СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА БЫТОВЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2012 года по МПК F24B5/00 F24B7/00 

Изобретение относится к способам обеспечения горения топлива в печах и может быть использовано при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения.

Известна мусоросжигательная печь секционной структуры, содержащая прямую закрытую трубу с отверстиями, расположенными по ее длине, которая предназначена для подачи воздуха в топку. Труба подачи воздуха вставлена в топку через отверстие, выполненное в верхней части топки. Воздух в трубу подают при помощи вентилятора. Воздух струится сквозь отверстия трубы и участвует при интенсивном сгорании топлива, в данном случае - мусора (патент EP 0636840 A1, МПК: F24B 1/00, 5/00).

Данный способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания и устройство сгорания пригодны для безопасного и интенсивного сжигания мусора, но не эффективны для длительного экономичного сжигания топлива.

Известна топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагревания воздуха помещений. Топка состоит из камеры сгорания, в ее центр вставленной трубы подачи воздуха и шнекового устройства. Воздух в очаг сгорания подают при помощи вентилятора сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу (патент USA 4782765, МПК: F24B 1/00, 5/00).

Конструкция такой топки сложна и не пригодна для сжигания дров.

Известен способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания, когда воздух в камеру сгорания подают сверху по трубе, при этом труба заканчивается распределителем воздуха, опирающимся на топливо и вместе с трубой опускающимся вниз, когда количество топлива в камере сгорания уменьшается, причем воздух в камере сгорания распределяют следующим образом: в очаг сгорания подают 40-60%; на края очага сгорания подают 10-30%; над очагом сгорания - 20-40%. ((Патент EA 005303, заявка №200301136 от 19.04.01, МПК: F24B 1/00, 5/00).

Недостатками данного способа является то, что на трубе подачи воздуха в зону горения необходимо устанавливать распределитель воздуха и перемещать его во время процесса горения. Это приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и ухудшению условий ее работы, за счет того, что часть топлива под распределителем практически не участвует в процессе горения. Кроме этого, необходимо достаточно точно распределять воздушные потоки, что также приводит к усложнению конструкции печи и усложнению условий ее обслуживания и эксплуатации.

Известен способ обеспечения горения топлива в печи с вертикально ориентированным корпусом, реализованный при помощи печи твердотопливной, содержащей камеру сгорания с козырьком в ее верхней части, которая примыкает к боковым и задней стенкам и разделяет камеру сгорания на верхнюю и нижнюю части, дверцу с застекленным окном на передней стенке камеры сгорания для загрузки топлива, нижний и щелеобразный верхний подвод воздуха для обдувания стекла окна дверцы плоским потоком воздуха и формирования внутри камеры сгорания области дожигания продуктов сгорания топлива и патрубок для отвода продуктов сгорания, расположенный в верхней задней части камеры сгорания.

Воздух для первичного горения твердого топлива подается в камеру сгорания как со стороны задней стенки печи, так и со стороны нижней части передней стенки камеры сгорания при помощи заслонок, управляемых с передней стороны печи. Дожигание (вторичное горение) несгоревших частиц топлива осуществляется подачей в камеру сгорания двух потоков воздуха, один из которых (холодный) управляется заслонкой, а второй - неуправляемый теплый, после обдувания стекла дверцы поступает в переднюю часть камеры сгорания в область дожигания несгоревших продуктов твердого топлива. Стенки камеры сгорания футерованы кирпичной кладкой и размещены внутри металлического кожуха. Между стенками камеры сгорания и кожухом имеется пространство, по которому затягивается воздух из нижней части отапливаемого помещения для охлаждения кожуха печи (патент US 4766876 A, F24B 5/02, 30.08.1988 - прототип).

Недостаток прототипа заключается в том, что при изменении состава твердого топлива не обеспечивается высокий КПД печи. Это объясняется тем, что не вся химическая энергия твердого топлива (различного по составу) может полностью превратиться в тепловую энергию без регулирования необходимого количества горячего воздуха для дожигания несгоревших частиц данного вида твердого топлива. Несгоревшие полностью остатки твердого топлива, вылетая из трубы печи, снижают ее КПД и ухудшают экологию окружающей среды. Кроме того, другим недостатком прототипа является футеровка кирпичом стенок печи, что снижает ее мобильность для обогрева дачных и временных построек.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа сжигания топлива, применение которого позволит значительно повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе повышения теплоотдачи продуктов сгорания топлива, преимущественно бытовых печей, заключающемся в получении непосредственно самих продуктов сгорания путем сжигания топлива в печи с последующим отбором у продуктов сгорания тепла посредством разогрева ими нагревательных элементов печи с увеличением длины каналов для отвода продуктов сгорания в дымовую трубу, согласно изобретению основной поток продуктов сгорания после его получения разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути основного потока профилированного экрана с окнами, преимущественно в его периферийной зоне, и направляют полученные дополнительные промежуточные потоки через упомянутые окна к стенкам печи, после чего, преимущественно, каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и пропускают его вдоль стенок печи в ее части, расположенной в непосредственной близости возле трубы, затем разворачивают дополнительные промежуточные потоки, преимущественно все, как минимум, один раз, навстречу друг другу и придают каждому потоку вращательное движение, преимущественно по спирали, затем перемешивают дополнительные промежуточные вращающиеся потоки между собой и направляют образовавшийся основной вращающийся поток в дымовую трубу.

Для оптимизации конструкции печи профилированный экран устанавливают на расстоянии, равном 0,1-0,5 высоты печи от верхней крышки печи.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит значительное ухудшение условий работы печи, связанное с ухудшением условий закрутки потоков, и, соответственно, экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит значительное ухудшение массово-габаритных характеристик печи без существенного улучшения условий теплопередачи тепла от продуктов сгорания к нагревательным элементам печи.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид печи для реализации указанного способа спереди, фиг.2 - продольный разрез печи, на фиг.3 - вид печи сверху, на фиг.4 - распределение потоков продуктов сгорания по корпусу печи в аксонометрии.

Печь для реализации указанного способа 1 содержит корпус 2 со стенками 3 и верхней крышкой 4. В корпусе 2 расположена камера сгорания 5 с зоной горения и выполнены каналы 6 подачи воздуха в зону горения камеры сгорания 5 и каналы 7 отвода продуктов сгорания из камеры сгорания 5. Каналы 7 соединены с вытяжной трубой 8. На корпусе 2 установлена с возможностью вращения в рамке дверка 9 с замком. В верхней части печи 1, между камерой сгорания 5 и вытяжной трубой 8, установлен профилированный экран 10 с образованием полости 11, ограниченной верхней крышкой 4, стенками 3 и профилированным экраном 10. В профилированном экране 10 выполнены окна 12 в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне 13, соединяющие полость камеры сгорания 5 с полостью 11 при помощи горизонтально ориентированных каналов 14. Горизонтально ориентированные каналы 14 открываются в полость 11 навстречу друг другу, а между выходными частями 15 указанных каналов 14 установлен завихритель 16.

В варианте исполнения горизонтально ориентированные каналы 14 образованы боковыми элементами корпуса печи, преимущественно стенками 3 печи 1, и вертикально расположенными перегородками 17 на профилированном экране 10.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

В камеру сгорания 5 печи 1 через дверку 9 укладывают топливо и поджигают его. Подвод воздуха осуществляют через каналы 6 подачи воздуха в зону горения камеры сгорания 5, отвод продуктов сгорания - через каналы 7. При сгорании топлива происходит выделение тепла с образованием основного потока продуктов сгорания, имеющих высокую температуру. Образовавшийся основной поток продуктов сгорания разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока за счет установки на его пути профилированного экрана 10 с окнами 12, преимущественно в его периферийной зоне 13. Полученные дополнительные промежуточные потоки через окна 12 направляют к стенкам 3 печи 1. Затем каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и направляют вдоль стенок 3 печи 1 в ее части, расположенной в непосредственной близости возле вытяжной трубы 8, после чего дополнительные промежуточные потоки разворачивают, как минимум, один раз, навстречу друг другу и подают в полость 11 через выходные части 15 каналов 14. Из выходных частей 15 каналов 14 дополнительные промежуточные потоки подают на завихритель 16, установленный в полости 11. Проходя через завихритель 16, каждый дополнительный промежуточный поток приобретает вращательное движение, преимущественно по спирали. Затем дополнительные промежуточные вращающиеся потоки перемешивают между собой и направляют в вытяжную трубу 8.

Проведенные автором и заявителем испытания полноразмерного образца печи для реализации предложенного способа показали, что температура уходящих печных газов снизилась ориентировочно на 200-300°С с одновременным увеличением времени работы печи при неизменном расходе топлива, что позволило значительно повысить эффективность работы печи.

Использование предложенного технического решения даст возможность, за счет придания горячим печным газам вращательного движения с одновременным увеличением длины канала от камеры сгорания до вытяжной трубы, интенсифицировать теплообмен между горячими печными газами и нагревательными элементами печи, что, в конечном итоге, позволит повысить эффективность рабочего процесса и экономичность печи.

Изобретение относится к способам обеспечения горения топлива в печах и может быть использовано при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения. Способ заключается в получении непосредственно самих продуктов сгорания путем сжигания топлива в печи с последующим отбором у продуктов сгорания тепла посредством разогрева ими нагревательных элементов печи с увеличением длины каналов для отвода продуктов сгорания в дымовую трубу. Основной поток продуктов сгорания разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути основного потока профилированного экрана с окнами, преимущественно в его периферийной зоне. Полученные дополнительные промежуточные потоки направляют через упомянутые окна к стенкам печи, после чего, преимущественно, каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и пропускают его вдоль стенок печи в ее части, расположенной в непосредственной близости возле трубы. Дополнительные промежуточные потоки, преимущественно все, разворачивают, как минимум, один раз навстречу друг другу и придают каждому потоку вращательное движение, преимущественно по спирали, затем перемешивают дополнительные промежуточные вращающиеся потоки между собой и направляют образовавшийся основной вращающийся поток в дымовую трубу. Технический результат: повышение полноты сгорания топлива, теплоотдачи и увеличение продолжительности работы при неизменном расходе топлива. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ повышения теплоотдачи продуктов сгорания топлива, преимущественно, бытовых печей, заключающийся в получении непосредственно самих продуктов сгорания путем сжигания топлива в печи с последующим отбором у продуктов сгорания тепла посредством разогрева ими нагревательных элементов печи с увеличением длины каналов для отвода продуктов сгорания в дымовую трубу, отличающийся тем, что основной поток продуктов сгорания после его получения разделяют, как минимум, на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути основного потока профилированного экрана с окнами, преимущественно, в его периферийной зоне, и направляют полученные дополнительные промежуточные потоки продуктов сгорания через упомянутые окна к стенкам печи, после чего, преимущественно, каждый дополнительный промежуточный поток продуктов сгорания разворачивают и пропускают его по каналам вдоль стенок печи в ее части, расположенной в непосредственной близости возле трубы, затем разворачивают дополнительные промежуточные потоки продуктов сгорания, преимущественно все, как минимум, один раз, навстречу друг другу и придают каждому упомянутому потоку вращательное движение, преимущественно, по спирали, затем перемешивают дополнительные промежуточные вращающиеся потоки продуктов сгорания между собой и направляют образовавшийся основной вращающийся поток продуктов сгорания в дымовую трубу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зону перемешивания и придания дополнительным промежуточным потокам вращательного движения отделеляют от каналов для прохождения дополнительных промежуточных потоков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилирование экрана выполняют в виде буквы «V» с расположением образованного ребра примерно по осевой вертикальной линии печи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилированный экран устанавливают на расстоянии, равном 0,1-0,5 высоты печи от верхней крышки.