ПЕЧЬ-КАЛОРИФЕР Российский патент 2002 года по МПК F24B7/02 

Изобретение относится к тепловой технике и может быть использовано для обогрева жилых садовых домиков, теплиц, индивидуальных животноводческих помещений и бытовок в производственных помещениях.

Известны печи-калориферы для твердого топлива (типа дерево, древесные отходы, торф), предназначенные для обогрева помещений и выполненные в форме цилиндра, образованного расположенными друг за другом дуговыми трубами, открытыми в верхнем и нижнем торцах [1], или шестигранной призмы [2], содержащей боковые стенки с теплообменными элементами, переднюю стенку с загрузочной дверцей и парубком ввода воздуха, заднюю стенку с патрубком отвода дымовых газов, внутреннюю перегородку, не доходящую до задней стенки. Перегородка разделяет топочное пространство на две сообщающиеся между собой полости. Верхняя полость, меньшая по объему, предназначена для дожигания горючих газов, выделяющихся из твердого топлива, сообщена с патрубком для отвода дымовых газов с помощью трубы. Один из торцов трубы примыкает к задней стенке и охватывает патрубок для отвода дымовых газов, а другой образует с передней стенкой зазор для входа дымовых газов. Внутренняя перегородка примыкает к передней торцевой стенке, а трубки для подачи дополнительного воздуха расположены на заднем крае перегородки.

Недостатком известных печей-калориферов является то, что не в полной мере используются возможности по повышению эффективности использования высокотемпературных отходящих газов в верхней ее полости. Односторонний подвод воздуха в нижнюю полость топочной части печи-калорифера не обеспечивает равномерность и эффективность сгорания и разложения твердого топлива по плоскости печи и экзотермические реакции в верхней полости. Это связано с тем, что образующиеся дымовые газы при выходе из нижней полости сталкиваются с потоком воздуха, поступающего в топочное пространство через патрубок ввода воздуха в топку, при этом происходит снижение кинетической энергии обоих потоков. Кроме того, конструкции печей-калориферов являются металлоемкими и сложными в изготовлении. Дуговые трубы соединяются промежуточными пластинами, что требует большой точности при изгибе труб и изготовлении пластин. Изготовление такого изделия требует сложного оборудования и высокой квалификации исполнителей для производства сборочно-сварочных работ.

Из известных печей-калориферов наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является печь-калорифер для твердого топлива на основе древесины, выполненная в форме восьмигранной призмы [3]. Печь содержит стенку с дверью для загрузки топлива и патрубок с регулируемой подачей воздуха в топку, стенку с патрубком для регулируемого дымоотвода, перегородку, разделяющую топку на две неравные сообщающиеся со стороны стенки с дверью полости, два воздуховода, выполненные в виде снабженных отверстиями труб, открытый торец которых входит в полость трубчатого элемента, а закрытый торец расположен в топке вблизи перегородки.

Недостатком известной печи-калорифера является низкая интенсивность процесса разложения топлива (пиролиза) из-за неравномерности распределения подачи воздуха по всей площади топочного пространства в полости горения слоя топлива и неполного использования эффекта теплопередачи от процесса сгорания газообразных продуктов разложения твердого топлива. Кроме того, во время розжига печи при недостаточной тяге наблюдается загазованность помещения в результате выхода дымовых газов через загрузочную дверь. Конструкция печи-калорифера является также металлоемкой.

Изобретение направлено на повышение эффективности получения тепла при отоплении указанных помещений твердым топливом на основе древесины путем рационального сжигания твердого топлива и его газообразных продуктов, интенсивности теплообмена между продуктами сгорания топлива и теплообменных элементов конструкции печи благодаря улучшению конвективного теплообмена и снижению массогабаритных параметров печи-калорифера на единицу мощности.

Это достигается тем, что известная печь-калорифер для твердого топлива на основе древесины, содержащая переднюю стенку с загрузочной дверцей и патрубком с регулируемой подачей воздуха, заднюю торцевую стенку с патрубком отвода дымовых газов, боковые стенки с каналами направленного движения воздушного потока, внутреннюю перегородку, примыкающую к задней стенке, разделяющую топочное пространство на две неравные, сообщающиеся между собой со стороны стенки с дверцей полости: полость горения и разложения топлива и полость дожигания газообразных продуктов горения, причем верхняя, меньшая по объему полость дожигания сообщена с патрубком для отвода дымовых газов и в передней ее части установлена труба для подачи дополнительного воздуха, выполненная с двумя рядами инжекторов, направленных в сторону задней стенки под углом к горизонтали, один конец указанной трубы выведен в канал направленного движения воздушного потока. Печь выполнена в виде цилиндра и двух боковых эквидистантных экранов, закрепленных с общими торцевыми стенками. Экраны с боковыми цилиндрическими стенками печи образуют полости, которые сообщаются сверху и снизу с окружающим воздухом, образуя каналы направленного движения воздушного потока. Внутренняя перегородка цилиндра разделяет топочное пространство на сообщающиеся между собой полости, полость горения и разложения топлива (камера пиролиза) и полость дожигания газообразных продуктов топлива. Она примыкает к задней торцевой стенке и делит сечение патрубка отвода дымовых газов на две части. В задней торцевой стенке дополнительно создана система для регулирования доступа воздуха в полость горения и разложения топлива и устройство изменения режима горения топлива. В полость дожигания газообразных продуктов топлива вмонтирована труба для подачи дополнительного воздуха, которая установлена в передней ее части и выполнена с двумя рядами инжекторов, расположенных в сторону задней стенки под углом к горизонтали 30÷60 град вверх и вниз. Торцы трубы подачи дополнительного воздуха выведены в противоположные каналы направленного движения воздушного потока и скошены под углом 15÷45 град к направлению движения потока. Вблизи инжекторов в зоне смешения воздуха с горючим газом установлен тепловой аккумулятор, выполненный из жаропрочного, огнеупорного материала, за которым установлены поперечные перегородки не менее двух, перекрывающие не менее 0,6 поперечного сечения камеры дожигания газообразного топлива и образующие лабиринт для выхода газообразных продуктов сгорания топлива.

Печь-калорифер с двумя боковыми экранами с общими торцевыми стенками могут образовывать полости с уменьшением поперечного сечения воздушного потока снизу вверх.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено продольное сечение печи-калорифера; на фиг.2 - вид сзади на печь-калорифер; на фиг.3 - сечение отопительного котла по А-А; на фиг.4 - сечение по В-В.

Позиции на чертежах обозначают
1. Корпус цилиндрический;
2. Экран правый;
3. Экран левый;
4. Стенка торцевая передняя;
5. Стенка торцевая задняя;
6. Дверца для загрузки топлива;
7. Регулятор-газификатор;
8. Патрубок для отвода дымовых газов;
9. Регулятор мощности (тяги);
10. Устройство подачи воздуха;
11. Устройство изменения режима горения топлива;
12. Перегородка;
13. Полость горения твердого топлива;
14. Полость дожигания газообразных продуктов топлива;
15. Проем;
16. Труба для подачи дополнительного воздуха;
17. Инжекторы;
18. Левый канал направленного движения воздушного потока;
19. Правый канал направленного движения воздушного потока;
20. Тепловой аккумулятор;
21. Перегородка поперечная;
22. Перегородка поперечная;
23. Лабиринт.

Для улучшения технических показателей и свойств процесса горения топлива и теплопередачи печь-калорифер собрана из цилиндрической обечайки 1, левого 2 и правого 3 экранов, закрепленных на передней 4 и задней 5 торцевых стенках. На передней торцевой стенке 4 установлена дверца 6 для загрузки топлива и регулятор-газификатор 7 для управления процессом образования горючих газов путем дозирования подачи атмосферного воздуха в топочное пространство. На задней стенке 5 установлены: патрубок отвода дымовых газов 8 с регулятором мощности (тяги) 9; система для регулирования доступа воздуха 10 в полость горения и разложения твердого топлива 13 и устройство изменения режима горения топлива 11. Внутри топочного пространства, образованного цилиндрическим корпусом 1 и торцевыми стенками 4 и 5, установлена перегородка 12, примыкающая к задней торцевой стенке 5, разделяющая его на две неравные полости: полость горения и разложения топлива (камера пиролиза) 13 и полость дожигания газообразных продуктов топлива 14. Полости 13 и 14 сообщаются между собой через проем 15. В полость дожигания газообразных продуктов 14 вмонтирована труба 16 с двумя рядами инжекторов 17 для подачи дополнительного воздуха и смешивания его с горючими газами. Торцы трубы 16 скошены под углом 15÷45 град, выведены в левый и правый каналы направленного движения воздушного потока 18, 19, образованные между цилиндрическим корпусом 1 и экранами 2 и 3. На перегородке 12 вблизи инжекторов установлен тепловой аккумулятор 20, выполненный из жаропрочного, огнеупорного материала. За тепловым аккумулятором расположены перегородки 21 и 22, образующие с перегородкой 12 и корпусом 1 лабиринт 23 для прохождения продуктов сгорания топлива в патрубок отвода дымовых газов 8.

Деление сечения патрубка отвода дымовых газов 8 на две части перегородкой 12 и введение устройства изменения режима горения топлива 11, которое может перекрывать часть патрубка 8, расположенного в полости 13, обеспечивает возможность сжигания топлива в двух режимах. При полностью открытом сечении патрубка 8 отвод дымовых газов из полости сгорания топлива 13 происходит как в обычных нагревательных печах с выбросом продуктов сгорания и частицами углерода через патрубок отвода дымовых газов 8 в атмосферу. Это обеспечивает равномерное воспламенение твердого топлива по всей площади печи и исключает возможность загазованности помещения, в которой она расположена в период розжига. При закрытом сечении патрубка 8 в полости 13 отвод дымовых газов и продуктов сгорания твердого топлива из нее осуществляется через проем 15, полость дожигания газообразных продуктов топлива 14 и верхнюю часть сечения патрубка 8. Это обеспечивает наилучший тепловой эффект от сжигания топлива.

Введение регулятора-газификатора 7 в торцевой передней стенке 4 и регулятора воздуха 10 в задней торцевой стенке 5 обеспечивает равномерное регулирование распределения воздуха по всей площади топочного пространства. Это создает условия равномерного послойного сжигания топлива по всему продольному сечению топочного пространства.

Инжекторы 17, установленные в два ряда равномерно по длине трубы для подачи дополнительного воздуха 16, обеспечивают надежное смешение воздуха с горючими газами, выделяющимися из топлива, и образование горючей газовой смеси. Использование теплового аккумулятора 20 обеспечивает надежное возгорание смеси горючих газов с воздухом в полости дожигания газообразных продуктов топлива 14. Лабиринт 23, образованный поперечными перегородками 21 и 22, продольной перегородкой 12 и корпусом 1 для прохождения продуктов сгорания топлива в патрубок отвода дымовых газов 8, улучшает конвективную теплопередачу печи, снижает температуру отходящих газов и препятствует задуванию воздуха в топочное пространство при обратной тяге, которая образовывается при резких порывах ветра, перепадах давления, и исключает загазованность помещений. Предложенные технические решения способствуют снижению потерь топлива и повышению КПД печи.

Печь-калорифер работает следующим образом. В нижнюю полость топочного пространства через дверцу для загрузки топлива 6 равномерно загружают твердое топливо. Устройство изменения режима горения топлива 11 выставляют в положение "розжиг", т.е. открывают полностью сечение патрубка 8 отвода дымовых газов из полости 13 и 14. Твердое топливо поджигают. Благодаря открытой прямой вытяжке и равномерной подаче воздуха с торцевых стенок устройством подачи воздуха 10 и регулятором-газификатором 7 по мере прогрева топлива происходит его воспламенение по поверхностному слою. По мере разогрева слоя топлива начинается выделение горючих газообразных компонент и их сгорание в газовом объеме. При этом происходит прогрев перегородки 12 и часть продуктов сгорания через проем 15 проходит в полость дожигания газообразных продуктов топлива 14 и нагревает тепловой аккумулятор 20. Затем закрывают дверцу для загрузки топлива 5 и устройство изменения режима горения топлива 11 выставляют в режим "горение". При этом закрывается сечение патрубка 8 в полости горения и разложения твердого топлива 13. Устройствами 7 и 10 дозируется подача воздуха через торцевые стенки. Пламенный процесс горения топлива в связи с недостатком воздуха переходит в тлеющий со значительным выделением горючих газов. Продукты сгорания топлива, в состав которых входят горючие газы, через проем 15 поступают в полость дожигания газообразных продуктов топлива 14. Дополнительный воздух из трубы 16 инжектируется через инжекторы 17, смешивается с продуктами сгорания топлива и создается горючая смесь. Тепловой аккумулятор 20, нагретый до температуры выше температуры воспламенения смеси, способствует интенсивному сгоранию горючей газовой смеси. Теплота экзотермической реакции смеси газов передается тепловому аккумулятору, поддерживая его высокую температуру, продукты сгорания, проходя по лабиринту 23 в дымоотводящий патрубок 8, отдают тепло теплопередающим элементам печи-калорифера.

Полное сгорание смеси горючих газов способствует резкому снижению образования сажистых веществ, имеющих низкую теплопроводность, которые, осаждаясь на внутренние стенки топочного пространства, снижают теплопередачу в обогреваемое помещение.

Экраны правый 2 и левый 3 с корпусом печи 1 образуют каналы 18 и 19, в которых создается направленное движение воздуха. Циркулирующий в каналах 18 и 19 воздух охлаждает наружную поверхность корпуса печи. Это приводит к снижению температуры корпуса. Что в свою очередь снижает теплоту излучения и возрастает доля конвективной теплопередачи, выносимой нагретым воздухом. Такое перераспределение теплопередачи улучшает микроклимат в помещении. Экраны 2 и 3 закрывают большую часть поверхности корпуса печи 1, на которой может скапливаться и пригорать воздушная пыль. Органические вещества, содержащиеся в воздушной пыли, подвергаются возгонке с выделением газообразных углеводов, вредных в гигиеническом отношении.

Использование новых элементов в печи-калорифере выгодно отличает предлагаемое устройство, так как позволяет:
- обеспечить управляемый двухрежимный процесс сжигания топлива;
- интенсифицировать теплообмен в топочном и газоходном пространстве путем улучшения условий теплопередачи от продуктов сгорания к нагревательным элементам;
исключить задымление помещения в период растопки и в период сжигания топлива;
- снизить габариты и расход материалов на единицу мощности печи-калорифера за счет более рационального режима сжигания топлива;
- повысить надежность работы печи-калорифера за счет исключения задувания при резких изменениях потока атмосферного воздуха;
- улучшить условия обслуживания в процессе эксплуатации;
- увеличить длительность периода теплоотдачи при равных объемах закладываемого топлива;
- повысить КПД.

Источники информации
1. Патент ФРГ 3602285, кл. F 24 B 7/02, 1986.

2. Патент РФ 2035666, кл. F 24 B 7/02, БИ 14, 1995.

3. Патент РФ 2035009, кл. F 24 B 7/02, БИ 13, 1995.

Печь-калорифер относится к устройствам для обогрева жилых садовых домиков, теплиц, индивидуальных животноводческих помещений и бытовок в производственных помещениях на твердом топливе на основе древесины. Печь-калорифер содержит переднюю торцевую стенку с загрузочной дверцей и патрубком с регулируемой подачей воздуха, заднюю торцевую стенку с патрубком отвода дымовых газов, цилиндрический корпус с каналами направленного движения воздушного потока, внутреннюю перегородку. Внутренняя перегородка разделяет топочное пространство на две неравные сообщающиеся между собой полости со стороны стенки с дверью, причем верхняя, меньшая по объему полость, сообщена с патрубком для отвода дымовых газов и в ней расположены трубы для подачи дополнительного воздуха. Печь-калорифер выполнена в виде цилиндра и двух боковых эквидистантных экранов, закрепленных с общими торцевыми стенками. Экраны с боковыми цилиндрическими стенками печи образуют полости, которые сообщаются сверху и снизу с окружающим воздухом, образуя каналы направленного движения воздушного потока. Внутренняя перегородка цилиндра, разделяющая топочное пространство на сообщающиеся между собой полости, полость горения и разложения топлива и полость дожигания газообразных продуктов топлива, примыкает к задней торцевой стенке и делит сечение патрубка отвода дымовых газов на две части. В задней торцевой стенке дополнительно создана система для регулирования доступа воздуха в полость разложения топлива и регулятор режима горения топлива. В полость дожигания газообразных продуктов введена труба для подачи дополнительного воздуха с двумя рядами инжекторов, расположенных в сторону задней стенки под углом к горизонтали 30 - 60^o вверх и вниз. Ее торцы выведены в противоположные каналы направленного движения воздушного потока и скошены под углом 15-45^o к направлению движения потока. Вблизи инжекторов в зоне смешения воздуха с горючим газом установлен тепловой аккумулятор, за которым установлены поперечные перегородки (не менее двух), перекрывающие не менее 0,6 площади поперечного сечения камеры полного сгорания газообразного топлива и образующие лабиринт для выхода газообразных продуктов топлива. Технический результат - повышение эффективности за счет улучшения конвективного теплообмена и снижения массогабаритных параметров печи-калорифера на единицу мощности. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Печь-калорифер для твердого топлива на основе древесины, содержащая переднюю торцевую стенку с загрузочной дверцей и патрубком с регулируемой подачей воздуха, заднюю торцевую стенку с патрубком отвода дымовых газов, боковые стенки с каналами направленного движения воздушного потока, внутреннюю перегородку, примыкающую к задней стенке, разделяющую топочное пространство на две неравные сообщающиеся между собой со стороны стенки с дверцей полости: полость горения и разложения топлива и полость дожигания газообразных продуктов горения, причем верхняя, меньшая по объему, полость дожигания сообщена с патрубком отвода дымовых газов, и в передней ее части установлена труба для подачи дополнительного воздуха, выполненная с двумя рядами инжекторов, направленных в сторону задней стенки под углом к горизонтали, один конец указанной трубы выведен в канал направленного движения воздушного потока, отличающаяся тем, что печь-калорифер выполнена в виде цилиндра и двух боковых эквидистантных экранов, закрепленных с общими торцевыми стенками, причем экраны с боковыми цилиндрическими стенками печи образуют полости, каналы направленного движения воздушного потока образованы сообщающимися сверху и снизу с окружающимся воздухом полостями между экранами и боковыми стенками, внутренняя перегородка делит сечение патрубка отвода дымовых газов на части, в задней торцевой стенке дополнительно выполнена система для регулирования доступа воздуха в полость горения и разложения топлива и регулятор режима горения топлива, труба для подачи дополнительного воздуха установлена таким образом, что оба ее торца выведены в противоположные каналы направленного воздушного потока и скошены под углом 15-45^o к направлению движения потока, инжекторы направлены в сторону задней стенки под углом к горизонтали 30-60^o, вблизи инжекторов в зоне смешения воздуха с газообразными продуктами горения топлива установлен тепловой аккумулятор, выполненный из жаропрочного, огнеупорного материала, за которым установлены поперечные перегородки - не менее двух, перекрывающие не менее 0,6 площади поперечного сечения полости дожигания газообразных продуктов горения и образующие лабиринт для выхода дымовых газов. 2. Печь-калорифер по п. 1, отличающаяся тем, что печь-калорифер выполнена с двумя боковыми экранами с общими торцевыми стенками, образующими полости с уменьшением поперечного сечения воздушного потока снизу вверх.