НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОНВЕКТОРНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2009 года по МПК F24H3/00 

Изобретение относится к бытовым нагревательным приборам для обогрева бытовых, производственных и иных помещений.

Известен нагревательный аппарат, содержащий корпус, на котором размещены топливный бачок, накопительный блок, соединенный трубопроводом, в котором установлен питающий узел с регулировочным элементом с фитильной горелкой с установленным в ней фитилем, выполненной в виде полой кольцевой чашки, на которой размещен предохранительный колпак, причем на днище топливного бака установлен клапан, сообщающий его с накопительным блоком. (См. патент на полезную модель №20110 от 04.11.2000). Топливный бачок размещен внутри корпуса, в верхней части которого напротив бачка выполнено окно, закрытое крышкой, в которой выполнены сквозные отверстия, при этом на боковых стенках топливного бачка со стороны передней и задней стенок корпуса закреплены вертикальные ребра, размещенные в зазоре между соответствующими направляющими, закрепленными на внутренних сторонах передней и задней стенок корпуса, а на верхнем днище бачка закреплена ручка для подъема и опускания бачка. Основным достоинством предложенной полезной модели, по мнению авторов, является возможность вертикального подъема бачка и безопасной заливки топлива, предотвращение повреждений бачка за счет его установки на место при помощи ручек, выполненных в виде прорезей в верхних частях боковых стенок.

К недостаткам известного нагревательного аппарата можно отнести низкую эффективность теплоотдачи, невозможность использования большей части выделяемого при сгорании топлива тепла.

Известно более совершенное устройство для обогрева помещений - «Воздухонагреватель» - прототип - см. патент на полезную модель №38906, заявка №2004107629/22, опубл. 18.03.2004. Воздухонагреватель содержит вертикальный цилиндрический корпус с патрубком отвода продуктов сгорания, цилиндрический теплообменник с центральным концентричным воздушным каналом, подключенный к нагнетателю воздуха, а также кольцевую камеру сгорания с горелочным устройством. Теплообменник выполнен в виде двух концентричных трубных обечаек с верхним кольцевым днищем и турбулизатором, размещенным в пространстве между обечайками, причем нижняя часть наружной трубной обечайки выполнена с цилиндрическим расширением, сопряженным с остальной частью этой обечайки посредством переходного конусного участка в виде конфузора, при этом в цилиндрическом расширении выполнена кольцевая в плане спиральная вихревая камера сгорания, образованная стенками концентричных трубных обечаек и спиральной полосой, закрепленной между ними, причем по кольцевой оси упомянутой спиральной камеры сгорания закреплена плавно изогнутая вертикальная пластина в виде газовоздушной горелки, ориентированной тангенциально к окружностям стенок камеры сгорания, при этом патрубок отвода продуктов сгорания соединен пространством теплообменника и расположен в его верхней части. Турбулизатор выполнен в виде спиральной полосы, закрепленной по высоте трубных обечаек.

Нагнетатель выполнен в виде вентилятора со средством регулирования производительности.

К недостаткам известного воздухонагревателя - прототипа - можно отнести сложность конструкции и низкую эффективность использования тепла сгоревшего топлива.

Технической задачей изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности упрощение конструкции печи и повышение эффективности теплоотдачи.

Поставленная изобретением техническая задача в низкотемпературной конвекторной печи достигается тем, что корпус печи выполнен в виде двух контурных конвекторных частей, при этом в нижней конвекторной части над емкостью с топливом и горелочным устройством, по крайней мере, в двух горизонтально расположенных рядах смонтировано, по крайней мере, по три последовательно связанных змеевидных канала воздуховода для нагреваемого воздуха с каналами для прохождения продуктов сгорания топлива между ними, при этом змеевидный канал воздуховода переходит в спиралеобразно выполненный воздуховод в верхней части корпуса печи снаружи аккумулятора-теплообменника, выполненного в виде емкости, смонтированной внутри полости спиралеобразного воздуховода, между которыми выполнена воздушная кольцевая прослойка.

Каналы для прохождения продуктов сгорания топлива и воздуховоды для нагреваемого воздуха, змеевидно расположенные в горизонтальных рядах нижней конвекторной части в поперечном сечении, выполнены в шахматном порядке и чередующимися, образуя рекуперативную конструкцию печи.

Аккумулятор-теплообменник, выполненный в виде емкости, снабжен подводящим и отводящим воду патрубками.

Горелочное устройство для жидкого топлива выполнено в виде, по крайней мере, двух планок, между продольными зазорами которых смонтированы фитили.

Горелочное устройство для жидкого вида топлива снабжено механизмом регулирования высоты выхода фитилей относительно планок, выполненным в виде горизонтально смонтированных валиков, контактирующих с фитилями.

Горелочное устройство для твердого топлива выполнено в виде колосниковой решетки с ворошителем.

Горелочное устройство для газообразного топлива выполнено в виде, по крайней мере, одной газовой горелки.

Емкость с жидким топливом снабжена поплавковым механизмом поддержания уровня топлива, связанного через клапан с каналом подачи топлива из емкости.

Верхняя часть корпуса печи выполнена отъемной от нижней конвекторной части, при этом в нижней конвекторной части выполнены отъемные торцевые стенки для чистки печи от продуктов сгорания.

Наружная поверхность корпуса печи снабжена коробом, при этом полость, образованная между корпусом и коробом заполнена воздухом и выполняет функцию защиты печи от потери тепла.

Змеевидные воздуховоды для нагреваемого воздуха в нижней конвекторной части, над емкостью с топливом и горелочным устройством, выполнены прямоугольного сечения.

Последовательно связанные змеевидные каналы воздуховода в нижней конвекторной части, над емкостью с топливом и горелочным устройством, выполнены круглого сечения.

Змеевидные каналы и воздуховоды в каждом ряду нижней конвекторной части в местах изменения направления выполнены под прямым углом.

Змеевидные каналы и воздуховоды в каждом ряду нижней конвекторной части в местах изменения направления выполнены закругленными.

Печь выполнена разборной.

Теплообменная поверхность контурных частей печи выполнена из тонкостенного материала, например стали толщиной от 0,5-3,0 мм.

Новизной предложенного технического решения является выполнение корпуса печи в виде двух контурных конвекторных частей, при этом в нижней конвекторной части над емкостью с топливом и горелочным устройством, по крайней мере, в двух горизонтально расположенных рядах смонтировано, по крайней мере, по три последовательно связанных змеевидных канала воздуховода для нагреваемого воздуха с каналами для прохождения продуктов сгорания топлива между ними, при этом змеевидный канал воздуховода переходит в спиралеобразно выполненный воздуховод в верхней части корпуса печи снаружи аккумулятора тепла - теплообменника, выполненного в виде емкости, смонтированной внутри полости спиралеобразного воздуховода, между которыми выполнена воздушная кольцевая прослойка.

Указанные признаки являются новыми, неочевидными, промышленно выполнимыми и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи.

Так, последовательное прохождение нагреваемого воздуха по нескольким рядам змеевидных воздуховодов, смонтированных друг над другом, позволяет эффективно с максимальной теплоотдачей передать тепло от продуктов сгорания топлива проходящему по воздуховоду воздуху. Наличие аккумулятора тепла с меньшей температурой заполненной в нем воды обеспечивает лучшую конвекцию и теплопередачу тепла от сгоревшего топлива нагреваемому в воздуховодах воздуху. При этом нагреваемый в воздуховоде воздух в максимально разогретой нижней конвекторной зоне печи сначала движется медленно, принимая тепло, а в верхней части печи за счет спиралеобразного поднимающегося вверх воздуховода, выполненного вокруг аккумулятора тепла - теплообменника, разгоняется и с необходимой скоростью и заданной температурой выходит из выходного патрубка печи и направляется на обогрев помещения.

Дополнительные признаки, такие как: каналы для прохождения продуктов сгорания топлива и воздуховоды для нагреваемого воздуха, змеевидно расположенные в горизонтальных рядах нижней конвекторной части, в поперечном сечении выполнены в шахматном порядке и чередующимися, образуя рекуперативную конструкцию печи, выполнение канала для прохождения продуктов сгорания топлива в верхней конвекторной части печи по кольцевой прослойке между емкостью аккумулятора тепла и спиралеобразно выполненным воздуховодом, выполнение аккумулятора тепла в виде емкости, снабженной подводящим и отводящим воду патрубками, а также выполнение горелочного устройства для жидкого топлива в виде, по крайней мере, двух планок, между продольными зазорами которых смонтированы фитили, снабженного механизмом регулирования высоты выхода фитилей относительно планок, выполненным в виде горизонтально смонтированных валиков, контактирующих с фитилями, и выполнение горелочного устройства для газообразного топлива в виде, по крайней мере, одной газовой горелки или для твердого топлива колосниковой решетки с ворошителем для сжигания сыпучих видов топлив, опилок, древесных стружек, мелких и крупных фракций угля, - направлены на повышение эффективности теплопередачи тепла от продуктов сгорания топлива теплоносителю - воздуху, проходящему по воздуховоду.

Выполнение емкости с топливом с поплавковым механизмом поддержания уровня топлива, связанного через клапан с каналом подачи топлива из емкости, выполнение верхней конвекторной части корпуса печи отъемной от нижней конвекторной части и в целом разборной, при этом в нижней конвективной части выполнены отъемные торцевые стенки для чистки печи от продуктов сгорания, а также наличие короба на наружной поверхности корпуса печи с полостью, образованной между корпусом и коробом, заполненной воздухом, выполнение каналов и воздуховодов в нижней конвективной части прямоугольного или круглого сечения, а также выполнение теплообменной поверхности из, например, тонкостенного материала - стали толщиной 0,5-3,0 мм - являются признаками дополнительными и способствуют достижению поставленной изобретением технической задачи.

Выполнение воздуховодов в каждом ряду нижней конвекторной части в местах изменения направления преимущественно под прямым углом или закругленными позволяет изготавливать печи с заданными режимами теплоотдачи в зависимости от требуемых режимов обогрева помещения.

На фиг 1 схематично представлена предлагаемая низкотемпературная конвекторная печь.

На фиг.2 показано выполнение змеевидных каналов в каждом ряду нижней конвекторной части печи.

Предлагаемая низкотемпературная конвекторная печь состоит из корпуса, выполненного из тонкостенной стали толщиной от 0,5 до 3 мм в виде двух контуров - нижнего 1 конвекторного и верхнего 2 спиралеобразного. Воздуховод 3 в нижней 1 конвекторной части корпуса выполнен в виде трех змеевидных рядов 4, расположенных друг над другом с четырьмя последовательно связанными каналами в нечетных рядах и тремя каналами в четных. Между воздуховодами в каждом ряду выполнены чередующиеся каналы 5 для прохода продуктов сгорания топлива. Воздуховод 6 верхнего 2 спиралеобразного контура выполнен вокруг аккумулятора-теплообменника 7 с подводящим 8 и отводящим 9 воду патрубками. Емкость 10 с топливом смонтирована в нижнем 1 конвекторном контуре печи. Емкость 10 снабжена фитильной горелкой 11, снабженной механизмом подъема фитилей для регулировки интенсивности горения фитилей (механизм подъема фитилей на чертеже не показан). Вместо фитильной горелки может быть использована газовая горелка или твердое топливо, сгораемое на колосниковой решетке.

С наружной стороны корпуса печи смонтирован кожух 12, в пространстве межу которым и корпусом находится воздух. Для придания заданной скорости теплообмена печь снабжена вентилятором 13. Клапан 14 выполнен на канале отвода продуктов сгорания. Один из воздуховодов 4, например крайний 15 справа в нижнем ряду, обеспечивает подачу холодного воздуха, а верхний канал 16 воздуховода слева в спиралеобразном воздуховоде (см фиг.1) обеспечивает отвод нагретого воздуха.

Предлагаемая низкотемпературная конвекторная печь работает и передает тепло одинаково, как в случае сгорания жидкого топлива в фитильной горелке 11, так и от сгорания газа на газовой горелке и при сжигании твердого топлива угля, опилок и т.п. вида топлива, и работает следующим образом.

При начале загорания фитилей, установленных в фитильной горелке 11 поворотом механизма регулирования устанавливается необходимая интенсивность горения фитилей. Нагретый воздух, находящийся над фитильной горелкой 11 вместе с продуктами сгорания топлива начинает контактировать с наружной поверхностью смонтированных рядами змеевидных каналов воздуховода 3, воздух в котором начинает нагреваться и под действием конвекторных сил начинает последовательно перемещаться по каждому змеевидно изгибающемуся горизонтальному ряду каналов, постепенно поднимаясь вверх и переходя из первого ряда воздуховодов во второй и третий. Проходя рекуперативную часть печи (змеевидно расположенные в горизонтальных рядах нижней конвекторной части в поперечном сечении выполненные в шахматном порядке и чередующимися) нагреваемый воздух по змеевидным каналам поступает в воздуховод 6 верхнего спиралеобразного контура 2 печи, где нагретый воздух через тонкостенный материал воздуховода соприкасается с продуктами сгорания топлива, проходящими по кольцевой воздушной прослойке, которые соприкасаются с менее нагретыми стенками аккумулятора-теплообменника 7, в котором циркулирует нагреваемая вода. При этом в воздуховоде 6 со стороны аккумулятора-теплообменника 7 тепла идет интенсивная отдача тепла, а со стороны обратной от аккумулятора-теплообменника 7 тепла достигнутая при нагреве температура сохраняется. Из-за разности температур в воздуховоде 6 начинается интенсивное перемешивание и ускорение воздушного потока, который на выходе имеет скорость, достаточную для подачи нагретого воздуха к распределителям (на чертеже не показаны), смонтированным в обогреваемом помещении. При необходимости скорость подачи нагретого воздуха в помещение поддерживается включением вентилятора 13. Продукты сгорания вместе с нагретым воздухом, находящимся в каналах 5 (промежутках) между каналами змеевидного воздуховода 3, отдавая тепло, постепенно по рядам каналов перемещаются вверх, нагреваются и поднимаются из нижнего 1 конвекторного контура в спиралеобразный воздуховод 6 верхнего 2 контура печи. При этом в верхнем 2 спиралеобразном контуре воздух с продуктами сгорания топлива передает тепло воде, залитой при помощи патрубков 8 и 9 в аккумулятор-теплообменник 7 тепла. Воздух с продуктами сгорания, отдав тепло воде аккумулятора тепла, удаляется из печи. Для регулирования отдачи тепла, в верхней части канала для выхода продуктов сгорания топлива, смонтирован клапан 14, регулирующий скорость прохождения выходящих газов. Во время работы в печи достигается температура 300-400 градусов, после чего на необходимую величину открывается клапан 14, включается вентилятор 15 и осуществляется продувка печи. При этом при прохождении потоков воздуха в змеевидных каналах воздуховода 3 и каналах 5 для прохождения продуктов сгорания создается статическое электричество, которое способствует самопроизвольному перемещению горячих потоков воздуха.

Далее горячие потоки воздуха, попадая в спиралеобразный канал воздуховода верхней части печи, раскручиваются, образуя вихревой поток с более высокой скоростью. В замкнутой системе воздухотока предложенная схема обогрева начинает работать непрерывно. При отсутствии необходимости в ускорении потоков нагретого воздуха, вентилятор 13 отключается, а нагретый воздух по каналу 16 воздуховода 6 подается на обогрев помещения.

Наличие поплавкового механизма поддержания уровня топлива в емкости с топливом при помощи клапана (на чертеже не показан) обеспечивает стабильный режим сгорания топлива. Смонтированный снаружи печи короб 12 способствует сохранению тепла внутри печи и более эффективной его отдачи нагреваемому воздуху. Выполнение воздуховода 3 прямоугольного сечения и при изменении направления под прямым углом обеспечивают лучшую теплоотдачу, а в вариантном исполнении воздуховод может быть выполнен круглого поперечного сечения, а в местах изменении направления воздуховода закругленными. Разборная конструкция печи позволяет осуществлять более удобную ее транспортировку и монтаж, а ее выполнение из тонкостенного материала стали толщиной 0,5-3 мм обеспечивает быструю передачу тепла нагреваемому воздуху.

Предложенная печь может работать практически на всех видах топлива (керосин, газ, уголь, древесные опилки и т.д. и их смеси) автономно для обогрева любых помещений, не требующих создания особых условий и площадей для их размещения. Так при работе печи с твердым топливом последнее сгорает на колосниковой решетке ворошителем топлива (на чертеже не показаны) и отдает тепло нагреваемому воздуху и воде аккумулятора-теплообменника 7. При нагреве воздуха при помощи газовой горелки процесс передачи тепла точно такой же, как и при передаче тепла при сжигании жидкого топлива.

Дополнительным преимуществом предложенной печи является возможность ее использования без схем централизованной передачи тепла от ТЭЦ, при которых потери тепла составляют до 40 процентов. В конструкции предлагаемой печи используются тонкостенные невысокотемпературные материалы, например стальной лист толщиной от 0,5 до 3,0 мм, которые способствуют быстрой передаче тепла от теплоносителя к нагреваемому воздуху. Температуру потоков воздуха можно регулировать путем уменьшения величины пламени горения фитилей фитильной или газовой горелки.

В настоящее время автором изготовлена опытная низкотемпературная конвекторная печь, которая успешно прошла испытания на обогреве отдельно стоящего жилого дома с обогреваемой площадью 186 кв.м в течение зимнего 2006 года сезона. Обогрев производился сжиганием жидкого топлива керосина в смеси с отработанным моторным маслом. Расход жидкого топлива в месяц составил около 7 литров. В стоимостном отношении, если считать, что обогрев производился только за счет керосина с розничной ценой 14 руб./литр, затраты составляют - сумму 7 л × 8 месяцев × 14 руб. = 784 руб., что значительно меньше, чем коммунальная оплата за тепло за такое же по площади помещение.

Автором принято решение об организации производства предложенных низкотемпературных печей.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для обогрева бытовых, производственных и иных помещений. Печь состоит из корпуса с каналами и патрубками для прохода продуктов сгорания и воздуха, горелочного устройства, при этом корпус печи выполнен в виде двух конвекторных частей с выполненными в них воздуховодами для нагретого воздуха и каналами для прохождения продуктов сгорания топлива, при этом в нижней части, над емкостью с топливом и горелочным устройством, по крайней мере, в двух горизонтально расположенных рядах смонтировано, по крайней мере, по три последовательно связанных канала воздуховода, а в верхней части выполнен спиралеобразный воздуховод, смонтированный снаружи аккумулятора тепла, выполненного в виде емкости внутри спиралеобразного воздуховода и снаружи канала для прохождения и отвода продуктов сгорания топлива, при этом воздуховод в нижней конвективной части печи связан с воздуховодом верхней конвективной части. Такое выполнение печи повысит эффективность теплоотдачи. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Низкотемпературная конвекторная печь, включающая корпус с каналами и воздуховодами для прохода продуктов сгорания и воздуха, горелочное устройство, отличающаяся тем, что корпус печи выполнен в виде двух контурных конвекторных частей, при этом в нижней конвекторной части над емкостью с топливом и горелочным устройством, по крайней мере, в двух горизонтально расположенных рядах смонтировано, по крайней мере, по три последовательно связанных змеевидных канала воздуховода для нагреваемого воздуха с каналами для прохождения продуктов сгорания топлива между ними, при этом змеевидный канал воздуховода переходит в спиралеобразно выполненный воздуховод в верхней части корпуса печи снаружи аккумулятора тепла - теплообменника, выполненного в виде емкости, смонтированной внутри полости спиралеобразного воздуховода, между которыми выполнена воздушная кольцевая прослойка.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что каналы для прохождения продуктов сгорания топлива и воздуховоды для нагреваемого воздуха змеевидно расположенные в горизонтальных рядах нижней конвекторной части в поперечном сечении выполнены в шахматном порядке и чередующимися, образуя рекуперативную конструкцию печи.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что аккумулятор тепла, выполненный в виде емкости, снабжен подводящим и отводящим воду патрубками.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что горелочное устройство для жидкого топлива выполнено в виде, по крайней мере, двух планок, между продольными зазорами которых смонтированы фитили.

5. Печь по п.1, отличающаяся тем, что горелочное устройство для жидкого вида топлива снабжено механизмом регулирования высоты выхода фитилей относительно планок, выполненным в виде горизонтально смонтированных валиков, контактирующих с фитилями.

6. Печь по п.1, отличающаяся тем, что горелочное устройство для твердого топлива выполнено в виде колосниковой решетки с ворошителем.

7. Печь по п.1, отличающаяся тем, что горелочное устройство для газообразного топлива выполнено в виде, по крайней мере, одной газовой горелки.

8. Печь по п.1, отличающаяся тем, что емкость с жидким топливом снабжена поплавковым механизмом поддержания уровня топлива, связанного через клапан с каналом подачи топлива из емкости.

9. Печь по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса печи выполнена отъемной от нижней конвекторной части, при этом в нижней конвекторной части выполнены отъемные торцевые стенки для чистки печи от продуктов сгорания.

10. Печь по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность корпуса печи снабжена коробом, при этом полость, образованная между корпусом и коробом, заполнена воздухом и выполняет функцию защиты печи от потери тепла.

11. Печь по п.1, отличающаяся тем, что змеевидные воздуховоды для нагреваемого воздуха в нижней конвекторной части над емкостью с топливом и горелочным устройством выполнены прямоугольного сечения.

12. Печь по п.1, отличающаяся тем, что последовательно связанные змеевидные каналы воздуховода в нижней конвекторной части над емкостью с топливом и горелочным устройством выполнены круглого сечения.

13. Печь по п.1, отличающаяся тем, что змеевидные каналы и воздуховоды в каждом ряду нижней конвекторной части в местах изменения направления выполнены под прямым углом.

14. Печь по п.1, отличающаяся тем, что змеевидные каналы и воздуховоды в каждом ряду нижней конвекторной части в местах изменения направления выполнены закругленными.

15. Печь по п.1, отличающаяся тем, что печь выполнена разборной.

16. Печь по п.1, отличающаяся тем, что теплообменная поверхность контурных частей печи выполнена из тонкостенного материала, например стали толщиной от 0,5-3,0 мм.