплоноситель. Далее нагретый теплоноситель с помощью распределительного крана направляется в контур отопления для передачи тепловой энергии отопительным приборам отапливаемых помещений или в контур подготовки горячей воды для нагрева через второй теплообменник проточной холодной воды системы водоснабжения. Проблема работы газовых котлов автономных систем теплоснабжения заключаются в том, что расчет мощности тепловых генераторов по существующим в настоящее время нормативам выполняется из расчета обеспечением тепла при температуре окружающего атмосферного воздуха, соответствующей минимальной пятидневной температуре за последние 50 лет. Учитывая потепление климата в последние годы, а также то, что отопительный период длится от 5 до 7 месяцев в году, большую часть отопительного периода котельные установки должны работать в режиме, составляющем в 10 раз меньше, чем максимальная (расчетная) мощность котла. В частности, для квартир в многоэтажных домах, расположенных в центральной полосе РФ, площадью 45 квадратных метров максимальные тепловые потери при температуре окружающего воздуха минус 25 градусов Цельсия составляют не более 2,5 киловатт в час, а средние тепловые потери за отопительный период составляют 1,2 киловатта в час. 2-3 месяца в отопительном периоде года тепловые потери составляют менее 1 киловатта в час, что в 25 раз ниже мощности котла. Существующие газовые котлы не могут работать, как было указано выше, при таких маленьких тепловых нагрузках. Котлы переходят в режим работы постоянного включения - выключения, количество которых может составлять до 20 раз в час. Данный режим работы является нерасчетным и приводит к преждевременному выходу котла из строя. Работа газовых котлов в прерывистом режиме сопровождается резким снижением энергетической эффективности и повышенным выбросом угарного газа и других парниковых газов. Необходимо создать конструкцию, позволяющую обеспечить работу теплового генератора в широком диапазоне вырабатываемой мощности, составляющей до 50 раз, то есть мощность котла должна изменяться от 2% до 100%. Существующие конструкции газовых горелок любых газовых котлов не позволяют обеспечить такой широкий диапазон изменения мощности тепловой генерации. Известен двухконтурный настенный газовый котел, содержащий вентилятор, главный теплообменник, контрольный датчик температуры, газовую горелку, электрозапальник, блок электронного регулирования, датчик протока нагреваемой воды для горячего водоснабжения, газовый вентиль, датчик температуры нагреваемой воды для горячего водоснабжения, запорный электромагнитный клапан контура отопительной воды, запорный электромагнитный клапан вторичного теплообменника, датчик давления отопительной воды, датчик работы вентилятора, автоматический выпускной клапан, предохранительный клапан, вторичный теплообменник, водяной насос, напорную трубу контура отопительной воды, возвратную трубу контура отопительной воды, трубу подачи нагретой воды для горячего водоснабжения, трубу подачи холодной воды для нагрева, трубу подпитки, обратный клапан подпиточную трубу, обратный клапан возвратной трубы, запорный электромагнитный клапан вторичного теплообменника, подпиточный насос, бак с подпиточной водой, (см. патент на полезную модель RU №160237 U1, МПК F24H 1/00 от 24.03.2015 г.).In autonomous heat supply systems of objects with an area of up to 100 square meters, in most cases, double-circuit wall-mounted gas boilers are used with the possibility of using one heat generator for the heating circuit (primary circuit) and a second heat generator for preparing hot water (second circuit). Gaseous fuel burns in the chamber with the help of a burner and heats the heat exchanger, through which, under the action of the circulation pump, the coolant moves. Next, the heated coolant is sent to the heating circuit with the help of a distribution valve to transfer thermal energy to the heating devices of heated rooms or to the hot water preparation circuit for heating through the second cold water heat exchanger of the water supply system. The problem of operation of gas boilers of autonomous heat supply systems lies in the fact that the calculation of the power of heat generators according to currently existing standards is carried out on the basis of providing heat at an ambient temperature corresponding to the minimum five-day temperature over the past 50 years. Given the warming of the climate in recent years, as well as the fact that the heating period lasts from 5 to 7 months a year, most of the heating period, boiler plants should operate in a mode that is 10 times less than the maximum (calculated) power of the boiler. In particular, for apartments in multi-storey buildings located in the central strip of the Russian Federation, with an area of 45 square meters, the maximum heat loss at an ambient temperature of minus 25 degrees Celsius is no more than 2.5 kilowatts per hour, and the average heat loss during the heating period is 1. 2 kilowatts per hour. 2-3 months in the heating period of the year, heat losses are less than 1 kilowatt per hour, which is 25 times lower than the boiler power. Existing gas boilers cannot operate, as mentioned above, with such small heat loads. The boilers go into the operating mode of constant on-off, the number of which can be up to 20 times per hour. This mode of operation is off-design and leads to premature failure of the boiler. The operation of gas boilers in intermittent mode is accompanied by a sharp decrease in energy efficiency and increased emissions of carbon monoxide and other greenhouse gases. It is necessary to create a design that allows the heat generator to operate in a wide range of generated power, up to 50 times, that is, the boiler power must vary from 2% to 100%. The existing designs of gas burners of any gas boilers do not allow for such a wide range of changes in the power of thermal generation. A double-circuit wall-mounted gas boiler is known, containing a fan, a main heat exchanger, a temperature control sensor, a gas burner, an electric igniter, an electronic control unit, a heated water flow sensor for hot water supply, a gas valve, a heated water temperature sensor for hot water supply, a shut-off solenoid valve for the heating water circuit , shut-off solenoid valve of the secondary heat exchanger, heating water pressure sensor, fan operation sensor, automatic drain valve, safety valve, secondary heat exchanger, water pump, pressure pipe of the heating water circuit, return pipe of the heating water circuit, hot water supply pipe for domestic hot water, pipe cold water supply for heating, make-up pipe, make-up pipe check valve, return pipe check valve, secondary heat exchanger shut-off solenoid valve, make-up pump, make-up water tank, (see patent for utility model RU No. 160237 U1, IPC F24H 1/00 dated March 24, 2015).

Недостатком изобретения является то, что данный котел относится к конвекционным газовым котлам с диапазоном регулирования мощности от 40% до 100%, что не позволяет конструкции обеспечивать необходимый уровень компенсации тепловых потерь помещения при минимальных расчетных температурах и при температуре атмосферного воздуха в осенне-весенний период. Большую часть отапливаемого периода времени в году данный котел работает в режиме включения-выключения, что приводит к снижению энергетической эффективности, повышенным выбросам парниковых газов и дополнительным экономическим затратам.The disadvantage of the invention is that this boiler belongs to convection gas boilers with a power control range from 40% to 100%, which does not allow the design to provide the necessary level of compensation for heat losses in the room at the minimum design temperatures and at atmospheric air temperature in the autumn-spring period. Most of the heated period of the year, this boiler operates in on-off mode, which leads to reduced energy efficiency, increased greenhouse gas emissions and additional economic costs.

Наиболее близким по технической сути является патент КОНСТРУКЦИЯ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ (RU №2496061 С2, МПК F24H 1/20, опубликовано 20.10.2013, Бюл. №29).The closest in technical essence is the patent DESIGN OF THE WATER HEATER (RU No. 2496061 C2, IPC F24H 1/20, published on October 20, 2013, Bull. No. 29).

Водонагревательная система с газовым водонагревательным устройством, которое подключено к впускной трубе для холодной воды и к выпускной трубе для горячей воды, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электрический водонагреватель накопительного типа, встроенный по последовательной схеме в выпускную трубу для горячей воды и снабженный термостатом. Электрический водонагреватель установлен внутри газового водонагревательного устройства. Накопительная емкость электрического водонагревателя имеет накопительный объем менее 20 л.A water heating system with a gas-fired water heater connected to a cold water inlet pipe and a hot water outlet pipe, characterized in that it additionally contains an electric storage-type water heater built in series into the hot water outlet pipe and equipped with a thermostat. An electric water heater is installed inside a gas water heater. The storage capacity of the electric water heater has a storage capacity of less than 20 liters.

Недостатками данной конструкции является то, что она предназначена только для подготовки горячей воды и не решает вопросы отопления. Электрический водонагреватель, встроенный в котел, объемного типа, а основное назначение системы сгладить скачки температуры нагреваемой проточной воды в моменты начала потребления горячей воды или в периоды резкого изменения объема потребления. В данном конструктивном решении рассматривается только один момент - подготовки горячей воды. Не рассматриваются вопросы энергоэффективности при отоплении помещения, величины выбросов парниковых газов.The disadvantages of this design is that it is intended only for the preparation of hot water and does not solve heating issues. The electric water heater built into the boiler is of a volumetric type, and the main purpose of the system is to smooth out the temperature fluctuations of the heated running water at the start of hot water consumption or during periods of a sharp change in the volume of consumption. In this constructive solution, only one point is considered - the preparation of hot water. The issues of energy efficiency in space heating, the amount of greenhouse gas emissions are not considered.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Задачей предлагаемого изобретения является разработка котла, имеющего диапазон модуляции в полном диапазоне изменения вырабатываемой тепловой энергии. Решить данный вопрос за счет использования одного вида топлива, как источника энергии, затруднительно. Широчайшим диапазоном регулирования обладают электрические котлы. В них достаточно просто реализовать возможность изменения вырабатываемой мощности, однако, электричество - один из самых дорогих видов топлива. В настоящее время большая часть электрической энергии вырабатывается на газотурбинных установках, сжигающих газ, и теплоэлектростанциях, сжигающих уголь, при этом выделяется большое количество парниковых газов. Основная часть энергии при таком способе получения электричества уходит в тепло, а в электрическую энергию превращается только около 35%. Наиболее эффективные и экологически чистые способы получения тепловой энергии заключаются в сжигании газообразного топлива и преобразования выделяемого тепла в тепловую энергию в современных конвекционных и, особенно, в конденсационных котлах. Коэффициент полезного действия таких систем составляет от 80% до 94% по отношению к высшей теплотворной способности сжигаемого газа. Однако, как было указано выше, газовые котлы, даже конденсационные, не способны работать при низких значениях тепловой нагрузки, составляющей менее 10% от максимальной мощности котельной установки. В индивидуальных домах малой площади, квартирах в многоквартирных домах более четверти отопительного сезона, а этот период составляет до двух месяцев в году, необходимая тепловая энергия на отопление составляет менее одного киловатта в час. Автономные котлы малой мощности, применяемые для таких помещений, одновременно используются и для отопления, и для подготовки горячей воды. Необходимая тепловая мощность на подготовку горячей воды значительно превышает мощность для отопления даже в максимально холодный период времени года. В осенне-весенний период необходимая мощность на отопление составляет около 5% от максимальной мощности котла. Данный уровень мощности газовые котлы любой конструкции не могут поддерживать. Для реализации поставленной задачи целесообразно использовать гибридные котлы, использующие возможность работы на двух и более источниках тепловой энергии. Предлагается гибридный котел, работающий в диапазоне мощности полной нагрузки от 2% до 40% для конвекционных котлов и от 2% до 20% для конденсационных котлов, работающий на электрическом нагреве и для выше указанных диапазонов - на газообразном топливе. Применительно к варианту газового котла мощностью 24 киловатта в час гибридный котел при работе на отопление в диапазоне от 2% до 40% для конвекционных котлов, что соответствует нагрузке до 10 киловатт в час, работает как электрический котел, а при более высокой нагрузке - как газовый. Для конденсационных котлов данный диапазон соответствует: до 5 киловатт в час как электрический, при более высоких нагрузках - как газовый.The objective of the present invention is to develop a boiler having a modulation range in the full range of changes in the generated thermal energy. It is difficult to solve this issue by using one type of fuel as an energy source. Electric boilers have the widest range of regulation. It is quite simple to implement the possibility of changing the generated power in them, however, electricity is one of the most expensive types of fuel. Currently, most of the electrical energy is generated by gas turbines that burn gas and thermal power plants that burn coal, while emitting large amounts of greenhouse gases. The main part of the energy with this method of generating electricity goes into heat, and only about 35% is converted into electrical energy. The most efficient and environmentally friendly ways to generate thermal energy are to burn gaseous fuels and convert the generated heat into thermal energy in modern convection and, especially, condensing boilers. The efficiency of such systems ranges from 80% to 94% with respect to the gross calorific value of the combusted gas. However, as mentioned above, gas boilers, even condensing ones, are not able to operate at low heat loads, which are less than 10% of the maximum power of the boiler plant. In individual houses of small area, apartments in apartment buildings for more than a quarter of the heating season, and this period is up to two months a year, the required thermal energy for heating is less than one kilowatt per hour. Autonomous low-power boilers used for such premises are simultaneously used for both heating and hot water preparation. The required thermal power for the preparation of hot water significantly exceeds the power for heating even in the coldest period of the year. In the autumn-spring period, the required heating capacity is about 5% of the maximum boiler capacity. Gas boilers of any design cannot support this power level. To implement the task, it is advisable to use hybrid boilers that use the ability to work on two or more sources of thermal energy. A hybrid boiler is offered, operating in the full load power range from 2% to 40% for convection boilers and from 2% to 20% for condensing boilers, operating on electrical heating and, for the above ranges, on gaseous fuels. With regard to the option of a gas boiler with a capacity of 24 kilowatts per hour, a hybrid boiler, when working for heating in the range from 2% to 40% for convection boilers, which corresponds to a load of up to 10 kilowatts per hour, works like an electric boiler, and at a higher load - like a gas boiler . For condensing boilers, this range corresponds to: up to 5 kilowatts per hour as electric, at higher loads - as gas.

Технический результат поставленной задачи решается созданием гибридной конструкции настенного котла, работающего с двумя источниками тепловой энергии: энергии сгорания газообразного топлива при больших мощностях и электрической энергии тепловых электрических нагревательных элементов, размещенных в проточном блоке теплового электрического нагрева, который установлен в обратную магистраль газового котла, после циркуляционного насоса, до главного теплообменника газового котла. Применение данной конструкции гибридного настенного котла позволяет снизить суммарные выбросы парниковых газов, поскольку при работе традиционного газового котла на малой мощности генерация тепла происходит в режиме постоянного включения - выключения (тактования). Данный режим работы сопровождается резким снижением КПД - до 25%, сокращение срока службы котла до двух раз.The technical result of the task is solved by creating a hybrid design of a wall-mounted boiler operating with two sources of thermal energy: the energy of combustion of gaseous fuel at high power and the electric energy of thermal electric heating elements located in the flow block of thermal electric heating, which is installed in the return line of the gas boiler, after circulation pump, to the main heat exchanger of the gas boiler. The use of this design of a hybrid wall-mounted boiler makes it possible to reduce total greenhouse gas emissions, since when a traditional gas boiler operates at low power, heat is generated in the mode of constant on-off (clocking). This mode of operation is accompanied by a sharp decrease in efficiency - up to 25%, reducing the life of the boiler up to two times.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На чертеже представлена схема гибридного настенного газово-электрического котла, состоящего из двух контуров.The drawing shows a diagram of a hybrid wall-mounted gas-electric boiler, consisting of two circuits.

Конструкция котла состоит из:The design of the boiler consists of:

- главного теплообменника 1;- main heat exchanger 1;

- камеры сгорания 2 настенного котла;- combustion chambers of 2 wall-mounted boilers;

- горелки 3 для нагрева теплоносителя в результате сгорания газообразного топлива;- burners 3 for heating the coolant as a result of combustion of gaseous fuel;

- вентилятора 4 для удаления продуктов сгорания;- fan 4 to remove combustion products;

- внутреннего трубопровода подачи 5;- internal supply pipeline 5;

- внутреннего трубопровода обратной магистрали 7;- internal pipeline return line 7;

- циркуляционного насоса 6;- circulation pump 6;

- расширительного бака 8 для компенсации температурных расширений теплоносителя;- expansion tank 8 to compensate for thermal expansion of the coolant;

- трехходового крана 9 переключения режимов подготовки горячей воды и отопления;- three-way valve 9 for switching hot water and heating modes;

- пластинчатого теплообменника подготовки горячей воды 10;- plate heat exchanger for hot water preparation 10;

- предохранительного клапана 11 сброса давления;- pressure relief valve 11;

- воздухоудалительного клапана 12;- air valve 12;

- клапана заполнения и подпитки контура 13;- valve for filling and feeding circuit 13;

- патрубков подключения потребления горячей воды: выходного 14 и входного 15;- branch pipes for connecting hot water consumption: outlet 14 and inlet 15;

- патрубка подачи 16 отопительного контура;- supply pipe 16 of the heating circuit;

- обратного патрубка 17 отопительного контура;- return pipe 17 of the heating circuit;

- блока теплового электрического нагрева 18 для нагрева теплоносителя;- block of thermal electric heating 18 for heating the coolant;

- канала протока теплоносителя 19, выполненного в виде змеевика;- coolant flow channel 19, made in the form of a coil;

- тепловых электрических нагревательных элементов 20;- thermal electric heating elements 20;

- воздушного клапана 21 дымоудаления.- air valve 21 for smoke removal.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Настенный газовый котел работает в двух режимах: подготовка горячей воды в системе горячего водоснабжения (ГВС) и отопления (нагрева теплоносителя контура отопительных приборов).The wall-mounted gas boiler operates in two modes: preparation of hot water in the hot water supply system (DHW) and heating (heating of the coolant of the heating circuit).

При работе гибридного котла в режиме отопления (нагрева теплоносителя контура отопительных приборов) возможны два режима.When the hybrid boiler is operating in heating mode (heating the heating medium of the heating circuit), two modes are possible.

Если потребная тепловая мощность котла для компенсации тепловых потерь помещения менее 10 киловатт в час для конвекционных котлов мощностью 24 киловатта в час, то газовая горелка 3 не работает. Нагрев теплоносителя производится в блоке теплового электрического нагрева 18. Теплоноситель поступает в котел через обратный патрубок 17, проходит последовательно клапана заполнения и подпитки контура 13, воздухоудалительный клапан 12, предохранительный клапан 11 сброса давления. Компенсация температурных расширений теплоносителя производится расширительным баком 8 компенсации. Движение теплоносителя производится циркуляционным насосом 6. Теплоноситель поступает в блок теплового электрического нагрева 18 и движется по трубчатому каналу протока теплоносителя 19, выполненному в виде змеевика. В блоке теплового электрического нагрева 18 также расположены тепловые электрические нагревательные элементы 20. Для передачи тепловой энергии от тепловых электрических нагревательных элементов 20 к трубчатому каналу протока теплоносителя 19, выполненному в виде змеевика, пространство между ними в блоке теплового электрического нагрева 18 заполнено материалом с высокой теплопроводностью. Далее нагретый теплоноситель по внутреннему трубопроводу обратной магистрали 7, главному теплообменнику 1, внутреннему трубопроводу подачи 5, минуя трехходовой кран 9 переключения режимов подготовки горячей воды и отопления, установленный в положении для отопления, поступает через патрубок подачи 16 отопительного контура в контур отопительных приборов (на рисунке не показан). Для исключения тепловых потерь через дымоход (на рисунке не показаны) после вентилятора 4 для удаления продуктов сгорания установлен воздушный клапан 21 дымоудаления.If the required thermal power of the boiler to compensate for the heat losses of the room is less than 10 kilowatts per hour for convection boilers with a capacity of 24 kilowatts per hour, then the gas burner 3 does not work. The coolant is heated in the thermal electric heating unit 18. The coolant enters the boiler through the return pipe 17, passes successively the filling and make-up valves of the circuit 13, the air vent valve 12, and the pressure relief valve 11. Compensation for thermal expansion of the coolant is carried out by the expansion tank 8 compensation. The movement of the coolant is carried out by the circulation pump 6. The coolant enters the thermal electric heating unit 18 and moves along the tubular channel of the coolant flow 19, made in the form of a coil. Thermal electric heating elements 20 are also located in the thermal electric heating unit 18. To transfer thermal energy from the thermal electric heating elements 20 to the tubular channel of the coolant flow 19, made in the form of a coil, the space between them in the thermal electric heating unit 18 is filled with a material with high thermal conductivity . Further, the heated coolant through the internal return pipeline 7, the main heat exchanger 1, the internal supply pipeline 5, bypassing the three-way valve 9 for switching the hot water preparation and heating modes, installed in the heating position, enters through the supply pipe 16 of the heating circuit into the heating circuit (on not shown). To exclude heat losses through the chimney (not shown in the figure), an air damper 21 for smoke removal is installed after the fan 4 to remove combustion products.

В случае если потребная мощность предлагаемого гибридного котла превышает 10 киловатт в час, то блок теплового электрического нагрева 18 теплоносителя отключается, воздушный клапан 21 дымоудаления открывается, включается вентилятор 4 для удаления продуктов сгорания и поджигается газовая горелка 3. Происходит нагрев теплоносителя в главном теплообменнике 1 камеры сгорания 2 настенного котла.If the required power of the proposed hybrid boiler exceeds 10 kilowatts per hour, then the thermal electric heating unit 18 of the coolant is turned off, the smoke exhaust air valve 21 opens, the fan 4 turns on to remove combustion products and the gas burner 3 is ignited. The coolant is heated in the main heat exchanger 1 of the chamber combustion of 2 wall-mounted boilers.

Применение двух источников энергии: электрического при потребной тепловой мощности до 10 киловатт и энергии сжигания горючего газа при большем значении потребной тепловой мощности, позволяет создать гибридный настенный газово-электрический котел, работающий в режиме отопления (нагрева теплоносителя контура отопительных приборов) с модуляцией (диапазоном изменения тепловой мощности), равной 50, что позволяет достигать наивысших показателей энергетической эффективности настенных котлов.The use of two energy sources: electric with a required thermal power of up to 10 kilowatts and the energy of burning combustible gas with a higher value of the required thermal power, allows you to create a hybrid wall-mounted gas-electric boiler operating in heating mode (heating the coolant of the heating circuit) with modulation (change range thermal power) equal to 50, which allows you to achieve the highest energy efficiency of wall-mounted boilers.

В режиме подготовки горячей воды системы горячего водоснабжения (ГВС) данный котел работает исключительно на газу, создавая максимальную тепловую мощность. Переключение на режим работы подготовки горячей воды в системе горячего водоснабжения (ГВС) выполняется трехходовым краном 9, который направляет поток нагретого теплоносителя, возникающего в теплообменнике 1 камеры сгорания 2 настенного котла с помощью горелки 3, в пластинчатый теплообменник подготовки горячей воды 10. Холодная вода поступает через входной патрубок 15. Горячая вода, нагретая в теплообменнике подготовки горячей воды 10, поступает потребителю через выходной патрубок 14. В режиме работы котла для подготовки горячей воды в системе горячего водоснабжения (ГВС) воздушный клапан 21 дымоудаления постоянно открыт.In the hot water preparation mode of the hot water supply system (DHW), this boiler operates exclusively on gas, creating maximum heat output. Switching to the hot water preparation mode in the hot water supply system (DHW) is performed by a three-way valve 9, which directs the flow of heated coolant that occurs in the heat exchanger 1 of the combustion chamber 2 of the wall-mounted boiler using burner 3 to the plate heat exchanger for hot water preparation 10. Cold water enters through the inlet pipe 15. Hot water heated in the hot water preparation heat exchanger 10 enters the consumer through the outlet pipe 14. In the mode of operation of the boiler for preparing hot water in the hot water supply system (DHW), the smoke exhaust air valve 21 is constantly open.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The present invention in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:

- применение двух источников энергии: электрического и энергии сжигания газообразного топлива позволяет создать гибридный настенный газово-электрический котел, работающий в режиме отопления с модуляцией равной 50, что позволяет достигать наивысшие показатели энергетической эффективности настенных котлов;- the use of two energy sources: electric and gaseous fuel combustion energy allows you to create a hybrid wall-mounted gas-electric boiler operating in heating mode with a modulation of 50, which allows you to achieve the highest energy efficiency of wall-mounted boilers;

- пониженным выбросом парниковых газов;- reduced greenhouse gas emissions;

- сохранением ресурса работы котла;- preservation of the resource of the boiler;

- уменьшением тепловых потерь черед дымоход.- reduction of heat losses through the chimney.

Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».Since the claimed invention differs from the closest analogue by a number of essential features, it meets the condition of patentability "novelty".

В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость»The claimed invention is based on the known laws of the material world, which allows us to assert that the invention meets the condition of "industrial applicability"

Поскольку из уровня техники не известен гибридный настенный газово-электрический котел, можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».Since a hybrid wall-mounted gas-electric boiler is not known from the prior art, it can be concluded that the claimed device complies with the “inventive step” patentability condition.

Claims (4)

1. Настенный газово-электрический котел для отопления и подготовки горячей воды, содержащий главный теплообменник, газовую горелку, вентилятор, расширительный бак, циркуляционный насос, предохранительный клапан, воздухоудалительный клапан, внутренние трубопроводы котла, патрубки присоединения контуров отопления и горячего водоснабжения, трехходовой кран переключения режимов подготовки горячей воды и отопления, отличающийся тем, что конструкция котла выполнена гибридной, использующей два источника энергии: электрическую для выработки тепловой энергии при мощности от нуля до 40 процентов максимальной мощности котла и энергию сгорания газообразного топлива при мощности от 40 до 100 процентов максимальной мощности котла, для реализации чего во внутренний трубопровод обратной магистрали встроен блок теплового электрического нагрева.1. A wall-mounted gas-electric boiler for heating and hot water preparation, containing a main heat exchanger, a gas burner, a fan, an expansion tank, a circulation pump, a safety valve, an air vent valve, boiler internal pipelines, pipes for connecting heating and hot water circuits, a three-way switching valve modes of preparation of hot water and heating, characterized in that the design of the boiler is hybrid, using two sources of energy: electric to generate thermal energy at a power of from zero to 40 percent of the maximum power of the boiler and the combustion energy of gaseous fuel at a power of 40 to 100 percent of the maximum power boiler, for the implementation of which a block of thermal electric heating is built into the internal pipeline of the return line. 2. Настенный газово-электрический котел для отопления и подготовки горячей воды по п. 1, отличающийся тем, что канал протока теплоносителя в блоке теплового электрического нагрева выполнен в виде змеевика.2. Wall-mounted gas-electric boiler for heating and hot water preparation according to claim 1, characterized in that the coolant flow channel in the thermal electric heating unit is made in the form of a coil. 3. Настенный газово-электрический котел для отопления и подготовки горячей воды по п. 1, отличающийся тем, что в блоке теплового электрического нагрева пространство между тепловыми электрическими нагревательными элементами и змеевиком заполнено материалом с высокой теплопроводностью.3. Wall-mounted gas-electric boiler for heating and hot water preparation according to claim 1, characterized in that in the thermal electric heating unit, the space between the thermal electric heating elements and the coil is filled with a material with high thermal conductivity. 4. Настенный газово-электрический котел для отопления и подготовки горячей воды по п. 1, отличающийся тем, что установлен воздушный клапан, закрытый в режиме работы отопления при выработке тепловой энергии электрическим источником и полностью открытый в режиме работы при выработке тепловой энергии при сгорании газообразного топлива.4. Wall-mounted gas-electric boiler for heating and hot water preparation according to claim 1, characterized in that an air valve is installed, which is closed in the heating mode when generating thermal energy by an electric source and is fully open in the operating mode when generating thermal energy by burning gaseous fuel.
RU2022101625A 2022-01-25 Hybrid wall gas-electric boiler RU2782081C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782081C1 true RU2782081C1 (en) 2022-10-21

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115993002A (en) * 2022-12-05 2023-04-21 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 Gas-electricity dual-purpose heating water heater
RU218421U1 (en) * 2023-02-01 2023-05-25 Алексей Леонидович Торопов HYBRID WALL GAS-ELECTRIC BOILER FOR APARTMENT HEATING

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835269B1 (en) * 2017-06-01 2018-03-08 (주)대우건설 Hybrid boiler for low-carbon and Eco-friendly, and the control method thereof
RU184497U1 (en) * 2017-08-17 2018-10-29 Общество с ограниченной ответственностью "ТИНТА" Gas-fired boiler
RU202053U1 (en) * 2020-10-29 2021-01-28 Акционерное общество "Алатырский механический завод" COMBINED BOILER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835269B1 (en) * 2017-06-01 2018-03-08 (주)대우건설 Hybrid boiler for low-carbon and Eco-friendly, and the control method thereof
RU184497U1 (en) * 2017-08-17 2018-10-29 Общество с ограниченной ответственностью "ТИНТА" Gas-fired boiler
RU202053U1 (en) * 2020-10-29 2021-01-28 Акционерное общество "Алатырский механический завод" COMBINED BOILER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Комбинированный котел газ электричество, 23.07.2017, https://teplosten24.ru/kombinirovannyj-kotel-gaz-elektrichestvo.html. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115993002A (en) * 2022-12-05 2023-04-21 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 Gas-electricity dual-purpose heating water heater
RU218421U1 (en) * 2023-02-01 2023-05-25 Алексей Леонидович Торопов HYBRID WALL GAS-ELECTRIC BOILER FOR APARTMENT HEATING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204100217U (en) Power economized boiler
RU2782081C1 (en) Hybrid wall gas-electric boiler
CN201983415U (en) Secondary heat exchange type fuel-gas water heater
Van der Veken et al. Economy, energy and ecology based comparison of heating systems in dwellings
RU218421U1 (en) HYBRID WALL GAS-ELECTRIC BOILER FOR APARTMENT HEATING
CN202630202U (en) Solar energy-gas dual-energy household heating system
RU203004U1 (en) WALL-MOUNTED CONVECTION GAS BOILER FOR APARTMENT HEATING WITH DOUBLE-WALL ATMOSPHERIC BURNER
Toropov Gas-electric hybrid wall-mounted boiler
CN105387507B (en) Energy saving and environment friendly combustion gas condensation module heating unit
CN209801772U (en) Boiler system for burning methanol in bio-pharmaceuticals
RU133566U1 (en) STEAM GAS INSTALLATION
CN210688157U (en) Steam system
CN201724312U (en) Heating device with solar energy water heater and coal burning boiler for complementation
CN205245299U (en) Energy -concerving and environment -protective type gas condensation module unit heater
Medved et al. Best Available Technologies (BAT) for On-Site and Near-by Generation of Heat for NZEB
CN206890647U (en) Efficient general biomass fuel heating installation
CN210089159U (en) Multi-energy complementary intelligent heat energy integrated control system
CN214172381U (en) Novel small-scale liquid alcohol-based heat supply system
RU202243U1 (en) AIR SUPPLY REGULATOR FOR CONVECTION GAS BOILER
Yu et al. Research on solar-natural gas combined heating technology in cold and severe cold zone
CN221058044U (en) Distributed combined energy supply system
Qazoqov Possibilities of modern heating systems for private homes
CN2435632Y (en) Multi-functional oil-burning pressureless hot water boiler
Fiedler et al. Comparison of carbon monoxide emissions and electricity consumption of modulating and non‐modulating pellet and solar heating systems
Panishcheva The device and the principle of operation of an industrial boiler plant