ПЕРЕСТРАИВАЕМАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2005 года по МПК F22B13/04 

Изобретение относится к так называемой последовательно трансформируемой нагревательной системе, характеризуемой многофункциональностью. Базовой функцией этой системы является функция нагревательной печи, которая может плавно "эволюционировать" и стать бойлером, предназначенным для нагрева и принудительной циркуляции различных жидких сред /воды, масел/ для подачи их к нагревательным элементам, таким как радиаторы или любым другим теплоизлучающим элементам.

Предлагаемая нагревательная система, независимо от ее конфигурации, способна с одинаковым успехом работать на твердых топливах, таких как уголь или дрова, и на жидких топливах типа мазута, а также на газообразных топливах.

Излишне напоминать, в чем состоит нагрев с помощью печи, так как эта функция печи общеизвестна и теряется в незапамятных временах.

Предлагаемое изобретение имеет целый ряд новых функций, обладающих изобретательской новизной.

Согласно изобретению перестраиваемая нагревательная система содержит камеру, выполняющую одновременно функцию топки печи, выполненной с возможностью трансформирования в котел посредством добавления к системе дополнительных элементов, например змеевика, расположенного в трубопроводах, предусмотренных для этой цели, причем в указанном змеевике жидкость подвергают предварительному нагреву перед подачей ее в бойлер, который закреплен на задней торцевой стенке камеры и в котором текучую среду (воду, масло) нагревают, пропуская текучую среду по кольцевому каналу, после чего нагретую текучую среду направляют по трубопроводам к теплоизлучательным нагревательным элементам, например к радиаторам или экономайзеру горячей воды.

Предпочтительно каждая базовая камера-секция может быть снабжена одной или несколькими стандартными камерами-секциями, зафиксированными в виде последовательного ряда камер-секций, расположенных торец к торцу для увеличения нагревательной способности печи или котла.

Каждая камера-секция может иметь переднюю торцевую стенку, на которой закреплена дверца для загрузки твердых топлив (дров, угля) в печь, причем указанная дверца может быть заменена другой дверцей, на которой закреплена горелка, приспособленная для сжигания жидкого или газообразного топлива.

Целесообразно, чтобы каждая камера-секция имела переднюю торцевую стенку, на которой закреплена дверца поддувала, на переднем конце которого имеется роликовый кран, предназначенный в случае работы на твердом топливе для регулирования двойной подачи воздуха в систему, а именно первого потока воздуха, поступающего в топку, и второго потока воздуха, который поступает в каналы полых элементов и который рассеивается через перфорации вдоль стенок указанных элементов. При этом указанное поддувало может быть оборудовано колосниковой решеткой, расположенной продольно относительно оси камеры и предназначенной способствовать дожиганию мелких горящих углей, удерживаемых этой решеткой.

Для монтажа сборной многокамерной конструкции корпус поддувала выполнен с возможностью производить сборку в ряд и торец к торцу.

Предпочтительно каждая камера-секция имеет заднюю торцевую стенку, на которой закреплена отражательная пластина, которая способствует дожиганию дымов, причем задняя стенка имеет один или два крана, предназначенных для регулирования подачи по каналу предварительно нагретого вторичного воздуха.

Шарнирно закрепленная заслонка предназначена для выбора пути удаления дымов через отверстие при работе на твердых топливах или через канал при работе на жидких и газообразных топливах с использованием горелки посредством перекрытия или открытия либо отверстия, либо канала, причем указанная заслонка, перекрывая отверстие, открывает канал и, напротив, перекрывая канал, открывает отверстие.

Выбор способа нагрева в основном обусловлен географическим месторасположением обогреваемого объекта, легкостью и доступностью обеспечения топливом и стоимостью топлива. Так, например, в угледобывающих районах предпочтительным является уголь, в лесистых местностях предпочтительны дрова, а в городской местности предпочтительны мазут или газ.

Кроме того, по состоянию на сегодня любая нагревательная установка проектируется как нечто неизменное и окончательно сформированное. Иными словами, такая нагревательная система не может не переналаживаться, ни каким-либо образом видоизменяться путем добавления к ней или изъятия из нее отдельных модулей. Как правило, существующие нагревательные системы не могут быть видоизменены в случаях, когда им предстоит нагревать больший объем (например, увеличение обогреваемых площадей в случае вовлечения в обиход чердаков или подобных помещений). Действительно, печь не может увеличить свою нагревательную способность, а котел не может успешно обогреть большее число радиаторов, нежели то число, которое было заложено изначально.

Изобретение позволяет преодолеть все эти неудобства за счет того, что предлагаемая система способна работать на самых различных топливах после очень простой переналадки.

Система способна преобразовываться в сторону изменения ее нагревательной способности и может даже трансформироваться в котел посредством добавления к ней дополнительных элементов, причем все это без изменения ее базовой конструкции, т.е. однокамерной нагревательной печи типа, изображенного на фиг.1 и 2. Итак, новизна предлагаемого изобретения обусловлена тремя основными факторами:

а) система обладает нагревательной способностью, которая может перестраиваться и видоизменяться посредством введения или изъятия из нее модулей;

б) печь может преобразовываться и стать котлом и наоборот;

в) система работает на многих видах топлива.

Следовательно, это нагревательная система, нагревательная способность которой может быть увеличена или уменьшена в зависимости от объема обогреваемых помещений, сохраняя при этом возможность, независимо от выбранной нагревательной способности, оставаться по-прежнему либо печью, либо видоизмениться и стать котлом для выполнения задачи нагрева большего объема помещения. При этом степень обогрева помещения остается постоянной и используются именно те топлива, которые в данный момент находятся под рукой.

Изобретение характеризуется следующими признаками.

Базовым элементом предлагаемой нагревательной системы является стандартный, единственный и цельный элемент, именуемый камерой или ячейкой, вид которой в перспективе приведен на фиг.3. Эта камера имеет специфическую форму и содержит топку, в которой сжигают топливо.

Эта цельная камера ограничена передней торцевой стенкой-перегородкой (фиг.6), в которой имеется основная дверца 1 или 2 (фиг.1, 2), и задней торцевой стенкой-перегородкой (фиг.7), в которой имеется отверстие, в которое вставляется труба для удаления дымов (фиг.7). Эта задняя торцевая стенка заранее изготовлена таким образом, чтобы к ней можно было подключить систему кипятильных трубок (фиг.8, 9 и 10) в случае работы системы в режиме "котла". Вся система защищена кожухом (см. фиг.11).

Для работы на твердых топливах (дрова, уголь) передняя торцевая стенка (фиг.6) имеет подвижную основную дверцу 1 (фиг.1), закрепленную на боковых шарнирах. Через эту дверцу загружают топливо.

Оборудованная таким образом единственная камера-секция соответствует минимуму требуемой нагревательной способности. В случае применения твердых топлив (дров, угля) можно увеличить эту нагревательную мощность, добавив к этой камере еще одну или несколько камер и располагая их в одну линию вслед за первой камерой (фиг.13).

Для того чтобы произвести эту сборку, сначала демонтируют заднюю торцевую стенку-перегородку, а затем болтами прикрепляют вторую камеру-секцию к первой (фиг.14 и 15).

Повторный монтаж на место задней стенки (фиг.7), к которой подведена труба для удаления дымов, производится на последней из присоединенных таким образом камер этого ряда камер таким же образом, как это было проделано на первой камере.

Эта монтажная операция показана на фиг.13.

Мы уделяем столь много места этой операции монтажа ради ясности понимания и хотим сразу подчеркнуть, что такое наращивание системы может производиться не только посредством демонтажа задней стенки, но и посредством демонтажа передней стенки. Поскольку габариты всех камер одинаковы и постоянны, следует иметь в виду обе эти возможности монтажа системы.

Следует отметить, что эта цельная базовая камера имеет на своих обоих торцах перфорированные фланцы 5. Эти фланцы имеют три функции. Во-первых, они обеспечивают жесткость сборной конструкции в процессе монтажа /фиг.12 и 13/ таким образом, чтобы усилие прогиба, действующее на всю сборную конструкцию, было бы равновеликим усилию прогиба, действующему на одну-единственную камеру-секцию, так как все они лежат на земле. Во-вторых, эти фланцы обеспечивают герметичность сборной конструкции. И, наконец, в-третьих, после установки наружного кожуха они создают пространство, в котором осуществляется принудительная циркуляция воздуха, подаваемого снаружи /фиг.11/.

Переоборудование системы, работающей на твердых топливах /уголь, дрова/, в систему, работающую на жидких /мазут и пр./ и газообразных топливах, осуществляется путем замены основной дверцы 1 в передней торцевой стенке /фиг.1/ на другую дверцу 2 /фиг.2/, оборудованную горелкой, приспособленной для сжигания данного жидкого или газообразного топлива.

В случае применения жидкого или газообразного топлива увеличение нагревательной способности осуществляется посредством замены прежнего жиклера на другой, который по своим характеристикам соответствует новому требуемому уровню мощности.

Теперь опишем процедуру переналадки одно- или многокамерной печи в бойлер /фиг.8, 9 и 10/. Для этого к задней стенке сборной конструкции крепится бойлер 6 /фиг.17/. Жидкость предварительно нагревают в резервуаре 4 /фиг.11/, который имеет стандартную форму, которая абсолютно согласуется с верхней частью камеры. Эти резервуары могут быть соединены между собой с помощью предназначенных для этой цели отверстий, число которых соответствует числу задействованных в системе камер. Эти отверстия следующие: входное отверстие для холодной воды в основании резервуара и выходное отверстие для воды, подогретой на одну ступень выше предыдущей камеры, в верхней части резервуара /все направления потоков указаны стрелками/. Жидкость, предварительно подогретая таким образом, попадает затем в змеевик /фиг.19/, расположенный в нижней части камеры. Пройдя таким образом через змеевик, жидкость вновь через элементы возвращается в бойлер /фиг.9 и 10/, в котором ее доводят до требуемой температуры. Жидкость, нагретая таким образом, теперь пригодна для подачи в нагревательные элементы, такие как радиаторы или экономайзеры горячей воды. Следует отметить, что в случае работы "в режиме котла", переход системы с твердых топлив /дрова, уголь/ на жидкие или газообразные топлива осуществляется путем подбора соответствующей горелки.

Чтобы увеличить нагревательную мощность котла, необходимо изменить объем бойлера, расположенного на задней торцевой стенке, чтобы достичь требуемой мощности.

Предлагаемая система имеет принципиальную схему, представленную на фиг.1 и 2, и состоит из следующих основных структурных элементов:

- основная камера или ячейка /фиг.3/;

- трубопроводы 8 /фиг.4 и 5/, назначение которых состоит в том, чтобы принять содержимое змеевика, через который протекает жидкость при работе в "режиме котла";

- передняя торцевая стенка /фиг.6/ предназначена для герметичного закрывания переднего торца камера; кроме того, эта стенка является элементом конструкции, на которой закреплена так называемая основная дверца (она может быть застекленной или сплошной) в случае работы на твердых топливах (дровах, угле), либо на этой передней стенке крепится дверца 2, оборудованная горелкой в случае работы на жидких или газообразных топливах /фиг.2/.

Кроме того, на передней торцевой стенке крепится вспомогательная дверца 9 /фиг.1/, дающая доступ к поддувалу /фиг.20, 21 и 22/. В передний торец поддувала входит роликовый кран 10 /фиг.20, 21 и 22/. Следует отметить, что при работе на жидком или газообразном топливах присутствие этого крана становится излишним и он постоянно находится в закрытом состоянии.

В поддувале размещается избирательная колосниковая решетка 11 /фиг.21 и 22/, которая располагается вдоль оси камеры и которая имеет двоякую функцию: с одной стороны, эта решетка удерживает раскаленные угли, которые все еще могут эффективно излучать тепло в топке камеры, и, с другой стороны, эта решетка пропускает на дно поддувала те угли, которые полностью сгорели и стали золой.

Поддувало, являющееся частью каждой камеры, снабжено проложенными продольно полыми элементами 12 ромбовидного сечения /фиг.21 и 22/. Кроме того, поддувало имеет передний торец 13 /фиг.20, 21 и 22/ и задний торец 14 /фиг.21 и 22/. На переднем торце установлен кран, который управляет двумя отдельными отверстиями, а именно: одно из этих отверстий 15 пропускает первичный воздух, поступающий в топку /фиг.20 и 21/, тогда как второе отверстие 16 пропускает первичный воздух к полным элементам ромбовидного сечения /фиг.20 и 21/.

Указанные полые элементы 12 простираются параллельно друг другу, при этом два противоположно расположенных гребня этих элементов находятся в вертикальной плоскости. Верхние стенки являются сплошными, и это позволяет зоне падать на дно поддувала, не забивая полые элементы 12. Нижние стенки 17 перфорированные /фиг.21/, чтобы первичный воздух мог проникать в топку и способствовать сжиганию еще не полностью сгоревших частиц, удерживаемых колосниковой решеткой 11 поддувала /фиг.21 и 22/.

При сборке конструкции из нескольких камер в отношении их поддувал поступают точно таким же образом, как и при выше описанном способе сборки собственно камер, поскольку передние и задние торцевые стенки каждого поддувала являются съемными. Конструкция поддувала такова, что они подгоняются друг к другу, составляя ряд, и подгоняются торец к торцу с поддувалом соседней камеры.

Задняя торцевая стенка /фиг.7/ предназначена для герметичного закрывания заднего торца камеры. Она также служит отражательной плитой /фиг.23 и 24/, которая мешает хаотичному выбросу дымов из системы и направляет все дымы в строго заданную точку /фиг.24/. В эту же точку подается подогретый вторичный воздух 20 /фиг.24/, который вызывает окончательное дожигание продуктов горения. Подача вторичного воздуха регулируется с помощью одного или двух кранов 19, предназначенных для одной и той же цели /фиг.24/ и установленных на задней торцевой стенке камеры.

В случае работы системы в "режиме печи" задняя торцевая стенка /фиг.25/ камеры снабжена опорой 21 /фиг.26/, к которой крепится вышеописанная отражательная плита 22 /фиг.27/. Кроме того, задняя торцевая стенка имеет пробки или заглушки 23 /фиг.25/, которые зафиксированы в своих гнездах.

В случае перехода от работы в "режиме печи" к "режиму котла" к этой же задней торцевой стенке прикрепляют бойлер /фиг.8, 9 и 10/, предназначенный для подогрева жидкости, подаваемой к теплоизлучательным элементам, например к радиаторам. Однако при этом со стенки необходимо демонтировать опору 21 /фиг.26/.

Указанный бойлер имеет круглую форму, а его внутренние 24 /фиг.8/ и внешние 25 ребра выполнены таким образом, чтобы обеспечить оптимальный захват тепловой энергии. Функция этого бойлера заключается в том, чтобы принимать и подогревать жидкость, подаваемую к теплоизлучательным элементам. При монтаже бойлера отвинчивают пробки 23 /фиг.16/ и в освободившиеся гнезда вводят элементы 7 /фиг.9/ бойлера. На фиг.18 показана сборка бойлера /фиг.8/ и сборка отражательной плиты 22 /фиг.18/. Всю вышеописанную сборную конструкцию охватывает резервуар 4 /фиг.11/.

Дальнейшее описание является неотъемлемой частью патента и касается усовершенствований к предлагаемой перестраиваемой нагревательной системе. Более конкретно, эти усовершенствования касаются механизма выделения и выброса дымов, а именно:

- дымы поступают в канал дымовой трубы через отверстие /в случае работы на твердых топливах/;

- при переходе на работу на жидких или газообразных топливах используют шарнирно закрепленную заслонку, которая перекрывает вышеупомянутое отверстие, открывает канал дымовой трубы и позволяет выбрасывать дымы через дымовую трубу;

- если дымовой канал оборудовать отражательными пластинами, то КПД сжигания увеличивается;

- применение предлагаемой заслонки производит еще и дополнительный эффект: повышается безопасность процесса, поскольку исчезает опасность возгораний в канале дымовой трубы.

На фиг.28 и 29 задняя торцевая стенка имеет отверстие 27 /фиг.28, 29/ в верхней части стенки и в нижней части канала 26 /фиг.28 и 29/.

Разборный дымоход в конце отражательной пластины 28 /фиг.28 и 29/ позволяет дымам через отверстие 27 /фиг.28 и 29/ поступать в канал дымовой трубы. Имеется также шарнирно закрепленная заслонка 29 /фиг.29/, перекрывающая канал 26 /фиг.28 и 29/, изображенный на фиг.29. Все вышеописанное относится к работе на твердых топливах /дрова, уголь и прочее/.

Что касается дымов, возникающих при работе на жидких и газообразных топливах, то в этом режиме работы заслонка 29 /фиг.29/ перекрывает отверстие 27 /фиг.28 и 29/, освобождая тем самым дымовой канал 26 /фиг.28 и 29/ и позволяя выбрасывать дымы через дымовую трубу. Дымовой канал 26 /фиг.28 и 29/ может быть оборудован отражательными пластинами, чтобы увеличить КПД сжигания топлива.

Как описано выше, заслонка 29 /фиг.29/ имеет несколько функций, но, помимо этого, улучшает условия безопасности процесса. Так, например, если система работает на дровах, в момент повторной загрузки системы последняя все еще остается горячей, поэтому при открывании основной дверцы камеры в уже очень горячей топке создается избыток воздуха, отчего возникает опасность воспламенения в канале дымовой трубы.

При открывании основной дверцы камеры срабатывает кулачковый механизм, который приводит в действие заслонку 29 /фиг.29/, которая в свою очередь перекрывает отверстие 27 /фиг.28 и 29/ и освобождает дымовой канал 26 /фиг.28 и 29/, позволяя тем самым дымам удаляться через дымовую трубу без опасности возгорании внутри дымового канала.

Изобретение относится к энергетике и предназначено для осуществления концепции эволюционного нагрева либо в области аппаратов различных типов /печь, котел/, либо путем изменения нагревательной мощности аппаратов независимо от типов последних, либо посредством работы на топливах самой различной природы. Вышеуказанные переналадки системы осуществляются с использованием одной и той же базовой камеры-секции, к которой добавляют различные устройства, соответствующие производимой переналадке. Указанная концепция эволюционного нагрева реализуется с помощью камеры, представляющей собой моноблочный структурный элемент определенной формы. Эта камера является базовым элементом нагревательной системы и выполняет одновременно функцию топки печи, выполненной с возможностью трансформирования в котел посредством добавления к системе дополнительных элементов, например змеевика, расположенного в трубопроводах, предусмотренных для этой цели, причем в указанном змеевике жидкость подвергают предварительному нагреву перед подачей ее в бойлер, который закреплен на задней торцевой стенке камеры и в котором текучую среду /воду, масло/ нагревают, пропуская текучую среду по кольцевому каналу, после чего нагретую текучую среду направляют по трубопроводам к теплоизлучательным нагревательным элементам, например к радиаторам или экономайзеру горячей воды. При таком выполнении может быть уменьшена или увеличена нагревательная способность системы и обеспечивается ее работа на различных видах топлива. 7 з.п. ф-лы, 29 ил.

1. Перестраиваемая нагревательная система, отличающаяся тем, что она содержит камеру, выполняющую одновременно функцию топки печи, выполненной с возможностью трансформирования в котел посредством добавления к системе дополнительных элементов, например, змеевика, расположенного в трубопроводах 8, предусмотренных для этой цели, причем в указанном змеевике жидкость подвергают предварительному нагреву перед подачей ее в бойлер 6, который закреплен на задней торцевой стенке камеры и в котором текучую среду /воду, масло/ нагревают, пропуская текучую среду по кольцевому каналу, после чего нагретую текучую среду направляют по трубопроводам к теплоизлучательным нагревательным элементам, например, к радиаторам или экономайзеру горячей воды.2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждая базовая камера-секция может быть снабжена одной или несколькими стандартными камерами-секциями, зафиксированными в виде последовательного ряда камер-секций, расположенных торец к торцу для увеличения нагревательной способности печи или котла.3. Система по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая камера-секция имеет переднюю торцевую стенку, на которой закреплена дверца для загрузки твердых топлив /дров, угля/ в печь, причем указанная дверца может быть заменена другой дверцей 2, на которой закреплена горелка, приспособленная для сжигания жидкого или газообразного топлива.4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждая камера-секция имеет переднюю торцевую стенку, на которой закреплена дверца поддувала 9, на переднем конце которого имеется роликовый кран 10, предназначенный, в случае работы на твердом топливе, для регулирования двойной подачи воздуха в систему, а именно, первого потока воздуха 15, поступающего в топку, и второго потока воздуха 16, который поступает в каналы полых элементов 12 и который рассеивается через перфорации вдоль стенок указанных элементов.5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что указанное поддувало оборудовано колосниковой решеткой 11, расположенной продольно относительно оси камеры и предназначенной способствовать дожиганию мелких горящих углей, удерживаемых этой решеткой.6. Система по п.2 или 5, отличающаяся тем, что для монтажа сборной многокамерной конструкции корпус поддувала выполнен с возможностью производить сборку в ряд и торец к торцу.7. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что каждая камера-секция имеет заднюю торцевую стенку, на которой закреплена отражательная пластина 22, которая способствует дожиганию дымов 18, причем задняя стенка имеет один или два крана 19, предназначенных для регулирования подачи по каналу предварительно нагретого вторичного воздуха 20.8. Система по любому из пп.1-4 или 7, отличающаяся тем, что шарнирно закрепленная заслонка 29 предназначена для выбора пути удаления дымов через отверстие 27 при работе на твердых топливах или через канал 26 при работе на жидких и газообразных топливах с использованием горелки посредством перекрытия или открытия либо отверстия 27, либо канала 26, причем указанная заслонка, перекрывая отверстие, открывает канал и, напротив, перекрывая канал, открывает отверстие.