СПОСОБ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ПЕЧИ И ПЕЧЬ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УКАЗАННОГО СПОСОБА Российский патент 2014 года по МПК F24B1/00 

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 ЕР 0636840 А1, 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 ЕР 005303, заявка №200301136 от 19.04.01, МПК F24B 1/00, 5/00).

Недостатком 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).

Недостаток указанного технического решения 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.

Известен пособ сжигания топлива в печи, преимущественно, бытовой, содержащей корпус с дверкой для загрузки топлива, в котором выполнены каналы подачи воздуха в камеру сгорания с зоной горения, каналы отвода продуктов сгорания топлива из камеры сгорания, дымовую трубу для отвода продуктов сгорания, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующим поджигом топлива, его сгоранием с выделением тепла, получении непосредственно самих продуктов сгорания с последующим отбором у продуктов сгорания тепла путем разогрева ими нагревательных элементов печи и отводом упомянутых продуктов сгорания через дымовую трубу, в котором 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 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 (патент РФ №2446359, МПК: F24B 5/00, F24B 7/00).

Основными недостатками данного способа являются недостаточно высокая эффективность организации процесса горения в печи и получения продуктов сгорания, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности работы печи.

Известен способ обеспечения горения топлива, преимущественно дров, в печи с вертикально ориентированным корпусом, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующей подачей воздуха и поджигом, в котором топливо укладывают в печь, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом каналы подачи воздуха в зону горения выполняют таким образом, что воздух подается в верхнюю область зоны горения, причем одну основную часть каналов держат постоянно открытыми, другую дополнительную открывают по мере сгорания топлива и перемещения зоны горения вниз, при этом воздух в зону горения в начальный и последующие моменты времени подают через основные каналы, а ближе к окончанию процесса горения - через основные и дополнительные (патент РФ №2417341 МПК: F24B 1/00, F24B 5/00 - прототип).

Указанный способ реализуется следующим образом.

Через дверцу в вертикально ориентированный корпус печи, в зону горения, укладывают топливо, например дрова. Через выходные части основных каналов в зону горения подается воздух. Дополнительные каналы в это время закрыты при помощи специального устройства. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива поджигают. Топливо начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть, ограниченная стенками зоны горения. Продукты сгорания отводят через трубу. По мере прогорания верхней части столба топлива, при необходимости, через дверцу подкладывают новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива при этом остается в исходном состоянии.

При прогорании столба топлива ниже заданного уровня, например ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, при помощи специального устройства, открывают дополнительные каналы, и в зону горения подается воздух через их выходные части, что способствует продолжению процесса горения с заданной эффективностью. Продукты сгорания также отводят через трубу.

Основными недостатками данного способа обеспечения горения топлива является значительная сложность в распределении потоков воздуха, сложность конструкции печи, связанная с наличием подвижных частей устройства для перекрывания/открывания дополнительных каналов, в зоне горения и испытывающих термические напряжения, что ведет к снижению надежности работы печи и ее удорожанию.

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

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе сжигания топлива в печи, преимущественно бытовой, содержащей корпус с дверкой со смотровым стеклом для загрузки топлива, в котором выполнены каналы подачи воздуха в камеру сгорания с зоной горения, каналы отвода продуктов сгорания топлива из камеры сгорания, дымовую трубу для отвода продуктов сгорания, заключающемся в укладке топлива в зоне горения печи с последующим поджигом топлива, его сгоранием с выделением тепла, получении непосредственно самих продуктов сгорания с последующим отбором у продуктов сгорания тепла путем разогрева ими нагревательных элементов печи и отводом упомянутых продуктов сгорания через дымовую трубу, согласно изобретению в рамке дверки печи устанавливают панель, при помощи которой делят поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхнюю полость, образованную рамкой и упомянутой панелью, соединяют с зоной горения и используют для укладки топлива, преимущественно дров, а нижнюю соединяют с зоной горения, образуя тем самым основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом при помощи упомянутой панели образуют со смотровым стеклом зазор, служащий первым каналом подачи воздуха в зону горения из полости основного канала, причем на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполняют сквозные каналы, при помощи которых соединяют полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, образуя тем самым второй канал подачи воздуха в зону горения, при этом в нижней части печи выполняют третий канал подачи воздуха в зону горения, причем полость упомянутого канала с одной стороны соединяют с полостью основного канала подачи воздуха, с другой соединяют с нижней частью полости зоны горения, предпочтительно, через каналы в днище для укладки топлива, причем топливо укладывают в зону горения печи с образованием зазора, предпочтительно гарантированного, между топливом и стенками зоны горения, по крайней мере, по одной стороне, предпочтительно двум, противоположно расположенным, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом в начальный момент времени для подачи воздуха в зону горения преимущественно применяют первый канал, при прогорании столба топлива до заданного уровня, преимущественно до половины, применяют первый и второй каналы, а при завершении процесса горения применяют преимущественно третий канал, при этом основной поток продуктов сгорания разделяют как минимум на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути упомянутого 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.

В варианте применения способа гидравлическое сопротивление/проходные сечения указанных каналов выполняют таким образом, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 60-80%, через третий - 10-20%, при прогорании столба топлива примерно до середины, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 30-40%, через третий - 50-60%, а на завершающей стадии процесса горения, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 10-20%, через третий - 60-80%,

Расход воздуха через первый канал в начальный момент времени горения, равный примерно 10-20% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в средней и нижней его частях.

Расход воздуха через второй канал в начальный момент времени горения, равный примерно 60-80% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и нижней его частях.

Расход воздуха через третий канал в начальный момент времени горения, равный примерно 10-20% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и средней его частях.

Расход воздуха через первый канал при прогорании столба топлива примерно до середины, равный примерно 10-20% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в средней и нижней его частях.

Расход воздуха через второй канал при прогорании столба топлива примерно до середины, равный примерно 30-40% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и нижней его частях.

Расход воздуха через третий канал в при прогорании столба топлива примерно до середины, равный примерно 50-60% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и средней его частях.

Расход воздуха через первый канал на завершающей стадии процесса горения, равный примерно 10-20% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в средней и нижней его частях.

Расход воздуха через второй канал на завершающей стадии процесса горения, равный примерно 10-20% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и нижней его частях.

Расход воздуха через третий канал на завершающей стадии процесса горения, равный примерно 60-80% от общего расхода, обеспечивают исходя из того, что при его изменении в любую из сторон происходит перераспределение общего потока воздуха, что приводит к неоптимальному режиму горения столба топлива в верхней и нижней его частях.

В варианте применения способа геометрические размеры зоны горения выбирают из соотношения H=(2…9)L, предпочтительно Н=(4…7)L, где Н - высота зоны горения от основания до входа в дымовую трубу, L - поперечный размер основания.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, в частности уменьшается объем загружаемого топлива и ухудшаются условия горения, что приводит к нерасчетному режиму горения, нерасчетному прогоранию столба топлива и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение эксплуатационных характеристик печи, в частности ухудшаются условия загрузки топлива на самое дно. Кроме этого, увеличивается время горения топлива на одной загрузке, при этом, при прерывании процесса горения, часть топлива не будет использована до конца, что не позволит организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

В варианте применения способа топливо, предпочтительно дрова, добавляют в зону горения по мере его прогорания, при этом, независимо от величины прогорания столба топлива, топливо добавляют в пределах примерно 20-25% от объема всего столба топлива.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении добавляемый объем дров прогорит практически сразу, так как пламя от верхней части оставшегося столба топлива будет воздействовать на загружаемое топливо снизу и при этом воспламенится весь объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения, нерасчетному прогоранию столба топлива и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение эксплуатационных характеристик печи, в частности увеличивается расход топлива, так как пламя от верхней части оставшегося столба топлива будет воздействовать на загружаемое топливо снизу и при этом воспламенится весь объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения, нерасчетному прогоранию столба топлива и снижению экономичности печи.

В варианте применения способа зона перемешивания и придания потокам вращательного движения отделена от каналов для прохождения дополнительных промежуточных потоков.

В варианте применения способа 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.

В варианте применения способа профилирование экрана выполняют в виде буквы «V» с расположением образованного ребра примерно по осевой вертикальной линии печи.

В варианте применения способа гарантированный зазор между стенками зоны горения и топливом обеспечивают за счет выполнения на боковых стенках зоны горения, предпочтительно, противоположных, продольных ребер, предпочтительно, вертикально ориентированных, имеющих как минимум две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения.

В варианте применения способа расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер выполняют в пределах l=(0,6…0,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

В варианте применения способа ребра выполняют с треугольным сечением.

В варианте применения способа высоту указанного ребра h выбирают в пределах h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбирают в пределах s=(0,75…1,5)h, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения для основания ребра s выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

В варианте применения способа ребра выполняют с треугольным сечением.

В варианте применения способа высоту указанного ребра h выбирают в пределах h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбирают в пределах s=(0,75…1,5)h, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Нижнее значение указанного соотношения для основания ребра s выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Для реализации указанного способа предложена печь, содержащая, как минимум, вертикально ориентированный корпус с зоной горения, в котором расположены каналы подачи воздуха в зону горения, образованную, преимущественно, стенками печи и днищем для укладки топлива, вытяжную трубу, дверку со смотровым стеклом, установленную, предпочтительно, в рамке на корпусе, в которой согласно изобретению в рамке дверки печи установлена панель, делящая поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхняя часть полости, образованной рамкой и упомянутой панелью, соединена с зоной горения и служит для укладки дров, а другая, нижняя, соединена с зоной горения и образует основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом упомянутая панель образует со смотровым стеклом канал, соединяющий полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, при этом на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполнены сквозные каналы, соединяющие полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, а в нижней части печи выполнен канал, полость которого соединена с полостью основного канала подачи воздуха и открывается в нижнюю часть полости зоны горения, предпочтительно, через каналы в днище для укладки топлива, причем на боковых стенках зоны горения, предпочтительно, противоположных, выполнены выштамповки, обращенные внутрь зоны горения, преимущественно, в виде продольных ребер, предпочтительно вертикально ориентированных, имеющих как минимум две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения, при этом в верхней части печи, между камерой сгорания и вытяжной трубой, установлен экран, предпочтительно, профилированный, с образованием полости, ограниченной верхней крышкой печи, боковыми элементами корпуса печи, преимущественно стенками печи, и указанным экраном, причем в экране выполнены окна в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне, соединяющие полость камеры сгорания с указанной полостью при помощи горизонтально ориентированных каналов, при этом упомянутые каналы открываются в указанную полость навстречу друг другу, а между выходными частями каналов установлен завихритель.

В варианте исполнения геометрические размеры зоны горения выбирают из соотношения H=(2…9)L, предпочтительно, Н=(4…7)L, где Н - высота зоны горения, от основания до входа в дымовую трубу, L - поперечный размер основания.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, в частности уменьшается объем загружаемого топлива и ухудшаются условия горения, что приводит к нерасчетному режиму горения, нерасчетному прогоранию столба топлива и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение эксплуатационных характеристик печи, в частности ухудшаются условия загрузки топлива на самое дно. Кроме этого, увеличивается время горения топлива на одной загрузке, при этом, при прерывании процесса горения, часть топлива не будет использована до конца, что не позволит организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

В варианте применения способа, расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер выполняют в пределах l=(0,6…0,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

В варианте применения способа ребра выполняют с треугольным сечением.

В варианте применения способа высоту указанного ребра h выбирают в пределах h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбирают в пределах s=(0,75…1,5)h, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Нижнее значение указанного соотношения для основания ребра s выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

В варианте исполнения ребра выполнены с треугольным сечением.

В варианте исполнения расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер выполнено в пределах l=(0,6…0,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

В варианте исполнения высота ребра h выбрана в пределах h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбрано в пределах s=(0,75…1,5)L, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез печи, используемой для реализации данного способа, положение топлива и направление потоков воздуха в начальный момент времени, на фиг.2 - вид печи спереди, на фиг.3 - поперечный разрез А-А - разрез зоны завихрения потоков, на фиг.4 - поперечный разрез зоны горения, на фиг.5 - распределение потоков продуктов сгорания по корпусу печи в аксонометрии. Стрелками показано направление потоков воздуха.

Предложенный способ может быть реализован при помощи печи, имеющей следующую конструкцию.

Основными элементами предложенной печи являются:

1 - корпус;

2 - верхняя крышка;

3 - зона горения;

4 - вытяжная труба;

5 - дверка;

6 - смотровое стекло;

7 - рамка;

8 - панель;

9 - верхняя часть рамки;

10 - нижняя часть рамки;

11 - основной канал подачи воздуха;

12 - канал;

13 - сквозной канал;

14 - канал;

15 - каналы;

16 - днище;

17 - топливо;

18 - стенка зоны горения;

19 - вертикальные ребра;

20 - вершина ребра;

21 - стенка ребра;

22 - зазор;

23 - канал отвода продуктов сгорания;

24 - профилированный экран;

25 - полость;

26 - окно;

27 - периферийная зона;

28 - каналы;

29 - выходная часть канала;

30 - завихритель;

31 - перегородки.

Печь для реализации предложенного способа сжигания топлива содержит вертикально ориентированный корпус 1 с верхней крышкой 2 и зоной горения 3, вытяжную трубу 4, дверку 5 со смотровым стеклом 6, установленную в рамке 7 на корпусе 1. В рамке 7 дверки 5 печи установлена панель 8, делящая поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части - верхнюю 9 и нижнюю 10. Верхняя часть полости, образованной рамкой 7 и упомянутой панелью 8, соединена с зоной горения и служит для укладки дров, а другая, нижняя, соединена с зоной горения и образует основной канал 11 подачи воздуха в зону горения. Панель 8 образует со смотровым стеклом 6 канал 12, соединяющий полость основного канала 11 подачи воздуха с зоной горения 3. На другом конце панели 8, противоположном упомянутому каналу 12, преимущественно, в месте ее крепления к корпусу печи, выполнены сквозные каналы 13, соединяющие полость основного канала 11 подачи воздуха с зоной горения 3. В нижней части печи выполнен канал 14, полость которого соединена с полостью основного канала 11 подачи воздуха и открывается в нижнюю часть полости зоны горения 3, предпочтительно, через каналы 15 в днище 16 для укладки топлива 17. На стенках 18 зоны горения 3 выполнены вертикальные ребра 19, имеющие вершину 20 и стенки 21. За счет выполнения на стенках 18 зоны горения 3 вертикальных ребер 19, между топливом 17 и стенками 18 образуется зазор 22 после укладки топлива в 17 зону горения 3.

В корпусе 1 расположена зона горения 3 и выполнены каналы 11, 12, 13, 14 подачи воздуха в зону горения 3 и каналы 23 отвода продуктов сгорания из камеры сгорания 5. Каналы 23 соединены с вытяжной трубой 4. В верхней части корпуса печи 1, между зоной горения 3 и вытяжной трубой 4, установлен профилированный экран 24 с образованием полости 25, ограниченной верхней крышкой 2, стенками корпуса 1 и профилированным экраном 24. В профилированном экране 24 выполнены окна 26 в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне 27, соединяющие полость зоны горения 3 с полостью 25 при помощи горизонтально ориентированных каналов 28. Горизонтально ориентированные каналы 28 открываются в полость 25 навстречу друг другу, а между выходными частями 29 указанных каналов 28 установлен завихритель 30.

В варианте исполнения горизонтально ориентированные каналы 27 образованы боковыми элементами корпуса 1 печи, преимущественно стенками, и вертикально расположенными перегородками 31 на профилированном экране 24.

Предложенный способ при помощи предложенной печи реализуется следующим образом.

Через дверку 5 в вертикально ориентированный корпус 1 печи, в зону горения 3, укладывается топливо 17, например дрова. Через канал 12, в верхнюю часть зоны горения 3, поступает воздух, при этом воздух, поступающий через каналы 13 и 15, в начальный момент времени в процессе горения практически не участвует. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива 17 поджигают. Топливо 17 начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть, ограниченная стенками зоны горения 3. Продукты сгорания, имеющие меньшую плотность, чем поступающий воздух, поднимаются вверх и отводятся через вытяжную трубу 4. За счет отвода горячих продуктов сгорания, имеющих меньшую плотность, происходит поступление воздуха, имеющего низкую температуру, и, соответственно, более высокую плотность, внутрь печи, в зону горения, в основном через канал 12.

По мере прогорания верхней части столба топлива 17, при необходимости, через дверку 5 подкладываются новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива 17 при этом остается в исходном состоянии.

При прогорании столба топлива 17 ниже заданного уровня, например до половины столба, воздух, поступающий через каналы 12, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, происходит перераспределение потоков воздуха за счет разницы плотностей продуктов сгорания и воздуха, и в процессе горения начинает участвовать воздух, поступающий через канал 13 и, частично, через каналы 15.

При прогорании столба топлива 17 ниже заданного уровня, например ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы 13, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, происходит перераспределение потоков воздуха за счет разницы плотностей, и в процессе горения начинает участвовать воздух, поступающий через каналы 15 в днище 16. В этом случае, горение топлива продолжается с прежней эффективностью до его полного выгорания.

На стенках 18 зоны горения 3 выполнены вертикальные ребра 19, имеющие вершину 20 и стенки 21. За счет выполнения на стенках 18 зоны горения 3 вертикальных ребер 19, имеющих вершину 20 и стенки 21, между топливом 17 и стенками 18 образуется зазор 22 после укладки топлива в зону горения.

При подаче воздуха и поджигании столба 17 топлива, топливо начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть. Продукты сгорания отводятся через вытяжную трубу 4.

За счет выполнения между стенками зоны горения 3 и столбом топлива 17 зазора 22, часть воздуха поступает в зазор 22, и боковые стенки столба топлива 17 также начинают гореть. Горение столба топлива происходит как сверху, за счет подачи воздуха через каналы 12, так и с боков, за счет поступления воздуха из каналов 12 в зазор 22.

За счет горения столба топлива 17 как сверху, так и с боковых его сторон разогрев корпуса печи 1 происходит более интенсивно, что позволяет сократить время разогрева обогреваемого помещения до указанной температуры.

По мере прогорания верхней части столба топлива 17, при необходимости, через дверку 5 подкладывают новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива 17 при этом остается в исходном состоянии.

При прогорании столба топлива 17 ниже заданного уровня, например ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы 3, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью по следующим причинам.

За счет выполнения между стенками зоны горения 3 и столбом топлива 17 зазора 22, часть воздуха из каналов 12, 14, 15 поступает в зазор 22, и боковые стенки столба топлива также продолжают гореть. Горение столба топлива 17 продолжается как сверху, за счет подачи воздуха через каналы 12, и частично, 14, 15, так и с боков, за счет поступления воздуха из каналов 4 и, частично, каналов 12, 13, 14 и 15 в зазор 22.

Продукты сгорания отводятся через вытяжную трубу 4.

При сгорании топлива 17 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 24 с окнами 26, преимущественно в его периферийной зоне 27. Полученные дополнительные промежуточные потоки через окна 26 направляют к стенкам печи 1. Затем каждый дополнительный промежуточный поток разворачивают и направляют вдоль стенок печи 1 в ее части, расположенной в непосредственной близости возле вытяжной трубы 4, после чего дополнительные промежуточные потоки разворачивают, как минимум один раз, навстречу друг другу и подают в полость 25 через выходные части 29 каналов 28. Из выходных частей 29 каналов 28 дополнительные промежуточные потоки подают на завихритель 30, установленный в полости 25. Проходя через завихритель 30, каждый дополнительный промежуточный поток приобретает вращательное движение, преимущественно по спирали, что приводит к интенсификации теплообмена указанных потоков между собой и нагревательными элементами печи. Затем дополнительные промежуточные вращающиеся потоки перемешивают между собой и направляют в вытяжную трубу 4.

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.

Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерного образца предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию печи и повысить надежность ее работы.

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 сжигания топлива в печи, преимущественно бытовой, содержащей корпус с дверкой со смотровым стеклом для загрузки топлива, в котором выполнены каналы подачи воздуха в камеру сгорания с зоной горения, каналы отвода продуктов сгорания топлива из камеры сгорания, дымовую трубу для отвода продуктов сгорания, заключается в укладке топлива в зоне горения печи с последующим поджигом топлива, его сгоранием с выделением тепла, получении непосредственно самих продуктов сгорания с последующим отбором у продуктов сгорания тепла путем разогрева ими нагревательных элементов печи и отводом упомянутых продуктов сгорания через дымовую трубу, причем в рамке дверки печи устанавливают панель, при помощи которой делят поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхнюю полость, образованную рамкой и упомянутой панелью, соединяют с зоной горения и используют для укладки топлива, преимущественно, дров, а нижнюю соединяют с зоной горения, образуя тем самым основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом при помощи упомянутой панели образуют со смотровым стеклом зазор, служащий первым каналом подачи воздуха в зону горения из полости основного канала, причем на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполняют сквозные каналы, при помощи которых соединяют полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, образуя тем самым второй канал подачи воздуха в зону горения, при этом в нижней части печи выполняют третий канал подачи воздуха в зону горения, причем полость упомянутого канала с одной стороны соединяют с полостью основного канала подачи воздуха, с другой соединяют с нижней частью полости зоны горения, предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива, причем топливо укладывают в зону горения печи с образованием зазора, предпочтительно гарантированного, между топливом и стенками зоны горения, по крайней мере, по одной стороне, предпочтительно двум, противоположно расположенным, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом в начальный момент времени для подачи воздуха в зону горения преимущественно применяют первый канал, при прогорании столба топлива до заданного уровня, преимущественно до половины, применяют первый и второй каналы, а при завершении процесса горения применяют преимущественно третий канал, при этом полученный основной поток продуктов сгорания разделяют как минимум на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути упомянутого 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. Также описана печь для реализации вышеуказанного способа. Технический результат: упрощение конструкции печи, повышение надежности работы, повышение полноты сгорания топлива, увеличение теплоотдачи и времени работы печи при неизменном расходе топлива. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ сжигания топлива в печи, преимущественно бытовой, содержащей корпус с дверкой со смотровым стеклом для загрузки топлива, в котором выполнены каналы подачи воздуха в камеру сгорания с зоной горения, каналы отвода продуктов сгорания топлива из камеры сгорания, дымовую трубу для отвода продуктов сгорания, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующим поджигом топлива, его сгоранием с выделением тепла, получении непосредственно самих продуктов сгорания с последующим отбором у продуктов сгорания тепла путем разогрева ими нагревательных элементов печи и отводом упомянутых продуктов сгорания через дымовую трубу, характеризующийся тем, что в рамке дверки печи устанавливают панель, при помощи которой делят поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхнюю полость, образованную рамкой и упомянутой панелью, соединяют с зоной горения и используют для укладки топлива, преимущественно дров, а нижнюю соединяют с зоной горения, образуя тем самым основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом при помощи упомянутой панели образуют со смотровым стеклом зазор, служащий первым каналом подачи воздуха в зону горения из полости основного канала, причем на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполняют сквозные каналы, при помощи которых соединяют полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, образуя тем самым второй канал подачи воздуха в зону горения, при этом в нижней части печи выполняют третий канал подачи воздуха в зону горения, причем полость упомянутого канала с одной стороны соединяют с полостью основного канала подачи воздуха, с другой соединяют с нижней частью полости зоны горения, предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива, причем топливо укладывают в зону горения печи с образованием зазора, предпочтительно гарантированного, между топливом и стенками зоны горения, по крайней мере, по одной стороне, предпочтительно двум, противоположно расположенным, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом в начальный момент времени для подачи воздуха в зону горения преимущественно применяют первый канал, при прогорании столба топлива до заданного уровня, преимущественно до половины, применяют первый и второй каналы, а при завершении процесса горения применяют преимущественно третий канал, при этом полученный основной поток продуктов сгорания разделяют как минимум на два дополнительных промежуточных потока путем установки на пути упомянутого 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидравлическое сопротивление/проходные сечения указанных каналов выполняют таким образом, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 60-80%, через третий - 10-20%, при прогорании столба топлива примерно до середины, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 30-40%, через третий - 50-60%, а на завершающей стадии процесса горения, чтобы обеспечить через первый канал в начальный момент времени горения расход воздуха, равный примерно 10-20% от общего расхода, через второй - 10-20%, через третий - 60-80%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что геометрические размеры зоны горения выбирают из соотношения Н=(2…9)L, предпочтительно Н=(4…7)L, где Н - высота зоны горения от основания до входа в дымовую трубу, L - поперечный размер основания.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что топливо, предпочтительно дрова, добавляют в зону горения по мере его прогорания, при этом, независимо от величины прогорания столба топлива, топливо добавляют в пределах примерно 20-25% от объема всего первоначально установленного столба топлива.

5. Способ сжигания по п.1, отличающийся тем, что зону перемешивания и придания потокам вращательного движения изолируют от каналов для прохождения дополнительных промежуточных потоков.

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

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

8. Способ обеспечения горения топлива по п.1, отличающийся тем, что гарантированный зазор между стенками зоны горения и топливом обеспечивают за счет выполнения на боковых стенках зоны горения, предпочтительно противоположных, продольных ребер, предпочтительно вертикально ориентированных, имеющих как минимум две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения.

9. Способ обеспечения горения топлива по п.8, отличающийся тем, что расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер выполняют в пределах l=(0,6…0,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

10. Способ обеспечения горения топлива по п.8, отличающийся тем, что ребра выполняют с треугольным сечением.

11. Способ обеспечения горения топлива по п.8, отличающийся тем, что высоту указанного ребра h выбирают в пределах h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбирают в пределах s=(0,75…1,5)L, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

12. Печь для реализации способа по п.1, содержащая, как минимум, вертикально ориентированный корпус с зоной горения, в котором расположены каналы подачи воздуха в зону горения, образованную преимущественно стенками печи и днищем для укладки топлива, вытяжную трубу, дверку со смотровым стеклом, установленную, предпочтительно, в рамке на корпусе, характеризующаяся тем, что в рамке дверки печи установлена панель, делящая поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхняя часть полости, образованной рамкой и упомянутой панелью, соединена с зоной горения и служит для укладки дров, а другая, нижняя, соединена с зоной горения и образует основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом упомянутая панель образует со смотровым стеклом канал, соединяющий полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, при этом на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи, выполнены сквозные каналы, соединяющие полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, а в нижней части печи выполнен канал, полость которого соединена с полостью основного канала подачи воздуха и открывается в нижнюю часть полости зоны горения, предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива, причем на боковых стенках зоны горения, предпочтительно противоположных, выполнены выштамповки, обращенные внутрь зоны горения, преимущественно в виде продольных ребер, предпочтительно вертикально ориентированных, имеющих как минимум две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения, при этом в верхней части печи, между камерой сгорания и вытяжной трубой, установлен экран, предпочтительно профилированный, с образованием полости, ограниченной верхней крышкой печи, боковыми элементами корпуса печи, преимущественно стенками печи, и указанным экраном, причем в экране выполнены окна в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне, соединяющие полость камеры сгорания с указанной полостью при помощи горизонтально ориентированных каналов, при этом упомянутые каналы открываются в указанную полость навстречу друг другу, а между выходными частями каналов установлен завихритель.

13. Печь по пп.1, 2, отличающаяся тем, что геометрические размеры зоны горения выбраны исходя из соотношения H=(1…7)L, предпочтительно H=(2…5)L, где Н - высота зоны горения от основания до входа в дымовую трубу, L - поперечный размер основания.

14. Печь по пп.1, 2, отличающаяся тем, что расстояние l между вершинами указанных ребер составляет l=(0,6…0,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

15. Печь по пп.1, 2, отличающаяся тем, что ребра имеют треугольное сечение.

16. Печь по пп.1, 2 отличающаяся тем, что высота указанного ребра h составляет h=(0,05…0,2)L, при этом основание s выбрано в пределах s=(0,75…1,5)L, где h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.