ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2005 года по МПК F24B7/02 

Изобретение относится к теплотехнике, к устройствам для нагревания воздуха и может быть использовано для обогрева производственных помещений, общественных построек, нагревания технического воздуха, в сушильных установках, а также для отопления и нагревания в бытовых целях.

Известные устройства для нагревания воздуха с целью обогрева помещений, которые состоят из топок с глухим подом и камеры сжигания печных газов. Печь для обогрева помещений (Патент Украины №22890 кл. F 24 B 7/00, 1996) состоит из камеры сгорания, кожуха, перегородки внутри камеры сгорания, передней и задней стенок с загрузочным люком и впускной и выпускной дроссельными заслонками. Эти существенные признаки являются общими с изобретением, которое заявляется. Причиной, которая не разрешает аналогу достичь технического результата, является отсутствие эффективной системы подачи вторичного воздуха в камеру догорания.

Нагреватель воздуха (Патент Украины №31625 кл. F 24 B 7/02) состоит из корпуса, произведенного из труб, передней и задней стенок, люка загрузки и шиберов подачи воздуха и отвода дыма, имеет систему подачи вторичного воздуха.

Недостатком этого устройства, как и предыдущего, является принцип подачи воздуха со стороны загрузочного люка и создание передней фронтальной части сгорания топлива, что приводит к снижению площади горения и исключает из работы большую часть камеры топки. Укороченный размер патрубков подачи вторичного воздуха приводит к выбросам дыма в воздушные трубы обратным ходом при колебаниях тяги, порывах ветра, задуванию в дымоход. Кроме того, изготовление корпуса топки из труб технологически сложно и трудоемко.

Печь-калорифер (Патент России №2186299 кл. F 24 B 7/02), который состоит из корпуса, торцевых стенок, экранов, регулятора-газификатора, регулятора мощности, инжекторов, имеет более совершенную систему подачи вторичного воздуха и избежания обратного хода дымовых выбросов, систему подачи и разделения первичного воздуха. Он наиболее близкий к предложенной этой заявкой конструкции.

Однако аналог имеет существенные недостатки. Во-первых, является устройством с глухим подом, а это значит, что имеет ограничения по площади контакта воздуха и топлива. Такие устройства, как правило, неэкономичны [1] стр.251.

Во-вторых, конструкция камеры дожигания не обеспечивает длительного пребывания печных газов в камере и делает невозможным полное окисление продуктов сгорания вследствие прямого выхода в дымоход с камеры дожигания.

Не обеспечивается эффективное охлаждение продуктов сгорания, что приводит к выносу в дымоход их с высокой температурой и потери тепла. Поэтому не удается достичь высокого уровня КПД установки. Кроме того, не предвидено возможности отбора твердых частиц продуктов сгорания, которые выбрасываются в атмосферу.

В основу поставленной техничной задачи изобретения, которое заявляется, поставлено увеличение коэффициента полезного действия установки, уменьшение твердых выбросов продуктов сгорания.

Для решения поставленных задач в теплогенераторе применены следующие нововведения, которые отсутствуют у аналогов:

1. Подвод воздуха выполнен снизу за счет использования поддувала и колосникового устройства. Этим обеспечивается равномерный раздел кислорода и сгорание топлива на большой площади колосников. При этом восходящими тепловыми потоками просушивается и прогревается вся масса топлива, что обеспечивает в дальнейшем стабильный и высокоэффективный процесс сгорания.

2. С учетом того, что раздельное применение горизонтальных или вертикальных колосников не позволяет решить задачу сжигания мелкофракционных сыпучих видов топлива, имеющих свойства слеживаться и уплотняться, в теплогенераторе выполнены комбинированные колосники, состоящие из горизонтальных со щелистыми отверстиями и вертикальных колончатых, имеющих защитные козырьки, с отверстиями, распределенными по высоте. Использование объемных форм колосников дает возможность подведения воздуха вглубь массы топлива и обеспечения объемного слоя горения, что особенно эффективно при сжигании стружки, фрагментов сельскохозяйственных растений, торфа и др. в режиме тления.

3. В отличие от аналогов в теплогенераторе выполнена комбинированная система поперечно-продольной подачи вторичного воздуха, что обеспечивает равномерное распределение воздуха в начале камеры дожигания и вдоль нее.

Использование винтовых пластин внутри направляющих обеспечивает вращение вторичного воздуха во время перемещения к выходным соплам и обеспечение завихрения воздуха на выходе. Эффект смешивания воздуха и печных газов увеличивается за счет использования конических форм отверстий выходных сопел.

4. В теплогенераторе использован колпаковый принцип дожигания печных газов, который обеспечивает первоочередность вывода продуктов сгорания, которые имеют низшую температуру и больший удельный вес. Экзотермическая реакция окисления окиси углерода в процессе дожигания сопровождается значительным выделением тепла и созданием двуокиси углерода с большим удельным весом и первоочередным выводом его из теплогенератора.

Строение теплогенератора показано на Фиг.1-5. На Фиг.1 показан продольный разрез конструкции; на Фиг.2- вид спереди с разрезом по А-А, вид Г объясняет строение системы подачи воздуха к камере дожигания колпакового типа; на Фиг.3 - разрез продольной инжекторной системы камеры дожигания с изображением пластинчатого винтового завихрителя воздуха; на Фиг.4 - разрез вертикального колосника; на Фиг.5 - ребро теплопередачи.

На чертежах обозначено:

1. Корпус топки

2. Перегородка

3. Продольный инжектор

4. Камера дожигания

5. Вертикальный канал

6. Кожух

7. Задняя стенка

8. Камера золоулавливания

9. Регулятор горения

10. Регулятор мощности

11. Заслонка

12. Вертикальный колосник

13. Отбойник

14. Ребро теплопередачи

15. Канал подвода вторичного воздуха

16. Дверца поддувала

17. Шибер

18. Колосник горизонтальный

19. Регулятор подачи первичного воздуха

20. Дверца топливная

21. Камера сгорания

22. Передняя стенка

23. Поперечный инжектор

24. 3авихритель винтовой пластинчатый

25. Камера поддувала

26. Сопло

Теплогенератор имеет следующие конструктивные особенности.

Основой теплогенератора (фиг.1; 2) является корпус топки 1, передняя 22 и задняя 7 торцевые стенки. В переднюю стенку вмонтирован загрузочный люк с дверцей 20, имеющей уплотнение, дверца поддувала 16 с регулятором подачи воздуха 19. В заднюю стенку вмонтированы регулятор мощности 10 с шибером 17, имеющим вырез для обеспечения постоянной вентиляции топки с целью безопасности, регулятор горения 9 с глухим шибером. Регулятор мощности 10 соединяет вертикальный канал 5 через камеру золоулавливания 8 с дымоходом, а регулятор горения 9 соединяет камеры сгорания 21 и дожигания 4 с дымоходом. Топка разделена внутренней перегородкой 2 из толстолистовой стали. Внутренняя система дымоотвода имеет вертикальный канал 5 с камерой золоулавливания 8. В нижней части топки в направляющих установлены колосники 18. Для сжигания стружки, торфа могут использоваться вертикальные колосники 12 объемной подачи воздуха (фиг.4). Снаружи теплогенератор имеет кожух 6. Под кожухом на внешней стороне топочной камеры есть ребра теплопередачи 14 (фиг.4).

Полости поддувала и камеры золоулавливания соединены между собой продолговатым отверстием, которое может закрываться заслонкой 11, которая двигается вдоль теплогенератора, закрывая или открывая отверстие.

В камере дожигания 4 размещены поперечный 23 и продольный 3 (фиг.3) инжекторы, которые составляют систему подачи вторичного воздуха.

Внутри корпусов инжекторов вмонтирован пластинчатый винтовой завихритель 24. В поперечном инжекторе завихритель имеет левую и правую навивку винта соответственно для левого и правого инжекторов. Поперечный и продольный инжекторы соединены тангенциально. Отверстия сопел 26 инжекторов имеют коническую форму для завихрения воздуха, а сопла поперечного инжектора размещены лишь со стороны камеры дожигания. Забор воздуха размещен ниже уровня дымохода, а подача вторичного воздуха осуществляется по каналу 15. Это исключает выбросы дыма из камеры дожигания.

Теплогенератор работает следующим образом.

Загруженное через люк на колосниковую решетку 18 топливо горит в режиме прямого горения с отводом продуктов сгорания через регулятор горения 9. При этом шибер регулятора мощности 10 открыт. Происходит быстрый разогрев корпуса топки 1, перегородки 2, инжекторов 23, 3. Заслонка 11 в это время закрыта. После разогрева топки шибер регулятора 9 закрывается полностью. Печные газы поднимаются в камеру дожигания, при смешивании со вторичным воздухом, который подается через сопла инжекторов, догорают; выделенное при этом тепло передается через стенки корпуса топки 1 и ребра теплопередачи 14 потоку воздуха под кожухом, а охлажденные продукты сгорания с повышенной скоростью опускаются по вертикальному каналу 5 вниз. В камере золоулавливания скорость движения падает, твердые частицы по инерции опускаются вниз, а дым через регулятор мощности 10 выводится в дымоход. Регулирование процесса горения осуществляется шиберами регуляторов 19, 10 и заслонкой 11. Уменьшением подачи воздуха через регулятор подачи подачи первичного воздуха 19 теплогенератор переводится в работу в режиме тления. Заслонкой 11 может быть уменьшено разрежение в камерах сгорания 21 и дожигания 4 за счет подсоса воздуха из камеры поддувала 25 через камеру золоулавнивания 8 в дымоход.

Выбор оптимальных режимов горения и вывода продуктов сгорания топлива удлиняет процесс горения в режиме тления, снижает температуру выводимых продуктов сгорания и поднимает коэффициент полезного действия установки до 0,8 и выше. Длительность сгорания одноразовой полной загрузки топлива длится до 12 часов.

Таким образом в процессе решения поставленной задачи достигнуты следующие технические решения.

Камера дожигания 4 колпакового типа и вертикальный канал 5 обеспечивают опускание более холодных и тяжелых фракций продуктов сгорания топлива и вывода их из теплогенератора через систему дымоходов, одним из составляющих которой является камера золоулавливания 8.

Соотношение поперечных сечений вертикального канала 5 и камеры дожигания 4 печных газов составляет 1:4. Этим обеспечивается низкая скорость движения печных газов в камере дожигания, увеличивается длительность процесса горения и этим самым полнота сжигания топлива.

Одновременно с увеличением скорости перемещения продуктов сгорания по вертикальному каналу за счет инерции происходит отбрасывание твердых частиц отходов в нижнюю часть камеры золоулавливания и их сбор, чем уменьшается количество твердых выбросов в атмосферу.

В отличие от аналогов в теплогенераторе применено устройство регулирования разрежения в топке за счет изменения сечения канала соединения полостей поддувала и дымохода заслонкой.

Для увеличения передачи тепла от стенки топки окружающей среде, воздуху внешняя сторона корпуса топки 1 имеет ребра теплопередачи 14, установленные под углом 45° в направлении движения потока воздуха.

Для обеспечения турбулентности потока воздуха ребра теплопередачи 14 имеют сквозные отверстия. Для перевода потока воздуха к наружной поверхности корпуса топки 1 и ребрам теплопередачи 14 на внутреннюю поверхность кожуха 6 установлены отбойники 13.

Для быстрого прогрева теплогенератора или использования его как прямоточного обогревательного устройства при больших тепловых нагрузках используется шиберное устройство регулятора горения 9, соединяющего камеры сгорания 23 и дожигания 4 топки с дымоходом. Это же устройство используется для вентиляции топки при дозагрузке топлива.

Для избежания задымления помещения дверца 20 имеет уплотнение, которое обеспечивает герметичность.

Источники информации

1. Соснин Ю.П., Бухаркин Е.Н. Отопление и горячее водоснабжение индивидуального дома. М.: Стройиздат, 1981.

2.Патент Украины № 22890, кл. F 24 B 7/001, 1996.

3. Патент Украины № 31625, кл. F 24 B 7/02, 1996.

4. Патент РФ №2186299, кл. F 24 B 7/02, 2000.

Изобретение относится к теплотехнике. Область применения изобретения - отопление производственных, бытовых и общественных построек, сушильных камер. Теплогенератор для сжигания дров, торфа, древесных отходов имеет корпус, топку с камерами сгорания и дожигания, поддувало с регулятором подачи воздуха, колосниковую решетку, внутреннюю горизонтальную перегородку, примыкающую к задней стенке, камеру золоулавливания, инжекторы с патрубками подвода вторичного воздуха, патрубок выведения продуктов сгорания. Теплогенератор имеет также поддувало с регулирующим шибером для отвода воздуха снизу через колосники с горизонтально-щелевой и вертикально-колончатой подачей воздуха. В камере дожигания установлены поперечный и продольный инжекторы подачи вторичного воздуха, соединенные тангенциально, с внутренними пластинчатыми винтовыми завихрителями, с подачей воздуха через сопла с конусными отверстиями. Камера дожигания выполнена колпакового типа с нижним отводом продуктов сгорания через вертикальный опускной канал с отбором при этом твердых частиц дымовых выбросов в камере золоулавливания. Регулирование разрежения в топке осуществляют установленной подвижной заслонкой для изменения сечения отверстия соединения поддувала и дымохода. Технический результат - значительное увеличение КПД установки за счет полноты сгорания и улучшения теплопередачи, снижения состава вредных выбросов. 2 з. п.ф-лы, 5 ил.

1. Теплогенератор для сжигания дров, торфа, древесных отходов, имеющий корпус, топку с камерами сгорания и дожигания, поддувало с регулятором подачи воздуха, колосниковую решетку, внутреннюю горизонтальную перегородку, примыкающую к задней стенке, камеру золоулавливания, инжекторы с патрубками подвода вторичного воздуха, патрубок выведения продуктов сгорания, отличающийся тем, что имеет поддувало с регулирующим шибером для отвода воздуха снизу через колосники с горизонтально-щелевой и вертикально-колончатой подачей воздуха, в камере дожигания установлены поперечный и продольный инжекторы подачи вторичного воздуха, соединенные тангенциально, с внутренними пластинчатыми винтовыми завихрителями с подачей воздуха через сопла с конусными отверстиями, имеет колпаковый тип камеры дожигания с нижним отводом продуктов сгорания через вертикальный опускной канал с отбором при этом твердых частиц дымовых выбросов в камере золоулавливания, регулирование разрежения в топке установленной подвижной заслонкой для изменения сечения отверстия соединения поддувала и дымохода.2. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что ребра теплопередачи установлены на внешней стороне корпуса топки, имеют сквозные фигурные отверстия, а кожух имеет направляющие отбойники воздуха.3. Теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что имеет регулятор горения с глухой заслонкой, размещенный между камерой сгорания, дожигания и дымоходом.