ПЕЧЬ МИХЕЕНКО Российский патент 2004 года по МПК F24B9/00 F24C13/00 F24H1/46 

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, предпочтительно твердого, и может быть использовано в системах водяного обогрева жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения.

Известна печь, содержащая топку с зоной горения, размещенной в нижней части, поддувало, водогрейные элементы, установленные с возможностью взаимодействия газообразных продуктов сгорания с их поверхностями нагрева, и дымовую трубу (см. И.С.Подгородников. Бытовые печи двухколпаковые. М.: "Колос", 1992, с. 125-134, рис. 62).

Недостаток этой печи - громоздкость, поскольку печь относится к конструкциям периодического действия, и отопление с ее использованием заключается в накапливании тепла в объеме печи и последующем остывании с передачей тепла обогреваемому помещению.

Известна также печь, содержащая топку с колосниками, поддувало и водонагревательный узел, включающий водонаполненную полость, поверхность нагрева которой установлена с возможностью взаимодействия газообразных продуктов сгорания, и дымовую трубу (см. Альбом отопительных и бытовых печей. Ч.1. Печи отопительные. М.: Госстройиздат, 1961, лист 86).

Недостаток этой печи - недостаточная эффективность сжигания топлива, приводящая к большому его недожогу и выбросу горючих газов в атмосферу, а также необходимость обеспечения хорошей тяги для поддержания процесса горения.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении полноты сжигания топлива и увеличении тепловой мощности печи при минимизации ее габаритов.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении необходимости обеспечения хорошей тяги для поддержания процесса горения, снижении выбросов частиц топлива и горючих газов в атмосферу и обеспечении возможности резкого возрастания тепловой нагрузки на печь.

Для решения поставленной задачи печь, содержащая топку с колосниками, поддувало и водонагревательный узел, включающий водонаполненную полость, поверхность нагрева которой установлена с возможностью взаимодействия газообразных продуктов сгорания, и дымовую трубу, отличается тем, что печь снабжена камерой дожигания и теплообменной камерой, в полости которой размещена теплообменная секция, при этом топка, посредством канала для выхода топочных газов, выполненного в верхней части торца топки, сообщена с нижним концом камеры дожигания, верхний конец теплообменной камеры газовым каналом сообщен с верхним концом камеры дожигания, а нижний конец теплообменной камеры сообщен дымоходом с дымовой трубой, верхняя стенка теплообменной камеры выполнена в виде водонагревательного узла, полость поддувала сообщена с нижним концом камеры дожигания, каналом для подвода дополнительного воздуха, снабженным регулирующей заслонкой, вокруг выпускного отверстия канала сформирован газораспределительный колодец, выполненный в виде рядов шамотных кирпичей, попарно размещенных в шахматном порядке друг на друге, стенки топки и камеры дожигания выполнены из шамотного кирпича. Кроме того, газоходные каналы теплообменной секции размещены вертикально, при этом водонагревательный узел и теплообменная секция связаны с аккумулятором нагретой воды.

Сопоставление признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки “...печь снабжена камерой дожигания” и “полость поддувала связана с нижним концом камеры дожигания, каналом для подвода дополнительного воздуха” обеспечивают возможность разделения процесса сжигания топлива на две стадии - предварительной подготовки топлива (его разогрев и горение твердой составляющей с газифицированием) и сжигание газообразных продуктов газификации и пылевидных частиц топлива в изолированном от первого процесса объеме. Таким образом, изменение температурного режима в топочной зоне (например, из-за периодических добавок топлива в топку) не влияет на стабильность режима работы второй зоны.

Признаки “...топка, посредством канала для выхода топочных газов, выполненного в верхней части торца топки, связана с нижним концом камеры дожигания” обеспечивают заданную последовательность “работы” с топливом.

Признаки “...в виде водонагревательного узла выполнена верхняя стенка теплообменной камеры” и “верхний конец теплообменной камеры газовым каналом связан с верхним концом камеры дожигания” обеспечивают движение газовых потоков за счет соответствующего изменения составляющих естественной тяги (т.е. гравитационных сил, действующих на газовые частицы) на разных этапах их движения - подъем - в камере дожигания (за счет прогрева) и спуск - в теплообменной камере (за счет быстрого охлаждения), кроме того, этому же способствует признак "нижний конец (теплообменной камеры) связан дымоходом с дымовой трубой".

Признак “...в полости которой (т.е. теплообменной камеры) размещена теплообменная секция” повышает интенсивность отбора тепла из дымовых газов.

Признак, регламентирующий размещение регулирующей заслонки в канале для подвода дополнительного воздуха, обеспечивает возможность оптимизации процесса горения в зависимости от объема сжигаемого топлива.

Признаки “...стенки топки и камеры дожигания выполнены из термостойкого материала, например, шамотного кирпича” обеспечивают возможность безаварийного сжигания продуктов газифицирования топлива и повышения тепловой нагрузки на печь.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают “самоочистку” газоходных каналов тепловоспринимающего контура теплообменных секций и раскрывают связь водонагревательного узла и нагревательного контура теплообменной секции с аккумулятором нагретой воды.

На фиг.1 показан общий вид печи; на фиг.2 - горизонтальный разрез по камере дожигания; на фиг.3 - горизонтальный разрез по теплообменной камере.

На чертежах показаны топка 1 с колосниками 2, поддувало 3, объем твердого топлива 4, водонагревательный узел, включающий водонаполненную полость 5, поверхность нагрева 6 которой установлена с возможностью взаимодействия с газообразными продуктами сгорания 7. Показаны также дымовая труба 8, камера дожигания 9, канал 10 для выхода топочных газов, выполненный в верхней части торца 11 топки 1, связана с нижним концом камеры дожигания. Причем в виде водонагревательного узла выполнена верхняя стенка теплообменной камеры 12, в полости которой размещены теплообменная секция 13, при этом верхний конец теплообменной камеры 12 газовым каналом 14 связан с верхним концом камеры дожигания 9, а ее нижний конец связан дымоходом 15 с дымовой трубой 8, кроме того, полость поддувала 3 связана с нижним концом камеры дожигания 9, каналом 16 для подвода дополнительного воздуха, снабженным регулирующей заслонкой 17. Кроме того, газоходные каналы 18 теплообменных секций 13 размещены вертикально, при этом водонагревательный узел и теплообменные секции связаны с аккумулятором 19 нагретой воды. Кроме того, в камере дожигания, вокруг выпускного отверстия канала 16 для подвода дополнительного воздуха, сформирован газораспределительный колодец 20, выполненный в виде рядов шамотных кирпичей 21, попарно размещенных в шахматном порядке друг на друге (таким образом, получается, что отверстия для выпуска дополнительного воздуха из колодца на его соседних по высоте рядах размещены на разных его сторонах).

Стенки топки и камеры дожигания выполнены из термостойкого материала, например шамотного кирпича (топка выложена в виде полусферы для большей прочности, камера дожигания выполнена в виде прямоугольной трубы, продольная ось которой направлена вертикально вверх, при этом внутренняя ее полость выложена шамотным кирпичом в шахматном порядке, для лучшего смешивания продуктов газифицирования и возгонки твердого топлива (поступающих из топки) с кислородом воздуха (поступающим из поддувала через канал 16 для подвода дополнительного воздуха). Водонагревательный узел, теплообменные секции и регулирующая заслонка выполнены из металла. Задняя, боковые и нижняя стенки теплообменной камеры выполнены из обычного кирпича или металла (например, если необходим отвод тепла в помещение, где расположена печь) и могут быть снабжены теплоизолирующим кожухом (на основе шлака, минваты и т.п. материалов), если отвод тепла в помещение, где расположена печь, не предусмотрен. Теплообменная секция выполнена известным образом, например, в виде герметичной полости из металла, через которую пропущен пучок вертикально размещенных газоходных каналов 18, выполненных из металлических труб. Верхняя часть теплообменной секции 13, посредством патрубков 22, подключена к водонаполненной полости 5, которая связана с аккумулятором 19 нагретой воды, а нижняя часть теплообменной секции 13 через патрубок 23 подключена к обратному трубопроводу системы отопления (на чертежах не показан).

Заявленное устройство работает следующим образом.

При сжигании топлива идет разогрев стенок топки и других элементов печи, выполненных из термостойкого материала. Горение топлива поддерживается кислородом воздуха, поступающим через колосники.

Нагретые в топке газы (СО, метан, пылевидные несгоревшие частицы топлива и т.п.) - продукты газифицирования и возгонки твердого топлива - нагреваются и, так как в топке нет отвода тепла, “всплывают” в ее верхнюю часть и через канал 10 для выхода топочных газов попадают в нижний конец камеры дожигания, где вступают во взаимодействие с кислородом воздуха, поступающим по каналу 16 для подвода дополнительного воздуха, через отверстия газораспределительного колодца (стенки колодца, разогретые горячими газами, отдавая часть своего тепла дополнительному воздуху, обеспечивают его подогрев, до вступления этого воздуха в контакт с газами и другими продуктами газифицирования и возгонки твердого топлива). Реакция взаимодействия воздуха с газами и другими продуктами газифицирования и возгонки твердого топлива идет с выделением тепла, поэтому продукты сгорания топочных газов не остывают и стремятся к верхнему концу камеры дожигания. При прохождении газов через камеру дожигания их температура поднимается более 1000°С. При этом сгорают все возможные горючие частицы и газы, не образуя копоти на стенках камеры, что способствует лучшему теплообмену. Напором всплывающих газов раскаленные газообразные продукты сгорания 7 из камеры дожигания вытесняются в теплообменную камеру по газовому каналу 14. Здесь раскаленные газообразные продукты сгорания 7 контактируют с поверхностью нагрева 6 водонаполненной полости 5. В результате этого они быстро остывают и стекают по газоходным каналам 18 теплообменной секции 13, где отдают свое тепло воде, заполняющей межтрубное пространство. Холодная вода (т.е. отдавшая свое тепло в системе отопления) через патрубок 23 попадает в нижнюю часть теплообменной секции 13 и вытесняет из нее (через патрубки 22) горячую воду из межтрубного пространства в водонаполненную полость 5, а затем - в аккумулятор 19 нагретой воды. Остывшие газы, температура которых не превышает 150°С, поступают через дымоход 15 в дымовую трубу 8. На выходе дымовой трубы 8 газы бесцветны не содержат частиц копоти и дыма.

Таким образом, разделением зоны горения и теплообмена и описанным образом организованным движением газовых потоков обеспечивается хорошая тяга, позволяющая сжигать уголь без дополнительного поддува воздуха; полное сжигание топлива, что уменьшило количество вредных выбросов в атмосферу; значительная экономия топлива, отсутствие затрат на очистку котла от смоляных отложений и копоти, увеличение мощности печи при ее меньших размерах.

При подбрасывании новой порции угля печь не остывает, т.к. температура угля мгновенно повышается за счет высокой температуры топки, имеющей большую массу, и того, что печные газы не прекращают процесс горения из-за их постоянного отвода из зоны реакции. При этом возможность регулирования объемов дополнительного воздуха (посредством регулирующей заданного перекрытия канала 16 для подвода дополнительного воздуха заслонкой 17) обеспечивает возможность оптимизации процесса горения в зависимости от объема сжигаемого топлива.

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, предпочтительно твердого, и может быть использовано в системах водяного обогрева жилых и производственных помещений и горячего водоснабжения. Задача: повышение полноты сжигания топлива и увеличение тепловой мощности печи при минимизации ее габаритов. Печь содержит топку с колосниками, поддувало и водонагревательный узел, включающий водонаполненную полость, поверхность нагрева которого установлена с возможностью взаимодействия с газообразными продуктами сгорания, и дымовую трубу. Печь снабжена камерой дожигания и теплообменной камерой, в полости которой размещена теплообменная секция. Топка, посредством канала для выхода топочных газов, выполненного в верхней части торца топки, сообщена с нижним концом камеры дожигания. Верхний конец теплообменной камеры газовым каналом сообщен с верхним концом камеры дожигания, а нижний конец теплообменной камеры сообщен дымоходом с дымовой трубой, верхняя стенка теплообменной камеры выполнена в виде водонагревательного узла, полость поддувала сообщена с нижним концом камеры дожигания каналом для подвода дополнительного воздуха, снабженным регулирующей заслонкой, вокруг выпускного отверстия канала сформирован газораспределительный колодец, выполненный в виде рядов шамотных кирпичей, попарно размещенных в шахматном порядке друг на друге. Стенки топки и камеры дожигания выполнены из шамотного кирпича. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Печь, содержащая топку с колосниками, поддувало и водонагревательный узел, включающий водонаполненную полость, поверхность нагрева которого установлена с возможностью взаимодействия с газообразными продуктами сгорания, и дымовую трубу, отличающаяся тем, что печь снабжена камерой дожигания и теплообменной камерой, в полости которой размещена теплообменная секция, при этом топка посредством канала для выхода топочных газов, выполненного в верхней части торца топки, сообщена с нижним концом камеры дожигания, верхний конец теплообменной камеры газовым каналом сообщен с верхним концом камеры дожигания, а нижний конец теплообменной камеры сообщен дымоходом с дымовой трубой, верхняя стенка теплообменной камеры выполнена в виде водонагревательного узла, полость поддувала сообщена с нижним концом камеры дожигания каналом для подвода дополнительного воздуха, снабженным регулирующей заслонкой, вокруг выпускного отверстия канала сформирован газораспределительный колодец, выполненный в виде рядов шамотных кирпичей, попарно размещенных в шахматном порядке друг на друге, стенки топки и камеры дожигания выполнены из шамотного кирпича.2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что газоходные каналы теплообменной секции размещены вертикально, при этом водонагревательный узел и теплообменная секция связаны с аккумулятором нагретой воды.