ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК F24B5/06 F24B7/02 

Техническое решение относится к устройствам для воздушного обогрева помещений различного назначения и может найти применение в быту и в строительстве при использовании всех видов твердого топлива.

Известно устройство для обогрева помещений по патенту РФ №2103613, кл. F 24 B 7/00, 5/06, опубл. в БИ №3 за 1998 г., содержащее корпус с днищем, передней и задней стенками и с верхним листом, люк с перегородкой и крышкой для изменения режима работы, расположенные в корпусе с противоположных сторон две дугообразные воздухоподводящие трубы, охватывающие их боковые листы с верхними и нижними рядами отверстий для воздухоподводящих труб и трубу для отвода газов. Крышка люка снабжена эксцентрично расположенным перфорированным патрубком с соосно установленным на нем колпаком. Площадь перфорации патрубка не менее площади его поперечного сечения, колпак установлен с возможностью перемещения относительно патрубка, а крышка - с возможностью поворота относительно образующей люка для обеспечения оптимального режима горения.

Недостатком известного устройства является низкий КПД. Это объясняется неудачным расположением нижней части воздухоподводящих труб в топочной камере, так как оно не соответствует направлению движения топочных газов, что не обеспечивает эффективного теплообмена. Кроме того, в процессе эксплуатации устройства нижняя часть этих труб засыпается золой и практически не участвует в теплообмене. К тому же, подача вторичного воздуха в устройство осуществляется в верхнюю часть корпуса, за пределы тепло передающих поверхностей воздухоподводящих труб, поэтому тепло, выделяемое при окислении топочных газов, почти не используется для их нагрева.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является отопительное устройство по патенту РФ №2134844, кл. F 24 B 5/06, 7/02, опубл. в БИ №23 за 1999 г., включающее корпус, образованный передней стенкой с дверью для загрузки топлива и патрубком с регулируемой подачей воздуха в топливник, задней стенкой с патрубком регулируемого дымоотвода, нижней горизонтальной поверхностью - подом, верхней и боковыми стенками, и размещенный внутри него свод топки, выполненный в виде горизонтальной перегородки, разделяющей внутренний объем корпуса на две сообщающиеся полости - топливник и газоходную камеру, и содержащий люк, воздушные, перекрещивающиеся над сводом топливника и закрепленные в отверстиях на нижней горизонтальной поверхности - поде в шахматном порядке вдоль боковых стенок и в отверстиях на противоположных боковых стенках теплообменные трубы с открытыми торцами, сообщенными с окружающим воздухом, воздуховоды с отверстиями, колосниковую решетку и зольник с дверцей. Люк свода топливника размещен со стороны задней стенки и снабжен размещенным над ним коробом, выполненным с открытым торцом и образующим дополнительную полость - камеру дожигания топочных газов, сообщенную с одной стороны с полостью топливника, с другой - с газоходной камерой со стороны передней стенки. Воздуховоды размещены в полости топливника вертикально вдоль задней стенки отверстиями на входе в камеру дожигания топочных газов и закреплены каждый открытым торцом в отверстии на нижнем поде с возможностью сообщения их внутренних полостей с окружающим воздухом.

Известное устройство более эффективно, чем предыдущее, по расположению теплообменных труб, однако оно тоже не обеспечивает высокого КПД, так как топочная камера в нем не экранирована с торцов теплообменными трубами. Это не позволяет использовать тепло топки полностью на нагрев теплообменных труб: часть тепла идет на нагрев передней и задней стенок корпуса, что менее эффективно, чем нагрев воздуха в теплообменных трубах. Кроме того, наличие перегородки, отделяющей топливник от газоходной камеры, усложняет конструкцию устройства и создает неравномерность распределения температуры в топочной камере, что снижает эффективность нагрева теплообменных труб, то есть снижает КПД.

Технической задачей предлагаемого решения является упрощение конструкции и повышение КПД за счет увеличения теплообмена в топочной камере без увеличения габаритов отопительного устройства и обеспечения равномерного нагрева конвективных труб.

Задача решается следующим образом. Предлагается отопительное устройство, содержащее корпус, имеющий боковые, заднюю и переднюю стенки, крышку, колосниковую решетку в днище, зольник и дымоход. В корпусе вдоль боковых стенок герметично закреплены в днище и в отверстиях на противоположных боковых стенках перекрещивающиеся вверху конвективные трубы, образующие топочную камеру. Последняя состоит из расположенной внизу топки с дверцей и верхней зоны. В корпусе установлены также трубки для подачи вторичного воздуха в верхнюю зону. Указанные конвективные трубы имеют открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. Верхняя часть корпуса с передней стенкой выполнена выступающей вперед над дверцей топки, а в топочной камере топка и верхняя зона образуют единое пространство. Вдоль передней и задней стенок герметично закреплены в крышке и соответственно - в дне выступающей вперед верхней части корпуса и в его днище экранирующие топочную камеру конвективные трубы, имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. На наклонных частях перекрещивающихся вверху конвективных труб установлены сверху нижние и верхние газонаправляющие щитки, образующие с ними соответственно нижние и верхние газоходы. Верхние газонаправляющие щитки соединены между собой, образуя двугранный угол. Трубки для подачи вторичного воздуха установлены перед входом в нижние газоходы, изогнуты навстречу потоку воздуха в экранирующих топочную камеру конвективных трубах и закреплены на них.

Размещение топки и верхней зоны топочной камеры в едином пространстве, без разделительной перегородки, позволяет упростить конструкцию и повысить эффективность нагрева конвективных труб, так как тепло от топки, поднимаясь вверх, равномерно нагревает их. Введение экранирующих топочную камеру конвективных труб, расположенных вдоль передней и задней стенок, образует топочную камеру экранного типа, препятствующую рассеиванию тепла и позволяющую рационально использовать тепло топки на нагрев всех конвективных труб. При этом экранирующие топочную камеру конвективные трубы без увеличения габаритов отопительного устройства увеличивают его общую тепло передающую поверхность, и их открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом, обеспечивают поступление дополнительного количества теплого воздуха в помещение, что повышает КПД отопительного устройства.

Установка сверху на наклонных частях перекрещивающихся вверху конвективных труб нижних и верхних газонаправляющих щитков, образующих с ними соответственно нижние и верхние газоходы, удлиняет путь топочных газов до дымохода, замедляя их движение и концентрируя их в местах подачи вторичного воздуха. Соединение при этом верхних газонаправляющих щитков с образованием двугранного угла препятствует проходу топочных газов вверх, напрямую, из топки в дымоход, также замедляя их движение в топочном пространстве. Упрощенная схема подачи вторичного воздуха перед входом в нижние газоходы из экранирующих топочную камеру конвективных труб позволяет начинать окисление топочных газов в верхней зоне топочной камеры и заканчивать в верхних газоходах, что обеспечивает практически полное их окисление и, как следствие - равномерный дополнительный нагрев всех конвективных труб за счет выделяемого при окислении тепла. Таким образом, наличие верхних и нижних газоходов также повышает КПД отопительного устройства.

Трубки для подачи вторичного воздуха могут иметь на выходе жиклеры, которые позволяют регулировать подачу вторичного воздуха в зависимости от выбранного режима работы отопительного устройства.

Целесообразно колосниковую решетку выполнить из жаропрочной стали, а ее элементам придать вид желобов. Такое конструктивное исполнение повышает срок службы колосниковой решетки, так как при эксплуатации отопительного устройства ее элементы в виде желобов забиваются золой, что предохраняет колосниковую решетку от воздействия высокой температуры. Выполнение колосниковой решетки из стали снижает ее вес, а значит, и вес отопительного устройства.

При использовании в качестве топлива угля или при работе в интенсивном режиме целесообразно в топочной камере топку закрыть металлическим экраном, который защищает все конвективные трубы от образования окалины, повышая срок их службы.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где показано на фиг.1 - общий вид отопительного устройства (вид спереди), на фиг.2 - то же (вид сверху, схема), на фиг.3 - разрез I-I на фиг.2 (схема), на фиг.4 - разрез II-II на фиг.2 (схема), на фиг.5 - разрез III-III на фиг.4 (схема).

Отопительное устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1), имеющего боковые 2, заднюю 3 (фиг.4) и переднюю 4 (фиг.1, 4) стенки, крышку 5, колосниковую решетку 6 в днище 7, зольник 8 (фиг.1), представляющий собой ящик с ручкой, и дымоход 9 (фиг.1) с заслонкой (поз. не обозначена). Верхняя часть корпуса 1 с передней стенкой 4 выполнена выступающей вперед над дверцей 10 (фиг.4) топки 11 (фиг.3). В топочном пространстве 12 корпуса 1 вдоль боковых стенок 2 герметично закреплены в днище 7 и в отверстиях 13 на противоположных боковых стенках 2 перекрещивающиеся вверху топочного пространства 12 конвективные трубы 14, имеющие вертикальные и наклонные части (поз. не обозначены). Трубы 14 образуют топочную камеру 15, состоящую из расположенной внизу топки 11 с дверцей 10 (фиг.1, 4) и верхней зоны 16 (фиг.3). Топка 11 и верхняя зона 16 в топочной камере 15 образуют единое пространство. Перекрещивающиеся вверху конвективные трубы 14 имеют открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. Нижние наклонные части этих труб 14 образуют свод 17 топочной камеры 15. В корпусе 1 размещены также экранирующие топочную камеру 15 конвективные трубы 18 (фиг.1-5), выполненные прямыми, установленные вертикально и имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. Эти трубы 18 расположены вдоль передней 4 (фиг.4) и задней 3 стенок и герметично закреплены в крышке 5 и соответственно - в дне 19 выступающей вперед верхней части корпуса 1 и в его днище 7. Трубы 18 экранируют топочную камеру 15 со стороны передней 4 и задней 3 стенок, образуя топочную камеру 15 экранного типа. На нижних и верхних наклонных частях перекрещивающихся вверху конвективных труб 14 установлены сверху нижние 20 (фиг.3, 4) и верхние 21 газонаправляющие щитки, образующие с ними соответственно нижние и верхние газоходы (поз. не обозначены). Верхние газонаправляющие щитки 21 соединены между собой, образуя двугранный угол (фиг.3). Под сводом 17 топочной камеры 15 перед входом в нижние газоходы установлены трубки 22 (фиг.3, 4) для подачи вторичного воздуха, которые изогнуты навстречу потоку воздуха в экранирующих топочную камеру 15 конвективных трубах 18 и закреплены на них. Дымоход 9 выведен на крышку 5.

На выходе трубок 22 можно установить жиклеры 23 (фиг.4). Колосниковая решетка 6 выполнена из жаропрочной стали и имеет элементы 24 (фиг.3, 5) в виде желобов, например П-образных. При использовании в качестве топлива угля или при работе в интенсивном режиме топка 11 закрыта металлическим экраном 25 (фиг.3).

Отопительное устройство (далее устройство) работает следующим образом.

Устройство устанавливают на горизонтальную площадку из несгораемого материала, и к дымоходу 9 присоединяют дымовую трубу высотой 3-5 м (на фиг. не показана).

Растопку устройства осуществляют известным способом: на колосниковую решетку 6 топки 11 укладывают бумагу, лучины, щепки, дрова или уголь. Затем их поджигают, и дверцу 10 топки 11 закрывают. В начале растопки зольник 8 слегка выдвинут, и воздух (первичный) поступает под колосниковую решетку 6, обеспечивая интенсивное горение топлива. Заслонка дымохода 9 при этом полностью открыта (режим интенсивного горения топлива используют также, когда требуется быстро нагреть воздух неотопленного помещения). После того, как загорелось основное топливо (дрова или уголь), работу устройства переводят на экономичный режим: зольник 8 задвигают. Процесс сгорания топлива в этом режиме проходит в две фазы. При недостатке воздуха топливо в топке 11 медленно тлеет, выделяя горючие топочные газы (1-ая фаза), которые поднимаясь в верхнюю зону 16 топочной камеры 15 уплотняются, направляемые поверхностями нижних 20 и верхних 21 газонаправляющих щитков далее к дымоходу 9. По пути они окисляются под действием поступающего по трубкам 22 вторичного воздуха через жиклеры 23 с выделением тепла (2-ая фаза).

Фаза окисления топочных газов начинается в верхней зоне 16 топочной камеры 15 и кончается в верхних газоходах. Движение вторичного воздуха обусловлено разностью давлений в экранирующих топочную камеру 15 конвективных трубах 18 и топочном пространстве 12 корпуса 1, которая обеспечивается дымовой тягой.

Во время работы устройства холодный воздух из помещения поступает в грубы 14 и 18 снизу через их открытые торцы. При горении топлива в топке 11 и окислении топочных газов в верхней зоне 16 и нижних и верхних газоходах трубы 14 и 18 нагреваются, передавая тепло находящемуся в них воздуху. Нагретый воздух поступает в отапливаемое помещение через верхние открытые торцы этих конвективных труб 14, 18. Дальнейшее снижение скорости горения (увеличение времени работы на одной закладке топлива) осуществляют постепенным прикрытием заслонки дымохода 9. При этом надо следить, чтобы дымовые газы не прорывались через трубки 22 в экранирующие топочную камеру 15 конвективные трубы 18.

При использовании в качестве топлива угля топку 11 закрывают металлическим экраном 25, который предохраняет конвективные трубы 14, 18 от образования разрушающей их окалины. Металлический экран 25 устанавливают и в том случае, когда устройство часто используют при работе в интенсивном режиме.

Устройство имеет простую конструкцию и обеспечивает КПД 85%. Поверхность крышки 5, свободную от дымохода 9 и труб 18, расположенных около передней стенки 4, можно использовать для приготовления пищи, так как температура нагрева крышки 5 позволяет делать это.

Изобретение относится к устройствам для обогрева помещений различного назначения и применяется в быту и строительстве при использовании всех видов твердого топлива. Технический результат: упрощение конструкции и повышение КПД за счет увеличения теплообмена в топочной камере без увеличения габаритов отопительного устройства и обеспечения равномерного нагрева конвективных труб. Отопительное устройство содержит корпус, имеющий боковые, заднюю и передние стенки, крышку, колосниковую решетку в днище, зольник и дымоход. В корпусе вдоль боковых стенок герметично закреплены в днище и в отверстиях на противоположных боковых стенках перекрещивающиеся вверху конвективные трубы, образующие топочную камеру, состоящую из расположенной внизу топки с дверцей и верхней зоны, и установлены трубки для подачи вторичного воздуха в верхнюю зону, причем указанные конвективные трубы имеют открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. Верхняя часть корпуса с передней стенкой выполнена выступающей вперед над дверцей топки, а в топочной камере топка и верхняя зона образуют единое пространство, при этом вдоль передней и задней стенок герметично закреплены в крышке и соответственно - в дне выступающей вперед верхней части корпуса и в его днище экранирующие топочную камеру конвективные трубы, имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом, а на наклонных частях перекрещивающихся вверху конвективных труб установлены сверху нижние и верхние газонаправляющие щитки, образующие с ними соответственно нижние и верхние газоходы, причем верхние газонаправляющие щитки соединены между собой, образуя двугранный угол, а трубки для подачи вторичного воздуха установлены перед входом в нижние газоходы, изогнуты навстречу потоку воздуха в экранирующих топочную камеру конвективных трубах и закреплены на них. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Отопительное устройство, содержащее корпус, имеющий боковые, заднюю и передние стенки, крышку, колосниковую решетку в днище, зольник и дымоход, при этом в корпусе вдоль боковых стенок герметично закреплены в днище и в отверстиях на противоположных боковых стенках перекрещивающиеся вверху конвективные трубы, образующие топочную камеру, состоящую из расположенной внизу топки с дверцей и верхней зоны, и установлены трубки для подачи вторичного воздуха в верхнюю зону, причем указанные конвективные трубы имеют открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса с передней стенкой выполнена выступающей вперед над дверцей топки, а в топочной камере топка и верхняя зона образуют единое пространство, при этом вдоль передней и задней стенок герметично закреплены в крышке и соответственно - в дне выступающей вперед верхней части корпуса и в его днище экранирующие топочную камеру конвективные трубы, имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом, а на наклонных частях перекрещивающихся вверху конвективных труб установлены сверху нижние и верхние газонаправляющие щитки, образующие с ними соответственно нижние и верхние газоходы, причем верхние газонаправляющие щитки соединены между собой, образуя двугранный угол, а трубки для подачи вторичного воздуха установлены перед входом в нижние газоходы, изогнуты навстречу потоку воздуха в экранирующих топочную камеру конвективных трубах и закреплены на них.2. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что трубки для подачи вторичного воздуха имеют на выходе жиклеры.3. Отопительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что колосниковая решетка выполнена из жаропрочной стали, и ее элементы имеют вид желобов.4. Отопительное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что в топочной камере топка закрыта металлическим экраном.