ПЕЧЬ-КАЛОРИФЕР Российский патент 1995 года по МПК F24B7/02 

Изобретение относится к устройствам для обогрева помещений и может быть использовано на твердых видах топлива типа дерево, древесные отходы, торф и картонажные изделия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известная печь-калорифер для твердого топлива с цилиндрической топкой, оболочка которой частично образована расположенными друг за другом дуговыми трубками, открытыми в верхних и нижних торцах, на передней стенке выполнена дверь для загрузки топлива, а в верхней области задней стенки патрубок для выхода дыма, топка разделена перегородкой, размещенной между задней и передней стенками, а вблизи края перегородки установлены воздуховоды для дополнительной подачи воздуха.

Известная печь-калорифер характеризуется большой сложностью изготовления. Дуговые трубы соединяются промежуточными пластинами, что требует большой точности при изгибе труб и изготовлении пластин. Изготовление такого изделия требует высокой квалификации для производства сборочных работ и сложного оборудования.

Техническим результатом является оптимизация параметров печи и расширение пределов использования дымоотвода.

Печь, содержащая две стенки с трубчатыми элементами, полости которых сообщены с окружающим воздухом, перегородку, разделяющую топку на две неравные, сообщающиеся со стороны стенки с дверью полости, два воздуховода, выполненных в виде снабженных отверстиями трубок, открытый торец которых входит в полость трубчатого элемента, а закрытый торец расположен в топке вблизи перегородки, выполнена в форме восьмигранной призмы, при этом на стенке, соответствующей одному основанию, размещена дверь для загрузки топлива с патрубком для регулируемой подачи воздуха, на стенке, соответствующей другому основанию, патрубок для регулируемого дымоотвода, трубчатые элементы размещены в ряд на двух трехгранных зеркально расположенных стенках, соответствующих граням боковой поверхности призмы, а в двух стенках, соответствующих оставшимся граням, выполнены пазы для размещения трубчатых элементов. Трубчатые элементы выполнены в виде отрезков труб, состыкованных между собой. Трубчатые элементы выполнены из проката стандартного или специального профиля и незамкнутой стороной закреплены на стенках. Кроме того, они могут быть выполнены в виде гофрированного листа, который закреплен на стенке, в виде оребренного листа, который со стороны незамкнутых ребер закреплен на стенках.

Печь снабжена двумя коллекторами, которые размещены снаружи топки, при этом один из коллекторов сообщен с входными, а другой с выходными торцами трубчатых элементов.

Она также снабжена коническими насадками с углом конусности в пределах 7-20^о, которые установлены на торцах трубчатых элементов. Кроме того, она снабжена направляющими пластинами, которые размещены в коллекторах. Воздуховоды размещены под углом к плоскости перегородки в пределах 15-30^о. При этом отверстия для выхода воздуха из воздуховодов направлены под углом 15-30^о к плоскости перегородки. Печь-калорифер снабжена по меньшей мере двумя дополнительными воздуховодами, установленными в шахматном порядке по отношению к существующим воздуховодам, подвижными заслонками на входных торцах трубчатых элементов, в которых размещены воздуховоды.

Перегородка разделяет топку при соотношении объемов полостей 1:(2,0-3,75). Длина перегородки в продольном направлении составляет 0,6-0,8 длины топки. Печь снабжена пластиной, которая закреплена на торце перегородки со стороны двери в сторону полости с большим объемом, причем высота пластины составляет 6-10 толщин перегородки. В пластине равномерно по всей ее поверхности выполнены отверстия, общая площадь которых составляет 20-40% площади пластины. Печь также снабжена заслонкой, которая установлена на стенке с дверью с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону перегородки.

Выполнение печи-калорифера в форме восьмигранной призмы в сочетании с другими вышеупомянутыми признаками является наиболее оптимальным с точки зрения упрощения конструкции при увеличении длины трубчатых элементов, располагаемых непосредственно в топке, что улучшает и ускоряет нагрев протекающего в трубчатом элементе воздуха, увеличивает теплоотдачу в окружающий воздух 6000-60000 ккал/ч (в зависимости от размеров печи-калорифера, используемого топлива и климатических условий).

Снабжение печи коллекторами позволяет еще в большей степени оптимизировать ее параметры, так как появляется возможность забирать воздух для нагрева в трубчатых элементах из более удаленных от печи мест и подавать нагретый воздух в удаленные помещения. Кроме того, наличие коллекторов расширяет пределы использова- ния печи-калорифера в тех случаях, когда для обогрева может быть использована вода. В этих случаях коллекторы подсоединяют к системе водяного отопления и вместо воздуха в топке происходит нагрев воды. Конические насадки на торцах трубчатых элементов и направляющие пластины в коллекторах снижают гидравлическое сопротивление на входе и выходе и тем самым повышают производительность печи-калорифера. Размещение воздуховодов и отверстий в них под углом к плоскости перегородки повышает эффективность подачи дополнительного воздуха в зону горения, что повышает полноту сгорания, а значит обеспечивает более высокую теплоотдачу. Эту же функцию выполняют и дополнительные воздуховоды.

Разделение топки перегородкой на объемы с соотношением 1:(2,0-3,75) и выполнение перегородки длиной 0,6-0,8 длины топки улучшает сгорание топлива и увеличивает теплоотдачу в окружающий воздух.

Закрепление на торце перегородки пластины повышает турбулизацию воздушного потока, что способствует лучшему перемешиванию и эффективному сгоранию, увеличивая теплоотдачу в окружающий воздух.

Выполнение на стенке с дверью заслонки, перемещаемой в сторону перегородки, позволяет изменять величину зазора между торцом перегородки и стенкой с дверью, что дает возможность оперативно подбирать оптимальные параметры горения топлива и теплоотдачи в зависимости от изменения окружающих условий и вида (или качества) топлива.

На фиг. 1 показана печь-калорифер, продольное сечение; на фиг. 2 то же, поперечное сечение; на фиг. 3 вариант выполнения трубчатого элемента из проката стандартного профиля; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 3 (для случая выполнения трубчатого элемента в виде гофрированного листа); на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 3 (для случая выполнения трубчатого элемента в виде оребренного листа); на фиг. 7 вариант выполнения печи-калорифера с двумя коллекторами, поперечный разрез; на фиг. 8 вариант выполнения трубчатых элементов с коническими насадками; на фиг. 9 вариант выполнения коллекторов с направляющими пластинами на фиг. 7; на фиг. 10 вариант размещения воздуховодов; на фиг. 11 разрез Б-Б на фиг. 10; на фиг. 12 вариант выполнения печи-калорифера с дополнительными воздуховодами, поперечный разрез; на фиг. 13 вариант выполнения трубчатого элемента; на фиг. 14 вариант выполнения печи-калорифера, продольный разрез; на фиг. 15 разрез В-В фиг. 14.

Печь-калорифер для твердого топлива включает стенку 1 с дверью 2, патрубком 3 и заслонкой 4, стенку 5 с патрубком 6 и заслонкой 7, стенку 8 с размещенными на ней трубчатыми элементами 9 и аналогичные стенки 10 с трубчатыми элементами 11, размещенными зеркально по отношению к поз.8 и 9. Полости трубчатых элементов 9 и 11 за пределами топки сообщаются с окружающим воздухом (см. фиг. 2). Перегородка 12 разделяет топку на две неравные сообщающиеся со стороны стенки 1 с дверью 2 полости. Два воздуховода 13 и 14 выполнены в виде снабженных отверстиями трубок, открытые торцы 15 и 16 которых входят в полость трубчатых элементов 9 и 11, а закрытые торцы 17 и 18 расположены в топке вблизи перегородки 12.

Печь-калорифер выполнена в форме восьмигранной призмы (см. фиг. 2), при этом на стенке 1, соответствующей одному основанию, размещена дверь 2 с патрубками 3 и заслонкой 4, а на стенке 5, соответствующей другому основанию, патрубок 6 с заслонкой 7. Трубчатые элементы 9 и 11 размещены на двух трехгранных зеркально расположенных стенках 8 и 10, соответствующих граням боковой поверхности призмы. Стенки 19 и 20 соответствуют оставшимся граням боковой поверхности призмы и в этих стенках выполнены пазы для размещения трубчатых элементов 9 и 11, которые могут быть выполнены, в частности, в виде отрезков труб, состыкованных между собой (не показаны). Трубчатые элементы 9 и 11 могут быть выполнены также из проката стандартного или специального профиля 21 (см. фиг. 3 и 4), где, например, они выполнены из швеллера, который незамкнутой стороной закреплен на стенке 8. Трубчатые элементы 9 и 11 могут быть выполнены и в виде гофрированного листа 22, который закреплен на стенке 8 (см. фиг. 5), или оребренного листа 23, который со стороны незамкнутых ребер 24 закреплен, как и лист 22, на стенке 8 (см. фиг. 6).

Печь-калорифер может быть снабжена двумя коллекторами 25 и 26, которые размещены снаружи топки, при этом коллектор 26 сообщен с входными торцами 27 и 28, а коллектор 25 с выходными торцами 29 и 30 трубчатых элементов 9 и 11 (см. фиг. 7).

Печь-калорифер может быть снабжена коническими насадками 31 и 32, которые установлены на торцах трубчатых элементов 9 (см. фиг. 8). В коллекторах 25 и 26 возможно размещение направляющих пластин 33 и 34 (см. фиг. 9). Воздуховоды 13 и 14 размещены под углом 15-30^о к плоскости перегородки 12 (см. фиг. 10). Отверстия для выхода воздуха из воздуховодов 13 и 14 направлены под углом 15-30^о к плоскости перегородки 12 (см. фиг. 11). Печь-калорифер может быть снабжена по меньшей мере двумя дополнительными воздуховодами 35 и 36, расположенными в шахматном порядке (см. фиг. 12). Печь-калорифер может быть снабжена подвижной заслонкой 37, которая установлена на выходном торце 27 трубчатого элемента 9, в котором размещен воздуховод 13 (см. фиг. 13). На торце 38 перегородки 12 со стороны двери 2 закреплена пластина 39 (см. фиг. 14). Печь-калорифер может быть снабжена заслонкой 40, которая установлена на стенке 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону перегородки 12 (см. фиг. 14).

Устанавливают печь-калорифер на горизонтальной площадке, открывают дверь 2 и загружают в топку твердое топливо (дрова, древесные отходы, торф и т.п. ). Заслонки 4 и 7 в патрубках 3 и 6 устанавливают в максимально открытое положение и поджигают топливо. Режим оптимального горения подбирается опытным путем с помощью заслонок 4, 7 и зависит от вида и качества топлива, а также и от окружающих условий. В процессе горения происходит интенсивный разогрев трубчатых элементов 9 и 11, находящихся в зоне топки. Несгоревшая часть топлива в виде компонентов дымовых газов попадает в зазор между торцом 38 перегородки 12 и стенкой 1, где догорает в объеме топки над перегородкой 12, чему способствует воздух, дополнительно подаваемый из полостей трубчатых элементов в этот объем через воздуховоды 13 и 14. Во время сгорания топлива воздух, находящийся в трубчатых элементах 9 и 11, нагревается и вследствие конвективных сил вытекает через торцы 29 и 30 в обогреваемое помещение. Одновременно холодный воздух или менее нагретый поступает в полости трубчатых элементов 9 и 11 со стороны их противоположных торцов 27 и 28. Так происходит постоянный нагрев воздуха в полостях трубчатых элементов 9 и 11 с подачей его в обогреваемое помещение. Печь-калорифер, выполненная в форме восьмигранной призмы, обеспечивает при несложной технологии изготовления оптимальную длину нагреваемой части трубчатых элементов 9 и 11, что позволяет обеспечить за счет конструктивной формы в сочетании с другими конструктивными признаками максимальную теплоотдачу в окружающее пространство. Трубчатые элементы 9 и 11 могут иметь различные формы поперечных сечений. Так, например, одинаково эффективно работают трубчатые элементы 9 и 11 в виде состыкованных отрезков труб и из проката стандартного или специального профиля, например швеллера 21, незамкнутой стороной закрепленного на стенке 8 (фиг. 3 и 4), или в виде гофрированного листа 22, закрепленного на стенке 8 (фиг. 5) или в виде оребренного листа 22, закрепленного на стенке 8 (фиг. 5), или в виде оребренного листа 23, который со стороны незамкнутых ребер 24 закреплен на стенке 8 (фиг. 6).

Печь-калорифер может быть снабжена двумя коллекторами 25 и 26, которые размещены снаружи топки. При этом коллектор 26 сообщен с входными торцами 27 и 28 трубчатых элементов 9 и 11, а коллектор 25 с выходными торцами 29 и 30 упомянутых элементов (фиг. 7). Такое конструктивное решение позволяет значительно расширить пределы использования предлагаемого устройства. Так, например, печь может находиться вне обогреваемого помещения, а коллекторы 25 и 26 внутри разных помещений, при этом будет обеспечиваться быстрое нагревание и выравнивание температуры во всех помещениях.

Воздушная система печи с коллекторами 25 и 26 может быть использована также и для водяного отопления помещений, что расширяет пределы использования изобретения.

Предлагаемая печь-калорифер может быть усовершенствована в еще большей степени.

Снабжение ее коническими насадками 31 и 32 с углом конусности в пределах 7-20^о, которые установлены на торцах трубчатых элементов 9 (фиг. 8), уменьшают сопротивление трубчатых элементов 9 печи, и как показывают опытные данные, улучшают теплоотдачу до 1% Углы конусности меньше 7^о и больше 20^о не отражаются на увеличении эффективности теплоотдачи предлагаемой печи.

Использование в коллекторах 25 и 26 (фиг. 9) направляющих пластин 33 и 34 делает газораспределение еще более совершенным и на 0,5% увеличивает теплоотдачу печи. Воздуховоды 13 и 14 (фиг. 1 и 2) подают в топку дополнительный воздух, который интенсифицирует процесс дожига углеродных компонентов дымовых газов.

Под действием кинетической составляющей воздух, движущийся в трубчатых элементах 9, 11, входит в открытые торцы 15 и 16 воздуховодов 13, 14 и выходит уже в топке над перегородкой 12 через ряд отверстий, выполненных вблизи закрытых торцов 17 и 18.

Размещение воздуховодов 13 и 14 под углом 15-30^о к плоскости перегородки 12 повышает равномерность подачи дополнительного воздуха в зону дожига, что увеличивает эффективность теплоотдачи на 2,5-3% (фиг. 10). Размещение воздуховодов 13 и 14 под углом меньше 15^о и больше 30^о к плоскости перегородки 12 не отражается на увеличении эффективности теплоотдачи. Дополнительный воздух из воздуховодов 13 и 14 через отверстия в них выходит в топку и обогащает кислородом область над перегородкой 12, способствуя дожигу дымовых газов, и повышает теплоотдачу в окружающее пространство.

Опытным путем было установлено, что выполнение отверстий для выхода воздуха из воздуховодов 13, 14 под углом 15-30^о к плоскости перегородки 12 (фиг. 11) увеличивает теплоотдачу в окружающее пространство до 0,5%
Выполнение отверстий под углом к плоскости перегородки 12 меньше 15^о и больше 30^о не отражается на увеличении эффективности теплоотдачи. Еще большей эффективностью обладает устройство в случае его оснащения по меньшей мере двумя дополнительными воздуховодами 35 и 36, устанавливаемыми в шахматном порядке по отношению к воздуховодам 13 и 14 (фиг. 12).

В этом случае улучшается распределение воздуха в пространстве топки над перегородкой 12, что обуславливает более полный дожиг топлива и увеличивает теплоотдачу в окружающую среду до 1%
С целью регулирования скорости процесса горения печь снабжена подвижными заслонками 37, выполненными на входных торцах 27 трубчатых элементов 9, в которых размещен воздуховод 13 (фиг. 13). Заслонка 37 может полностью или частично перекрывать полость трубчатого элемента 9, изменяя количество воздуха, поступающего в трубчатый элемент 9 и воздуховод 13, что приводит к изменению интенсивности дожига, а следовательно, к изменению теплоотдачи печи.

В зависимости от конкретных условий в печи-калорифере может быть использовано несколько заслонок 37, устанавливаемых на соответствующее количество трубчатых элементов 9 и 11.

В результате многочисленных опытов было установлено, что оптимальной является конструкция печи, в которой перегородка 12 разделяет топку в соотношении объемов 1:(2,0-3,75). При этом меньший объем примыкает к стенке 5 и патрубку 6, который служит для отвода дыма (фиг. 14). В этом случае создаются благоприятные условия для горения топлива в большем объеме топки, т.е. под перегородкой 12, и дожига дымовых газов над ней. Упомянутое выше соотношение полостей топки, разделяемых перегородкой 12, увеличивает теплоотдачу в окружающее пространство до 5%
Соотношение объемов полостей меньше 1:2,0 и больше 1:3,75 ухудшает эффективность теплоотвода.

Опытным путем также была определена оптимальная длина перегородки 12, которая в продольном направлении составляет 0,6-0,8 длины топки. Такое соотношение увеличивает теплоотвод до 3%
Длина перегородки 12 меньше 0,6 и больше 0,8 длины топки ухудшает теплоотвод в окружающее пространство. В одном из вариантов печи-калорифера на торце 38 перегородки 12 закреплена пластина 39 в сторону полости с большим объемом (фиг. 14).

Такое конструктивное решение улучшает распределение воздуха и несгоревших частиц топлива в топке. Дымовые газы, ударяясь о пластину 39, турбулизуются, и вихревые движения улучшают распределение частиц несгоревшего топлива в пространстве топки, что увеличивает теплоотвод до 1% в том случае, когда высота пластины 39 составляет 6-10 толщин перегородки 12. Высота пластины 39 меньше 6 толщины перегородки 12 не отражается на эффективности теплоотдачи, а больше 10 толщин ухудшает горение и уменьшает теплоотдачу.

Дополнительное, но незначительное улучшение эффективности горения получают при выполнении в пластине 39 равномерно по всей ее поверхности отверстий, общая площадь которых составляет 20-40% площади пластины (фиг. 15).

Выполнение отверстий на площади меньше 20% не отражается на улучшении эффективности теплоотдачи, а на площади более 40% ухудшает теплоотдачу (в сравнении с пластиной без отверстий).

Еще более тонкое регулирование горения при любых видах топлива и при различных окружающих условиях удается получить при снабжении печи-калорифера подвижной заслонкой 40, размещенной в стенке 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону перегородки 2 (фиг. 14).

В этом случае условия горения можно изменять не только заслонками 4, 7, но и заслонкой 40, увеличивая или уменьшая зазор между стенкой 1 и торцом 38 перегородки 12.

Изменение положения заслонки 40, как показали эксперименты, позволяет регулировать процесс горения, добиваясь максимально полного сгорания топлива, при увеличении длительности периода горения при равных объемах и видов закладываемого топлива.

Использование: для обогрева помещений на твердых видах топлива типа дерево, древесные отходы, торф и картонажные изделия. Сущность: печь-калорифер включает стенку с дверью для загрузки топлива, стенку с патрубком для регулируемого дымоотвода, две стенки с трубчатыми элементами, полости которых сообщены с окружающим воздухом, перегородку, разделяющую топку на две неравные, сообщающиеся со стороны стенки с дверью, полости, два воздуховода, выполненных в виде снабженных отверстиями трубок, открытый торец которых входит в полость трубчатого элемента. Закрытый торец расположен в топке вблизи перегородки. При этом печь-калорифер выполнена в форме восьмигранной призмы. На стенке, соответствующей одному основанию, размещена дверь для загрузки топлива с патрубком для регулируемой подачи воздуха, на стенке, соответствующей другому основанию - патрубок для регулируемого дымоотвода. Трубчатые элементы размещены в ряд на двух трехгранных зеркально расположенных стенках, соответствующих граням боковой поверхности призмы. В двух стенках, соответствующих оставшимся граням, выполнены пазы для размещения трубчатых элементов. 17 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. ПЕЧЬ-КАЛОРИФЕР для твердого топлива, включающая стенку с дверью для загрузки топлива и патрубком с регулируемой подачей воздуха в топку, стенку с патрубком для регулируемого дымоотвода, две стенки с трубчатыми элементами, полости которых сообщены с окружающим воздухом, перегородку, разделяющую топку на две неравные сообщающиеся со стороны стенки с дверью полости, два воздуховода, выполненные в виде снабженных отверстиями трубок, открытый торец которых входит в полость трубчатого элемента, а закрытый торец расположен в топке вблизи перегородки, отличающаяся тем, что печь-калорифер выполнена в форме восьмигранной призмы, трубчатые элементы размещены в ряд на двух трехгранных зеркально расположенных стенках, соответствующих граням боковой поверхности призмы, а в двух стенках, соответствующих оставшимся граням, выполнены пазы для размещения трубчатых элементов. 2. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые элементы выполнены в виде отрезков труб, состыкованных между собой. 3. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые элементы выполнен из проката стандартного или специального профиля и незамкнутой стороной закреплены на стенках. 4. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые элементы выполнены в виде гофрированного листа, который закреплен на стенке. 5. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что трубчатые элементы выполнены в виде оребренного листка, который со стороны незамкнутых ребер закреплен на стенках. 6. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена двумя коллекторами, которые размещены снаружи топки, при этом один из коллекторов сообщен с входными, а другой с выходными торцами трубчатых элементов. 7. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена коническими насадками с углом конусности в пределах 7 20^o, которые установлен на торцах трубчатых элементов. 8. Печь-калорифер по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что она снабжена направляющими пластинами, которые размещены в коллекторах. 9. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что воздуховоды размещены под углом к плоскости перегородки в пределах 15 30^o. 10. Печь-калорифер по пп.1 и 9, отличающаяся тем, что отверстия для выхода воздуха из воздуховодов направлены под углом 15 30^o к плоскости перегородки. 11. Печь-калорифер по пп.1, 9 и 10, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере двумя дополнительными воздуховодами, установленными в шахматном порядке по отношению к существующим воздуховодам. 12. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена подвижными заслонками на входных торцах трубчатых элементов, в которых размещены воздуховоды. 13. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что перегородка разделяет топку при соотношении объемов полостей 1 (2,0 3,75). 14. Печь-калорифер по пп.1 и 13, отличающаяся тем, что длина перегородки в продольном направлении составляет 0,6 0,8 длины топки. 15. Печь-калорифер по пп.1, 13 и 14, отличающаяся тем, что она снабжена пластиной, которая закреплена на торце перегородки со стороны двери в сторону полости с большим объемом. 16. Печь-калорифер по пп.1, 13-15, отличающаяся тем, что высота пластины составляет 6 10 толщин перегородки. 17. Печь-калорифер по пп.1, 13-16, отличающаяся тем, что в пластине равномерно по всей ее поверхности выполнены отверстия, общая площадь которых составляет 20 40% площади пластины. 18. Печь-калорифер по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена заслонкой, которая установлена на стенке с дверью с возможностью возвратно-поступательного перемещения в сторону перегородки.