КОНВЕКТОРНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2002 года по МПК F24B5/06 

Изобретение относится к области техники - обогрев помещений теплым воздухом, целесообразно применять для обогрева палаточных домиков, садовых домиков, коттеджей, мастерских, теплиц, индивидуальных гаражей, строящихся домов, для сушки зерна, пиломатериалов, сушилок различного назначения.

Известна "Печь для отопления и приготовления пищи" (SU 1758344, F 24 В 7/02, БИ 32 1992 г., стр. 129), содержащая корпус, топку с плитным настилом, камеру дожигания с каналом подачи в нее вторичного воздуха и образованный между топкой и стенками корпуса воздуховод с вентилятором, поворотную крышку и патрубок с заслонкой.

Недостатком данной печи является низкий коэффициент полезного действия.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является "Воздухонагреватель помещений" (RU 2018769, F 24 В 5/06, 30.08.1994), содержащий топку, переднюю стенку с загрузочной дверцей, кожух, размещенный с трех сторон топки, зольник с колосниковой решеткой и поддувальной дверцей, воздуховоды, патрубок с заслонкой, отводящие газы из топки, и опоры.

Недостатком "Воздухонагревателя помещений" является низкий коэффициент полезного действия, малая производительность и отсутствие возможности подогреть воду, приготовить пищу по причине:
- отсутствуют условия оптимального термического разложения дров с выделением летучих горючих газов, образование горючей смеси с высокой теплотворной способностью, контроль температуры оптимального термического разложения дров и горения горючей смеси;
- малые удельные размеры поверхности, обогреваемой прямыми лучами топки, участвуют в конвективном естественном теплообмене, и следовательно, неинтенсивный отбор тепла, полученного в топке теплообменником. Большое количество тепла и несгоревших горючих газов уносится выходящими газами в трубу;
Слабая естественная вентиляция теплообменника по причине:
- отсутствует концентрированный нагрев верхней части теплообменника и воздуха, находящегося в конвективных воздуховодах;
- отсутствует воздухозаборник с развитой поверхностью и объемом на входе воздуховодов, поэтому большое сопротивление движению воздуха на входе конвективных воздуховодов, что снижает скорость естественной вентиляции;
- отсутствует возможность изменения активного сечения всасывания воздуха на входе в конвективные воздуховоды, т.е. регулирование скоростью и объемом прокачиваемого воздуха естественной вентиляцией.

Решаемой задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия, увеличение производительности объемов прокачиваемого воздуха естественной вентиляцией, обеспечение возможности подогреть воду, приготовить пищу.

Сформулированная задача решается за счет того, что конвекторная печь, содержащая топку, переднюю стенку с загрузочной дверцей, кожух, размещенный с трех сторон топки, зольник с колосниковой решеткой и поддувальной дверцей, воздуховоды, патрубок с заслонкой, отводящие газы из топки и опоры, снабжена камерой термического разложения дров и прибором контроля оптимальной температуры термического разложения дров, камерой образования горючей смеси и ее самовозгорания и прибором контроля образования горючей смеси и температуры ее горения, гофрированным теплообменником с развитой поверхностью обогрева, обращенной к топке, и эжекторным каналом, воздухозаборником с развитой поверхностью, термоводом с ребрами и огнеупорным щитком, термоотражателем, поворотными жалюзями и экономайзером, при этом камера термического разложения дров и камера образования горючей смеси образованы путем разделения топки сводом на две части - верхнюю и нижнюю, приборы контроля температуры размещены на передней стенке, гофрированный теплообменник с внешним кожухом создают конвективные воздуховоды, размещенные вертикально с трех сторон топки, воздухозаборник образован внешней поверхностью поддона зольника и поверхностью поворотных жалюзи, размещенных в нижней части теплообменника с трех сторон, термовод размещен сверху топки ребрами вниз и по периметру соединен с гофрированным теплообменником и передней стенкой, эжекторный канал размещен в топке на поверхности гофрированного теплообменника, а его козырек входит в конвективный воздуховод, экономайзер размещен на фланце термовода.

На рисунках изображены:
Фиг. 1. Схематичное изображение конвекторной печи: а - вид сбоку (сечение); б - вид сверху.

Фиг.2. Вид на переднюю стенку (сечение).

Фиг. 3. График общего вида получения продуктов термического разложения (получение летучих горючих газов) в % от объема всех выделившихся газов.

Фиг. 4. Схема гофрированного теплообменника с топкой и эжекторное движение потоков теплого воздуха на выходе конвективных воздуховодов.

Фиг.5. Схема размещения эжекторного канала с козырьком.

Конвекторная печь с дровяной топкой на фиг.1 состоит из топки 1, передней стенки 2 с загрузочной дверцей 3. Вокруг топки 1, с трех ее сторон размещен гофрированный теплообменник 4 с развитой поверхностью обогрева. Теплообменник 4 с легким кожухом 5 создают вертикальные конвективные воздуховоды 6 для естественной вентиляции теплообменника 4.

Снизу топку 1 закрывает зольник 7, состоящий из поддона 8, колосниковой решетки 9 и поддувальной дверцы 10. С целью увеличения объема проходящего воздуха через конвективные воздуховоды 6 сверху топку 1 закрывает термовод 11, внешняя поверхность которого ровная и горизонтальная, а к внутренней закреплены ребра 12 и огнеупорный щиток 13, образующие развитую поверхность обогрева, воспринимающие на себя большую часть тепла топки и передающие это тепло на верхнюю часть конвективных воздуховодов 6. Термовод 11 по периметру сварным соединением закреплен к гофрированному теплообменнику 4 и к передней стенке 2.

Топка 1 сводом 14 разделена на две камеры: нижнюю камеру 15 термического разложения дров (получение летучих горючих газов) и верхнюю камеру 16 образования горючей смеси и ее самовозгорания. Над термоводом 11 размещен откидывающийся термоотражатель 17.

На внутренней поверхности гофрированного теплообменника 4 размещен эжекторный канал 18 с козырьком 19, который под углом входит в воздуховод 6 и частично его перекрывает (фиг.2).

Поскольку температура эффективного термического разложения дров с выделением летучих горючих газов находится в узком интервале температур 280-300^oС, фиг. 3, то для ее контроля и принятия мер на передней стенке 2 размещен индикаторный прибор 20, соединенный с датчиком-термопарой, размещенный в камере 15 у колосниковой решетки 9.

Для контроля температуры горения смеси на передней стенке 2 размещен термометр 21.

Между тыльной поверхностью щитка 13 и теплообменником 4 выполнена конвективная камера 22, где происходит снижение скорости уходящих топочных газов и отдача тепла на поверхность гофрированного теплообменника 4.

Для улучшения естественной вентиляции теплообменника 4 в его нижней части с трех сторон размещены поворотные жалюзи 23. Внутренняя поверхность жалюзей 23 и внешняя поверхность поддона 8 выполнена под углом к вертикальной плоскости, фиг.2.

Эти поверхности создают воздухозаборник 24 с развитой регулируемой поверхностью и объемом всасывания холодного воздуха. На термоводе 11 к фланцу закреплен экономайзер 25 с внутренней емкостью 26, заполненной водой.

Сверху экономайзера 25 размещен патрубок 27 с заслонкой 28 для отвода топочных газов в окружающую среду.

Вся конвекторная печь стоит на четырех опорах 29.

Конвекторная печь с дровяной топкой работает следующим образом.

Заливают воду в емкость 26 экономайзера 25. Открывают заслонку 28 для выхода газов из топки 1. Открывают загрузочную дверцу 3 и поддувальную дверцу 10 зольника 7. В топку 1 укладывают дрова и их поджигают. Когда дрова начали разгораться, загрузочную дверцу 3 закрывают и дают время дровам просушиться и хорошо разгореться. Свежий воздух, проходя через дверцу 10 в зольник 7 под колосниковую решетку 9 и в топку 1, способствует быстрому возгоранию дров. Когда дрова разгорелись, термовод 11 стал горячим, с конвективных воздуховодов 6 пошел теплый воздух, а на индикаторе 20 температура достигла 280^oС, дверцу 10 также закрывают и прикрывают заслонку 28 выхода газов из конвектора. Отсутствие поступления свежего воздуха через дверцы 3 и 10 убирает пламя дров. Но наличие температуры в топке 1 280-300^oС вызывает термическое разложение дров с выделением летучих горючих газов в камере 15. Перемещаясь по наклонному своду 14 вверх, горючие газы огибают свод 14 и попадают в камеру 16.

Известно, что удельная плотность нагретого воздуха меньше, чем удельная плотность холодного воздуха. Разность температур воздуха в нижней части воздуховода 6, область А и в его верхней части на выходе, область Б (фиг.2) создают разность давлений на его входе и выходе.

Разность давления воздуха обеспечивает естественную конвективную вентиляцию теплообменника 4. При этом скорость движения воздуха в воздуховодах 6 тем выше, чем больше разность температур областей А и Б, и чем меньше сопротивление движению воздуха в конвективных воздуховодах 6 и на его входе и выходе.

Уменьшение сопротивления движению воздуха на входе в конвективные воздуховоды 6 обеспечивается воздухозаборником 24 с развитой активной поверхностью и объемом всасывания, состоящим из поверхности поддона 8 и поворотных жалюзей 23.

Самые нижние потоки холодного воздуха всасываются под жалюзи 23, подогреваются от стенок поддона 8 и жалюзей 23, свободно разворачиваются с минимальным сопротивлением в развитом объеме воздухозаборника 24, ориентируются и формируют движение в воздуховоды 6.

Воздух, перемещаясь вертикально вверх по конвективным воздуховодам 6, также имеет минимальное сопротивление. Воздух, перемещающийся вверх по воздуховоду 6, встречается с козырьком 19 и часть его направляется в эжекторный канал 18. По каналу 18 воздух поступает в камеру 16 под ребра 12 и термовод 11. Здесь свежий воздух смешивается с горючими газами, выделившиеся при термическом разложении дров, создается горючая смесь с высокой теплотворной способностью. Смесь самовозгорается с достижением температуры 850-900^oС. Выделившееся тепло от сгорания смеси повышает внутреннюю температуру камеры 16. Тепло передается на развитую поверхность гофрированного теплообменника 4, на ребра 12, на огнеупорный щиток 13 и через термовод 11 на верхнюю часть гофрированного теплообменника 4. Излученное тепло от внешней поверхности термовода 11 отражается от термоотражателя 17 и также передается на верхнюю часть теплообменника 4. Теплообменник 4 интенсивно нагревает верхнюю часть воздуха, находящегося в конвективных воздуховодах 6. Нагреваясь, воздух расширяется, давление на выходе воздуховодов 6 становится меньше, а на входе остается прежним. Эта разность давлений воздуха и обеспечивает воздуховодам 6 естественную вентиляцию, всасывая все новые и новые объемы холодного воздуха воздухозаборником 24. Таким образом (фиг.4), верхняя часть гофрированного теплообменника 4 получает нагрев от прямого излучения в камере 16 по стрелке "а" от тепла, переданного термоводом 11, по стрелке "б" и от тепловых лучей термоотражателя 17 по стрелке "в".

Ввиду вертикального расположения конвективных воздуховодов 6 сопротивление в них движению воздуха минимально.

Улучшению конвекции теплообменника 4 способствуют и потоки теплого воздуха, направленные вертикально вверх от термовода 11 и от кожуха 5.

В таком техническом решении, где все потоки теплого воздуха на выходе конвективного воздуховода 6, имеют вектор перемещения одного направления вверх, сопротивление на выходе минимально, конвективные воздуховоды 6 работают как в эжекторной системе, фиг.4, сечение "аа".

Скорость их естественной вентиляции достигает максимальных величин, а следовательно, и наибольших объемов перегоняемого воздуха.

Наличие развитых поверхностей теплообменника вокруг топки, перепада давления на входе и выходе конвективных воздуховодов, минимального сопротивления движению воздуха и эжекторной системы на выходе конвективных воздуховодов обеспечивает наибольшую производительность по теплообмену.

Отдавшие тепло газы в камере 16 огибают огнеупорный щиток 13 снизу, попадают в конвективную камеру 22, снижают свою скорость движения, отдают тепло теплообменнику 4 и через фланец поступают в экономайзер 25. В экономайзере 25 уходящие газы оставшееся тепло отдают емкости 26, нагревают в ней воду и через патрубок 27 и заслонку 28 уходят в окружающую среду.

По индикатору 20, размещенному на передней стенке 2, осуществляют контроль температуры термического разложения дров.

Если температура на индикаторе 20 ниже 280^oС, уменьшают теплосъем с гофрированного теплообменника 4, т. е. уменьшают количество проходящего воздуха путем уменьшения активного сечения площади всасывания воздухозаборника 24, прикрывая его жалюзями 23. Если и это не помогает, приоткрывают заслонку 28 и поддувальную дверцу 10 зольника 7, чтобы дополнительная порция свежего воздуха увеличила горение дров, а температура в камере 15 повысилась до оптимального термического разложения дров (280-300^oС). Затем дверцу 10 закрывают и прикрывают заслонку 28.

При повышении температуры на индикаторе 20 более 300^oС увеличивают количество воздуха, проходящего по конвективным воздуховодам 6 путем раздвижения жалюзей 23, т.е. увеличением активного сечения воздухозабора всасывания свежего воздуха.

Температуру горения смеси контролируют по термометру 21, также размещенному на передней стенке 2.

Таким образом, в данной конвекторной печи представляется возможность проконтролировать и отрегулировать оптимальную температуру термического разложения дров и температуру самовозгорания смеси (летучие горючие газы и свежий воздух).

Когда процесс термического разложения дров заканчивается и конвекторная печь начинает остывать, открывают заслонку 28, загрузочную дверцу 3 и укладывают последующую порцию дров в топку 1. Дрова вспыхивают пламенем, загрузочную дверцу 3 закрывают и прикрывают заслонку 28.

Процесс обогрева помещения конвективной естественной вентиляцией продолжается.

При необходимости подогреть воду, приготовить или подогреть пищу используют верхнюю ровную поверхность термовода 11 с температурой 350 - 450^oС, на которую можно поставить чайник, кастрюлю, сковороду, противень и т.д., для этого необходимо откинуть термоотражатель 17 вокруг шарнира 30.

Теплая вода менее 100^oС всегда имеется в объеме 26 экономайзера 25, которую можно слить через кран и залить новую через патрубок.

Предлагаемое техническое решение конвекторной печи обеспечивает сжигание топлива с высоким кпд, интенсивный отбор тепла естественной конвективной вентиляцией, обогрев помещения теплым воздухом в больших объемах, возможность подогреть воду и приготовить пищу.

Изобретение относится к устройствам обогрева помещений теплым воздухом и приготовления пищи. Технический результат: повышение кпд и производительности. Конвекторная печь содержит топку, переднюю стенку с загрузочной дверцей, кожух, размещенный с трех сторон топки, зольник с колосниковой решеткой и поддувальной дверцей, воздуховоды, патрубок с заслонкой, отводящие газы из топки, и опоры. Печь снабжена камерой термического разложения дров и прибором контроля оптимальной температуры термического разложения дров, камерой образования горючей смеси и ее самовозгорания и прибором контроля образования горючей смеси и температуры ее горения, гофрированным теплообменником с развитой поверхностью обогрева, обращенной к топке, и эжекторным каналом, воздухозаборником с развитой поверхностью, термоводом с ребрами и огнеупорным щитком, термоотражателем, поворотными жалюзями и экономайзером. Камера термического разложения дров и камера образования горючей смеси образованы путем разделения топки сводом на две части - верхнюю и нижнюю. Приборы контроля температуры размещены на передней стенке. Гофрированный теплообменник с внешним кожухом создают конвективные воздуховоды, размещенные вертикально с трех сторон топки. Воздухозаборник образован внешней поверхностью поддона зольника и поверхностью поворотных жалюзи, размещенных в нижней части теплообменника с трех сторон. Термовод размещен сверху топки ребрами вниз и по периметру соединен с гофрированным теплообменником и передней стенкой. Эжекторный канал размещен в топке на поверхности гофрированного теплообменника, а его козырек входит в конвективный воздуховод. Экономайзер размещен на фланце термовода. 5 ил.

Конвекторная печь, содержащая топку, переднюю стенку с загрузочной дверцей, кожух, размещенный с трех сторон топки, зольник с колосниковой решеткой и поддувальной дверцей, воздуховоды, патрубок с заслонкой, отводящие газы из топки, и опоры, отличающаяся тем, что она снабжена камерой термического разложения дров и прибором контроля оптимальной температуры термического разложения дров, камерой образования горючей смеси и ее самовозгорания и прибором контроля образования горючей смеси и температуры ее горения, гофрированным теплообменником с развитой поверхностью обогрева, обращенной к топке, и эжекторным каналом, воздухозаборником с развитой поверхностью, термоводом с ребрами и огнеупорным щитком, термоотражателем, поворотными жалюзями и экономайзером, при этом камера термического разложения дров и камера образования горючей смеси образованы путем разделения топки сводом на две части - верхнюю и нижнюю, приборы контроля температуры размещены на передней стенке, гофрированный теплообменник с внешним кожухом создают конвективные воздуховоды, размещенные вертикально с трех сторон топки, воздухозаборник образован внешней поверхностью поддона зольника и поверхностью поворотных жалюзи, размещенных в нижней части теплообменника с трех сторон, термовод размещен сверху топки ребрами вниз и по периметру соединен с гофрированным теплообменником и передней стенкой, эжекторный канал размещен в топке на поверхности гофрированного теплообменника, а его козырек входит в конвективный воздуховод, экономайзер размещен на фланце термовода.