Что общего между новейшим «революционным» котельным агрегатом и ракетой V-1, производимой после Второй мировой войны? Ответ – ничего, кроме того, что в обоих случаях используется один и тот же принцип сгорания.
Ракета V-1 движется вперед за счет создаваемой реактивной струи. Поток воздуха через открытые жалюзи поступает в камеру сгорания, куда впрыскивается и топливо. Воздушно-топливная смесь воспламеняется за счет электрической искры. При этом под действием образующегося в камере сгорания давления жалюзи закрываются. Поток газа с большой скоростью выбрасывается наружу. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в кинетическую. После падения давления в камере сгорания жалюзи снова открываются, и воздух поступает в нее. Наблюдается пульсирующий процесс. Этот же принцип был использован и при разработке нового «пульсирующего» котельного агрегата.
Рассмотрим принцип работы этой системы. Воздушно-газовая смесь поступает в камеру сгорания через металлический одноходовой тарельчатый клапан. Воспламенение смеси происходит за счет искры от свечи зажигания, а т.к. камера сгорания открыта, происходит микровозгорание. Металлический клапан закрывается под действием образующегося в камере сгорания давления. Газ, образующийся при сгорании, выбрасывается наружу через спиральные трубки теплообменника, что в свою очередь приводит к падению давления в камере. Металлический клапан снова открывается и воздушно-газовая смесь опять поступает в камеру сгорания. Цикл повторяется. Все происходит также, как и в ракете при отсутствии форсунки и постоянного пламени. При такой конструкции камеры сгорания и теплообменника в спиралях образуются пульсирующие пустоты, и на выходе пульсирующий поток газа в каждой спиральной трубке – 115 пульсаций в секунду.
Учитывая, что теплообменник состоит из 19 спиральных трубок, можно получить около 2000 теплообменов. При этом вместо равномерного ламинарного потока мы имеем турбулентный, что способствует лучшему использованию тепловой энергии и существенному повышению коэффициента полезного действия установки. Теплотворная способность достигает 109%, считая тепло фазового перехода. Температура в камере пульсирующего сгорания превышает 800 °С, а на выходе из теплообменника падает до 25 °С.
До настоящего времени в котельных агрегатах использовался принцип непрерывного сгорания. При этом рабочий газ, образованный продуктами сгорания, на выходе имеет довольно высокую температуру и низкую скорость. Поток газа при прикосновении к стенкада образует так называемый «пограничный» слой, который является дополнительным изолирующим, ухудшающим теплообмен.
В данной конструкции мы имеем дело с пульсирующим турбулентным потоком, позволяющим избежать образования «пограничного» слоя. При этом теплопередача существенно улучшается. Этот тип котельной установки обладает потрясающей эффективностью.
Конструкция является достаточно простой. Камера сгорания оснащена диафрагмой, устанавливаемой вверху, и свечой зажигания. Внизу камеры сгорания крепится теплообменник, состоящий из нескольких спиральных трубок. Вся конструкция помещается в цилиндрический корпус, заполняемый водой. В сборе это не что иное, как бойлер. Такая конструкция обеспечивает снижение потерь тепла до минимума. Бойлер оснащен патрубком подачи холодной воды и выпускным для горячей воды, которая вырабатывается в данном устройстве при высокой производительности. На входном патрубке подачи газа устанавливается предохранительный клапан, а также трубопровод для выпуска выхлопного газа.
Конструкция устанавливается в герметичный корпус, оснащенный предохранительными устройствами и системой управления. Такие бойлеры, работающие на газе, представляют собой новое поколение котельных агрегатов.
При проведении десятилетних исследований огромное внимание уделялось форме каждого узла с учетом основ теплотехники и вибромеханики. Все они требовали тщательной отладки. Были также проведены пятилетние лабораторные испытания с созданием условий, близких к производственным.
Система контроля обеспечивает управление тремя независимыми контурами с различной температурой – отопительный, регулировки теплового потока и обеспечения помещения горячей водой. Данная конструкция исключает необходимость применения дополнительных устройств. Он может работать как при достаточно низкой температуре, например при сооружении полов с обогревом, так и при температуре 90 °С, необходимой для традиционного способа отопления с помощью радиаторов. Пол с подогревом требует незначительного количества тепла. Нагрев должен осуществляться до 30 °С. Для обеспечения такого нагрева достаточно запрограммировать один из контуров системы управления на температуру 30 °С.
Пульсирующие котельные агрегаты могут быть установлены практически в любом месте вашего дома – в кладовке, подвале или гараже. Они не требуют сооружения дымохода. Вместо него используется обычная труба из ПВХ. Эффективно эти бойлеры могут использоваться и для отопления многоквартирных жилых домов.
Данные котельные агрегаты с пульсирующим эффектом являются бойлерами нового поколения, работающими на газе. Они отражают новый подход к разработке систем газового отопления, имеют простую конструкцию, экономичны и эффективны!
И. Д. Барболин, руководитель проектов компании «Нортех»
