ПЕЧЬ Российский патент 2008 года по МПК F24B7/00 

Предложенное изобретение относится к отопительным устройствам, в частности к металлическим пламенным печам на твердом, жидком или газообразном топливе, предназначенным для воздушного или водяного отопления жилых и нежилых помещений, например домов, в т.ч. дачных, саун, гаражей, мастерских, ангаров, сараев, теплиц и т.п., для приготовления пищи, сушки и тепловой обработки пищевых и непищевых продуктов и т.п.

Из уровня техники (патент США № 4827900) известна металлическая печь, избранная автором в качестве прототипа предложенного изобретения, которая состоит из топливника, ось которого направлена горизонтально в продольном направлении, колосниковой решетки, размещенной между топливником и зольником, топливной дверцы, через которую поступает первичный воздух для сгорания топлива, зольника с поворотной герметичной дверцей для удаления золы, дымовой трубы, внешнего дымоходного канала в виде большого количества горизонтальных теплоотдающих труб для последовательного отвода горячих дымовых газов из топливника к коллектору и затем к дымовой трубе, причем указанные трубы для обеспечения конвективной теплоотдачи расположены полностью вне топливника параллельно его продольной оси на достаточном расстоянии от внешней поверхности топливника и друг от друга. Данные трубы имеют круглое поперечное сечение, их впускные концы присоединены к топливнику рядом с топливной дверцей, а их выпускные концы присоединены к дымовому коллектору как можно дальше от впускных концов этих труб. Дымовой коллектор расположен сразу за тыльной стенкой топливника и конструктивно соединен с ним и зольником в горизонтальном направлении.

К важным недостаткам печи-прототипа относятся:

- расположение эпицентра горения топлива рядом с топливной дверцей, обусловленное поступлением в топливник практически всего потока первичного воздуха через топливную дверцу, который после нагрева сразу же поднимается вверх и кратчайшим путем направляется к впускным концам дымоходных (теплоотдающих) труб, расположенных непосредственно перед топливной дверцей. При этом в устье этих труб благодаря дымоходной тяге значение атмосферного давления всегда является наименьшим, вследствие чего происходит перегрев и коробление дверцы и стенок топливника, а также существует повышенная вероятность выброса пламени и дымовых газов в отапливаемое помещение через заслонку впуска воздуха в топливной дверце;

- сложность конструкции и эксплуатационного надзора за устройством, особенно наличие трудностей, связанных с предотвращением зарастания дымоходов, обусловленных их большим количеством, сложным профилем и малым диаметром, а также значительные габариты печи, связанные с наличием большого количества внешних теплоотдающих дымоходных труб;

- невозможность использования печи для других нужд, кроме отопления помещений, например для приготовления пищи, что обусловлено конструкцией устройства.

Задачей предложенного изобретения является создание печи путем конструктивного видоизменения и усовершенствования некоторых ее узлов, лишенной указанных недостатков прототипа и обеспечивающей ее широкое применение с высокой и гибкорегулированной теплоотдачей, удобством и простотой эксплуатации.

Поставленная задача решается путем создания печи, которая состоит из топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки, размещенной между топливником и зольником; зольника; дымовой трубы; внешнего дымоходного канала для отвода горячих дымовых газов из топливника к дымовой трубе, которая расположена сверху над топливником. При этом согласно предложенному изобретению зольник оборудован подвижной регулирующей заслонкой, дымоходный канал выполнен многооборотным, его сечение имеет форму четырехугольника, высота сечения дымоходного канала в 2-20 раз превышает его ширину, а объем составляет 0,1-1,5 объема топливника. Дымоходный канал, соединенный с топливником с помощью патрубка, расположенного в тыльной части топливника, образует трехстенное, открытое сверху и с одной стороны, коробчатое вместилище, вход дымоходного канала размещен на противоположной стороне от топливной дверцы, а между топливником и дымоходным каналом с трех сторон выполнены прорези для поступления воздуха.

При этом согласно предложенному изобретению на внешней стороне дымоходного канала выполнены технологические отверстия с герметичными прочистными лючками.

При этом согласно предложенному изобретению дымоходный канал удлинен таким образом, что он образует четвертую стенку, замыкающую трехстенное вместилище с образованием вместилища четырехстенного, открытого сверху, в четвертой стороне которого также выполнена прорезь для поступления воздуха.

При этом согласно предложенному изобретению в дымоходном канале размещены внутренние вертикальные или горизонтальные перегородки.

Перечисленные признаки составляют сущность изобретения и обеспечивают достижение технического результата, а именно создание печи широкого применения с высокой и гибкорегулируемой теплоотдачей, удобством и простотой эксплуатации.

Причинно-следственная связь существенных признаков изобретения и технического результата состоит в том, что:

- повышению теплоотдачи печи способствует избранная форма сечения дымоходного канала, а также соблюдение указанных соотношений между его высотой и шириной, а также соотношений между объемом дымоходного канала и топливника. При этом избранная форма сечения дымоходного канала в виде четырехугольника позволяет увеличить значение теплоотдачи дымовых газов за счет увеличения поверхности теплоотдачи. В случае, когда указанное соотношение меньше, чем 2:1, дымоходный канал становится конструктивно неэффективным для создания коробчатого вместилища, что обусловлено чрезмерно малой высотой канала. В то же время при значении соотношения больше 20:1 дымоходный канал становится чрезвычайно узким, что существенным образом тормозит продвижение им дымовых газов. Соблюдение соотношений между объемом дымоходного канала и объемом топливника в диапазоне 0,1:1-1,5:1 позволяет в широких границах обеспечить взаимозависимые значения площади поверхности теплоотдачи дымоходного канала и габаритов и объема коробчатого вместилища. При соотношении, меньшем, чем 0,1:1, коробчатое вместилище по своим геометрическим размерам чрезмерно мало и не может обеспечить ее широкого использования, например для приготовления пищи, подогрева воды для нужд отопления и т.п. В то же время, если указанное соотношение больше, чем 1,5:1, вместилище становится слишком громоздким и материалоемким, что вызывает чрезмерное охлаждение дымовых газов, приводит к ускоренному зарастанию вследствие образования вяжущего конденсата (креозота), что существенно снижает тягу дымохода;

- расположение входа дымоходного канала на противоположной стороне от дверцы топливника позволяет предотвратить перегрев и коробление топливной дверцы и, как следствие, предотвратить выбросы дымовых газов в отапливаемое помещение через неплотности между дверцей и стенками топливника;

- наличие между топливником и дымоходным каналом с фронтальной стороны, левой и правой сторон прорезей для поступления воздуха позволяет обеспечить быстрый его подогрев и воздушное отопление помещений;

- наличие на внешней стороне дымоходного канала технологических отверстий с герметичными лючками разрешает быстро, легко и эффективно осуществлять уход и профилактическую прочистку дымоходного канала в процессе эксплуатации печи;

- выполнение дымоходного канала в форме трехстенного и четырехстенного коробчатого вместилища разрешает использовать печь для широкого круга нужд, в т.ч. для приготовления пищи, создания пара в куполах и саунах, сушки пищевых и непищевых продуктов, воздушного и водяного отопления помещений и т.п.;

- наличие внутренних перегородок в дымоходном канале позволяет усилить теплоотдачу от дымовых газов к стенкам дымоходного канала и уменьшить неравномерность температурного поля в нем за счет многоразового изменения направления движения потока дымовых газов;

- наличие подвижной регулирующей заслонки зольника разрешает усилить тягу в топливнике.

Достижение технического результата при реализации предложенного изобретения подтверждается расчетами.

В таблице приведены данные о существенном влиянии соотношений высоты сечения дымоходного канала (в) и его ширины (а), а также соотношений объема дымоходного канала (V_д) и объема топливника (V_т) на площадь теплоотдающей поверхности (S), выраженную в м², и мощность теплового излучения дымоходного канала (Е), выраженную в кВт.

V_д/V_т0,10,250,50,751,01,5SЕSЕSЕSЕSЕSЕ20,670,921,061,461,502,061,842,532,122,912,603,5750,851,171,341,842,062,832,323,192,683,683,294,52101,101,511,742,392,463,383,014,133,504,814,265,85151,311,802,072,842,924,003,584,924,135,675,066,95201,492,052,353,233,324,564,075,594,706,455,757,89

Расчетные данные этой таблицы соответствуют случаю металлической печи для воздушного отопления, которая имеет топливник объемом 0,125 м³ (125 л) с размерами 500×500×500 мм, площадью теплоотдающей поверхности топливника 1,25 м², средней рабочей температурой поверхности 650°С, мощностью удельного теплового излучения для этой температуры 2,678 кВт/м²; средней рабочей температурой дымоходного канала 550°С, с мощностью удельного теплоизлучения 1,373 кВт/м². Как следует из приведенных в таблице данных, общая теплоотдача указанной печи согласно изобретению может быть увеличена с 3,35 кВт (теплоотдача топливника) до 4,27-27,24 кВт или в 1,27-3,36 раз в зависимости от выбора соотношений в/а и V_д/V_т.

Предложенное изобретение проиллюстрировано следующими фигурами:

фиг.1 - печь с трехстенным коробчатым вместилищем (а - вид сбоку, б - вид сверху);

фиг.2 - печь с четырехстенным коробчатым вместилищем (а - вид сбоку, б - вид сверху).

На указанных фигурах позициями обозначены: зольник (1) с подвижной регулирующей заслонкой (4), колосниковая решетка (2), топливник (7) с топливной дверцей (5) и рабочим пространством (6), соединительный патрубок (8), многооборотный дымоходный канал (9) с внутренними направляющими перегородками (10), топливо (11), прорези для поступления воздуха (12), дымовая труба (3).

Стрелками на фигурах условно обозначены направления движения газовых потоков.

Печь, согласно предложенному изобретению, работает следующим образом. Топливо (11) через топливную дверцу (5) загружают в рабочее пространство (6) топливника (7). При сгорании топлива дымовые газы с топливника поступают в дымоходный канал (9) с перегородками (10) через соединительный патрубок (8), расположенный в задней стенке топливника. Проходя через дымоходный канал в направлении дымовой трубы (3), дымовые газы отдают собственное тепло с одной стороны коробчатому вместилищу, образованному стенками корпуса дымоходного канала, а со второй стороны - помещению, в котором находится печь, и удаляются через дымовую трубу. После сгорания топлива образовавшаяся зола через отверстия в колосниковой решетке (2) попадает в зольник (1), откуда удаляется через подвижную регулирующую заслонку (4), через которую также подается первичный воздух для обеспечения тяги.

Предложенное устройство работает на следующих видах топлива: дерево, древесные отходы, уголь, торфяные брикеты, мазут, природный газ и т.п.

Далее приведены примеры реализации предложенного устройства, перечень которых, впрочем, не является исчерпывающим и никоим образом не ограничивает объем правовой охраны данного изобретения.

Пример 1

Печь, которая состоит из: топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки; зольника с подвижной регулирующей заслонкой; дымовой трубы; внешнего многооборотного дымоходного канала с вертикальными перегородками, соединенного с топливником с помощью патрубка; прорезей для произвольного поступления воздуха; технологических отверстий с герметичными прочистными лючками. При этом канал образует четырехстенное открытое сверху замкнутое коробчатое вместилище, а в его внутреннем пространстве размещены камни и/или чугунные болванки для получения пара в парилках бань и саун.

Пример 2

Печь, которая состоит из: топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки; зольника с подвижной регулирующей заслонкой; дымовой трубы; внешнего многооборотного дымоходного канала с вертикальными перегородками, соединенного с топливником с помощью патрубка; прорезей для произвольного поступления воздуха; технологических отверстий с герметичными прочистными лючками. При этом канал образует четырехстенное открытое сверху замкнутое коробчатое вместилище, закрытое крышкой, с воздуховодом для использования подогретого воздуха в воздушном отоплении помещений.

Пример 3

Печь, которая состоит из: топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки; зольника с подвижной регулирующей заслонкой; дымовой трубы; внешнего многооборотного дымоходного канала с вертикальными перегородками, соединенного с топливником с помощью патрубка; прорезей для произвольного поступления воздуха; технологических отверстий с герметичными прочистными лючками. При этом канал образует четырехстенное открытое сверху замкнутое коробчатое вместилище, в котором установлен бак для нагрева воды для водяного отопления помещений.

Пример 4

Печь, которая состоит из: топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки; зольника с подвижной регулирующей заслонкой; дымовой трубы; внешнего дымоходного канала с вертикальными перегородками, соединенного с топливником с помощью патрубка; прорезей для произвольного поступления воздуха; технологических отверстий с герметичными прочистными лючками. При этом канал образует трехстороннее открытое сверху и с фронтальной стороны коробчатое вместилище для использования вентилируемого внутреннего пространства вместилища для нужд тепловой обработки продуктов питания.

Пример 5

Печь, которая состоит из: топливника с топливной дверцей; колосниковой решетки; зольника с подвижной регулирующей заслонкой; дымовой трубы; внешнего многооборотного дымоходного канала с вертикальными перегородками, соединенного с топливником с помощью патрубка; прорезей для произвольного поступления воздуха; технологических отверстий с герметичными прочистными лючками. При этом канал образует четырехстенное открытое сверху замкнутое коробчатое вместилище, а печь в целом вмонтирована с помощью кладки в каминную нишу.

Предложенное изобретение относится к отопительным устройствам, в частности к металлическим пламенным печам на твердом, жидком или газообразном топливе, предназначенным для воздушного или водяного отопления жилых и нежилых помещений, например домов, в т.ч. дачных, саун, гаражей, мастерских, ангаров, сараев, теплиц и т.п. для приготовления пищи, сушки и тепловой обработки пищевых и не пищевых продуктов и т.п. Печь состоит из топливника с топливной дверцей, колосниковой решетки, размещенной между топливником и зольником, зольника, дымовой трубы, внешнего дымоходного канала для отвода горячих дымовых газов из топливника к дымовой трубе, который расположен сверху над топливником. Зольник оборудован подвижной регулирующей заслонкой. Дымоходный канал соединен с топливником с помощью патрубка, расположенного в тыльной части топливника, и выполнен многооборотным, его сечение имеет форму четырехугольника, высота сечения дымоходного канала в 2-20 раз превышает его ширину, а объем составляет 0,1-1,5 объема топливника. Дымоходный канал образовывает трехстенное, открытое сверху и с одной стороны, коробчатое вместилище, вход дымоходного канала размещен на противоположной стороне от топливной дверцы, а между топливником и дымоходным каналом с трех сторон выполнены прорези для поступления воздуха. Технический результат: обеспечение удобства и простоты эксплуатации при гибком регулировании теплоотдачи. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Печь, состоящая из топливника с топливной дверцей, колосниковой решетки, размещенной между топливником и зольником, зольника, дымовой трубы, внешнего дымоходного канала для отвода горячих дымовых газов из топливника к дымовой трубе, который расположен сверху над топливником, отличающаяся тем, что зольник оборудован подвижной регулирующей заслонкой, дымоходный канал соединен с топливником с помощью патрубка, расположенного в тыльной части топливника, и выполнен многооборотным, при этом его сечение имеет форму четырехугольника, высота сечения дымоходного канала в 2-20 раз превышает его ширину, а объем составляет 0,1-1,5 объема топливника, при этом дымоходный канал образовывает трехстенное, открытое сверху и с одной стороны, коробчатое вместилище, вход дымоходного канала размещен на противоположной стороне от топливной дверцы, а между топливником и дымоходным каналом с трех сторон выполнены прорези для поступления воздуха.2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что на внешней стороне дымоходного канала выполнены технологические отверстия с герметичными прочистными лючками.3. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дымоходный канал удлинен таким образом, что он образует четвертую стенку, замыкающую трехстенное вместилище с образованием вместилища четырехстенного, открытого сверху, в четвертой стороне которого также выполнена прорезь для поступления воздуха.4. Печь по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в дымоходном канале размещены внутренние вертикальные или горизонтальные перегородки.

Приоритет установлен: 02.03.2006 по дате подачи первой заявки а200602290, поданной в патентное ведомство Украины.