КАМИН ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F24B1/02 F24B7/00 

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к отопительному оборудованию на твердом топливе и может быть использовано для создания бытовых отопительных каминов длительного горения.

Камины относятся к простейшим отопительным приборам, в которых наряду с основной задачей получения тепловой энергии для обогрева жилого помещения, реализуется функция визуализации процесса горения твердого топлива. Следствием простоты конструкции является низкий КПД каминов и небольшая продолжительность горения. Использование в каминах закрытого типа технологии дожига пиролизных газов и элементов повышения теплосъема от дымовых газов немного повышает их КПД, однако не решает проблему небольшой продолжительности горения.

Известна печь-камин длительного горения /tolosa е oi (Supra) (http://www.kaminmunrian.m/katalog/intemet-magazin/pechi-otopitelnye/supra-francija/tolosa-e-01-150kvm-10kvt)/, содержащая корпус с топочной камерой с колосниковой решеткой, зольник, заслонку регулировки первичного воздуха, камеру дожига, перегородку-дефлектор, разделяющую топочную камеру и камеру дожига, патрубок дымохода, загрузочную дверцу, оснащенную каминным жаропрочным стеклом, щель для подачи вторичного воздуха, щель для обдува жаропрочного стекла. Недостатками этого устройства является сравнительный низкий КПД и небольшая продолжительность горения. Несмотря на использование в конструкции технологии дожига пиролизных газов в камере дожига не обеспечивается достаточного сжигания этих газов. Это обусловлено ограниченной возможностью достижения требуемых температур (более 600°С) в камере дожига из-за больших ее размеров и наличием сравнительно холодных периферийных зон (стенок корпуса). Не большая продолжительность горения является следствием ограниченного объема топлива, который можно загрузить в топку. Увеличение объема топлива больше оптимального не приводит к существенному росту продолжительности горения, поскольку при горении большего объема топлива увеличивается выделение тепловой энергии, растут тепловые потери из-за увеличения температуры дымовых газов, снижается КПД, а продолжительность горения изменяется не значительно.

Известна печь-камин длительного горения /полезная модель РФ №202969/, выбранная в качестве прототипа, содержащая корпус с топочной камерой с колосником, зольник с зольным ящиком, заслонку регулировки первичного входного воздуха, камеру дожига, перегородку-дефлектор, разделяющую топочную камеру и камеру дожига, спиральный газовый канал, патрубок дымохода, загрузочную дверцу, оснащенную каминным жаропрочным стеклом, щель для подачи вторичного воздуха, щель для обдува жаропрочного стекла. В данной конструкции удалось немного повысить КПД за счет снижения тепловых потерь путем охлаждения дымовых газов на дополнительной теплообменной поверхности. Однако, присущие этой конструкции недостатки сохранились. А именно - низкая эффективность дожига пиролизных газов и не большая продолжительность горения.

Технический результат состоит в увеличении продолжительности работы камина от одной загрузки топлива за счет наращивания его объема и повышения эффективности сжигания, а также в получении новых визуальных образов пламени.

Технический результат достигается тем, что камин длительного горения, содержащий корпус с топочной камерой, колосник, зольник с зольным ящиком, входной воздуховод с заслонкой регулировки входного воздуха, камеру дожига, дымоход, дверцу с каминным жаропрочным стеклом, щель для обдува жаропрочного стекла, содержит бункер с колосником на днище и газовым окном в нижней части боковой стенки, загрузочной дверцей и дверцей для розжига, переходной тоннель, соединяющий газовое окно бункера с нижней частью топочной камеры, заслонку дымоудаления с приводом и фиксатором положения, газовый канал, соединяющий через заслонку дымоудаления бункер с дымоходом, входной воздуховод разделен перегородкой на воздуховод первичного воздуха, соединенный с под колосниковой полостью и воздуховод вторичного воздуха, соединенный с отверстиями подачи вторичного воздуха в камеру дожига, при этом камера дожига в виде теплоизолированного горизонтального газового канала переходящего в несколько вертикальных каналов, размещена в переходном тоннеле и топочной камере, причем площадь поперечного сечения горизонтального газового канала камеры дожига равна суммарной площади поперечных сечений вертикальных каналов. Входные окна вертикальных каналов могут выполняться с изменяющейся шириной и располагаться вдоль или поперек продольной оси горизонтального участка газового канала камеры дожига.

Сущность изобретения поясняется на упрощенном рисунке на фиг. 1. На фиг. 1 обозначено: 1 - корпус камина, 2 - топочная камера, 3 - дверца с каминным жаропрочным стеклом, 4 - дымоход, 5 - бункер, 6 - загрузочная дверца, 7 - дверца для розжига, 8 - днище бункера, 9 - колосник, 10 -зольник, 11 - зольный ящик, 12 - отверстия для прохода первичного воздуха в под колосниковую полость, 13 - входной воздуховод, 14 - перегородка входного воздуховода, 15 - воздуховод первичного воздуха, 16 - воздуховод вторичного воздуха, 17 - первая ступень заслонки управления входным воздухом, 18 - отверстие в первой ступени заслонки, 19 - вторая ступень заслонки входного воздуха, 20 - перегородка, 21 - отверстия подачи вторичного воздуха в камеру дожига, 22 - газовое окно, 23 - переходной тоннель, 24 - горизонтальный газовый канал камеры дожига, 25 - вертикальные каналы камеры дожига, 26 - теплоизолирующие плиты горизонтального участка камеры дожига, 27 - теплоизолирующие плиты вертикальных участков камеры дожига, 28 - газовый канал, 29 - заслонка дымоудаления, 30 - привод заслонки дымоудаления, 31 - фиксатор положения заслонки дымоудаления, 32 - отверстие в верхней стенке бункера.

Корпус 1 включает в себя топочную камеру 2 в нижней части, и теплообменную часть, расположенную в верхней части корпуса 1. Корпус 1 может изготавливаться из стали или чугуна. Для увеличения теплосъема до необходимого уровня в теплообменной части могут быть использованы известные методы (оребрение стенок корпуса, размещение турбулизирующих элементов, дефлекторов и др.). Топочную камеру 2 закрывает дверца 3 с жаропрочным стеклом. Под дверцей 3 может быть размещена регулируемая щель (не показана на рисунке) для обдува стекла наружным воздухом с целью уменьшения отложений на его поверхности. Дымоход 4 особенностей не имеет и используется по прямому назначению. Бункер 5 предназначен для загрузки в камин большого объема топлива и постепенного его сжигания. Бункер 1 оснащается загрузочной дверцей 6 и дверцей для розжига 7, которые герметизируются в закрытом положении уплотнительным шнуром. На днище 8 размещен колосник 9. В под колосниковой полости размещен зольник 10 с зольным ящиком 11. В боковой стенке зольника 10 выполнены отверстия 12 для прохода входного воздуха под колосник 9. Входной воздуховод 13 разделен перегородкой 14 на воздуховод первичного воздуха 15 и воздуховод вторичного воздуха 16 в соотношении примерно 4:1. На входном воздуховоде 13 размещена двухступенчатая заслонка управления одновременно первичным и вторичным воздухом. Первая ступень заслонки 17 (менее точная) работает преимущественно на больших мощностях, а вторая ступень заслонки 19 (более точная), через отверстие 18 в первой ступени 17, работает преимущественно на небольших мощностях. При этом на этих мощностях доля вторичного воздуха уменьшается для сохранения более оптимального коэффициента избытка вторичного воздуха (подробнее см. патент РФ №2743867). Управление двухступенчатой заслонкой может осуществляться вручную или более точно от терморегулятора (не показан на рисунке). Точность управления двухступенчатой заслонки в несколько раз выше, чем обычной заслонки, что необходимо при сжигании большого объема топлива, который используется в предлагаемой конструкции камина. Перегородка 20 служит для ограничения объема воздуховода вторичного воздуха. Отверстия 21, расположенные вдоль газового окна 22, служат для подачи вторичного воздуха в камеру дожига 24. Для предотвращения попадания золы в воздуховод вторичного воздуха 16 отверстия 21 могут сверху с необходимым зазором закрываться защитными пластинами (не показаны на рисунке). Газовое окно 22 служит для выхода дымовых газов, образующихся в результате экзотермической реакции в объеме топлива примерно на уровне газового окна 22. Переходной тоннель 23 служит для соединения бункера 5 с корпусом камина 1 и размещения части камеры дожига 24. Камера дожига 24 включает горизонтальный участок газового канала и несколько вертикальных участков 25. Площадь поперечного сечения вертикальных каналов примерно равна площади поперечного сечения горизонтального участка. При поперечном расположении вертикальных каналов для получения наибольшего объема и однородности пламени на выходе камеры дожига, ширина вертикальных каналов 25 увеличивается от канала к каналу. Тем самым достигается выравнивание объемов дымовых газов, выходящих из вертикальных каналов. Вертикальные каналы 25 могут быть также выполнены вдоль продольной оси горизонтального участка газового канала. В этом случае вертикальные каналы выполняются с увеличивающейся от начала к концу шириной. Элементы 26, 27 камеры дожига выполнены из жаропрочного материала, например, из шамотных плит или отлиты как единое целое изделие из жаропрочного бетона. В зависимости от мощности камина и реализации различных визуальных образов с пламенем, наружные и внутренние стенки вертикальных газовых каналов 25 могут выполняться разной высоты. Например, при поперечном расположении вертикальных газовых каналов 25 стенка со стороны дверцы (не показана на рисунке) может быть выполнена ниже боковых и задней стенок. При продольном расположении вертикальных газовых каналов передняя стенка (со стороны дверцы) может быть выполнена ниже, а внутренние стенки вертикальных газовых каналов с увеличивающейся высотой к задней стенке. Газовый канал 28 служит для пропуска дымовых газов из бункера 5 непосредственно в дымоход 4 при вентиляции бункера перед дозагрузкой топлива. На отверстии 32 в верхней стенке бункера 5, внутри газового канала 28, установлена заслонка дымоудаления 29, в простейшем варианте из пластины, закрепленной на приводе 30 из круглого стержня. На другом конце стержня закреплен фиксатор положения 31, из металлической пластинки, который позволяет фиксировать заслонку 29 в открытом и закрытом положении. Причем в закрытом положении заслонки дымоудаления 29 фиксатор положения 31 блокирует загрузочную дверцу 6, предотвращая случайное открытие дверцы 6 во время работы камина и попадание дымовых газов в помещение.

Работает камин следующим образом. Через открытую дверцу для розжига 7 на колосник 9 укладываются лучины и мелкие дрова. Затем через загрузочную дверцу 6 осуществляется загрузка основного объема топлива (дрова, опилочные брикеты). После загрузки топлива в камин дверца 6 закрывается. Так же закрывается заслонка дымоудаления 29 путем поворота привода заслонки 30 с помощью фиксатора 31. В этом положении фиксатор 31 блокирует дверцу 6, предотвращая возможность ее случайного открывания без проветривания бункера 5. Двухступенчатая заслонка открывается на угол 30-40 градусов, а через дверцу 7 топливо поджигается, и она закрывается. В дальнейшем угол открытия двухступенчатой заслонки устанавливается в зависимости от требуемой генерируемой мощности. Входной воздух через входной воздуховод 13, воздуховод первичного воздуха 15, отверстия 12 и колосник 9 поступает к топливу, в котором происходит экзотермическая реакция с выделением тепловой энергии и дымовых газов. При воздействии тепловой энергии на древесину происходит ее газификация (пиролиз) с образованием большого объема пиролизных газов, основная часть из которых сгорает в объеме горящего топлива. Однако из-за наличия периферийных зон с недостаточной для воспламенения пиролизных газов температурой (более 600°С) и наличия низкотемпературных зон в горящем топливе, часть из этих не сгоревших газов, продуктов реакции в жидкой и твердой фазах вместе с дымовыми газами, увлекаемые разрежением, образующемся в дымоходе 4, поступают через газовое окно 22 в камеру дожига 24. Одновременно через воздуховод вторичного воздуха 16 и отверстия 21 вторичный воздух поступает в камеру дожига 24, в которой происходит более эффективное сжигание горючих компонент содержащихся в газовом потоке. Это достигается изготовлением стенок 26, 27 камеры дожига 24 из жаропрочного материала со сравнительно низкой теплопроводностью (что сводит к минимуму возникновение низкотемпературных зон), турбулизацией газового потока и концентрацией его в ограниченном объеме. В результате в камере дожига 24 могут развиваться температуры до 1200°С и происходит сгорание почти всех горючих компонент, содержащихся в газовом потоке. На выходе вертикальных газовых каналов формируются языки пламени, за которыми можно наблюдать через стекло дверцы 3. Высота языков пламени над выходом вертикальных газовых каналов 25 и их вид зависит от конфигурации вертикальных газовых каналов и интенсивности горения топлива, которая в свою очередь определяется углом открытия двухступенчатой заслонки. Так при продольном расположении вертикальных газовых каналов 25 языки пламени образуют каскадное пламя, переливающееся в процессе работы камина. При поперечном расположении вертикальных газовых каналов 25 пламя выглядит как фонтанирующие языки пламени, пульсирующие в процессе работы камина. Тем самым в камине обеспечивается получения новых визуальных эффектов при наблюдении за пламенем в камине. Из камеры дожига раскаленные дымовые газы поступают в теплообменную часть корпуса камина, где, передавая свою тепловую энергию через стенки корпуса воздуху в помещении, охлаждаются до температур, обеспечивающих высокий КПД камина.

В камин загружается объем топлива значительно превышающий объем горящего топлива, который находится на колоснике 9 на уровне газового окна 22. Для этого в камин через двухступенчатую заслонку (управляемую от терморегулятора) подается ограниченный объем воздуха, обеспечивающий генерацию заданной мощности. По мере выгорания топлива, расположенного на колоснике 9, вышележащие слои топлива под действием силы тяжести опускаются вниз и горение продолжается в устойчивом режиме. Небольшие, кратковременные колебания мощности могут возникать при не равномерном опускании топлива, например в связи с различной его фракционностью и влажностью, но это существенно не сказывается на температуре в помещении из-за большой тепловой инерции самого помещения и камина как генератора тепловой энергии. В связи с тем, что объем загружаемого в камин топлива многократно превышает объем одновременно горящего топлива, время работы камина от одной закладки топлива кратно увеличивается по сравнению с прототипом и другими техническими решениями.

При необходимости дозагрузки камина до полного окончания его работы, перекрывается подача воздуха в камин путем закрытия двухступенчатой заслонки. Затем фиксатором положения 31 заслонка дымоудаления 29 с помощью привода 30 устанавливается в открытое положение. Дымовые и пиролизные газы, находящиеся в бункере 5 поступают через газовый канал 28 непосредственно в дымоход 4. После проветривания бункера в течение одной-двух минут открывается загрузочная дверка 6 и осуществляется загрузка топлива. После загрузки топлива дверка 6 закрывается. Также закрывается заслонка дымоудаления 29 поворотом фиксатора положения 31 до фиксации на дверке 6. В заключении процесса дозагрузки топлива двухступенчатая заслонка устанавливается в прежнее положение. Однако в зависимости от качества загруженного топлива (влажности, фракционности и др.) может потребоваться коррекция углового положения двухступенчатой заслонки.

Таким образом, в предлагаемой конструкции камина, по сравнению с прототипом и другими аналогами, обеспечивается кратное увеличение продолжительности его работы от одной закладки топлива, за счет наращивания его объема и повышения эффективности постепенного сжигания большого объема топлива. В предлагаемом камине обеспечивается получение новых визуальных образов при наблюдении за пламенем, что создает не повторимую атмосферу в доме и повышает эмоциональное удовольствие от работы камина.

Уровень разработки, после экспериментальной проверки работоспособности и эффективности предлагаемой конструкции, находится в стадии организации серийного производства модельного ряда каминов длительного горения с различной тепловой мощностью.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к отопительному оборудованию на твердом топливе и может быть использовано для создания бытовых отопительных каминов длительного горения. Технический результат увеличение продолжительности работы камина от одной загрузки топлива, за счет наращивания его объема и повышения эффективности сжигания, и в получении новых визуальных образов пламени. Камин длительного горения содержит корпус с топочной камерой, колосник, зольник с зольным ящиком, входной воздуховод с заслонкой регулировки входного воздуха, камеру дожига, дымоход, дверцу с каминным жаропрочным стеклом, щель для обдува жаропрочного стекла. Камин дополнительно содержит бункер с колосником на днище и газовым окном в нижней части боковой стенки, загрузочной дверцей и дверцей для розжига, переходной тоннель, соединяющий газовое окно бункера с нижней частью топочной камеры, заслонку дымоудаления с приводом и фиксатором положения, газовый канал, соединяющий через заслонку дымоудаления бункер с дымоходом. Входной воздуховод разделен перегородкой на воздуховод первичного воздуха, соединенный с подколосниковой полостью, и воздуховод вторичного воздуха, соединенный с отверстиями подачи вторичного воздуха в камеру дожига. При этом камера дожига в виде теплоизолированного горизонтального газового канала, переходящего в несколько вертикальных каналов, размещена в переходном тоннеле и топочной камере. Причем площадь поперечного сечения горизонтального газового канала камеры дожига равна суммарной площади поперечных сечений вертикальных каналов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Камин длительного горения, содержащий корпус с топочной камерой, колосник, зольник с зольным ящиком, входной воздуховод с заслонкой регулировки входного воздуха, камеру дожига, дымоход, дверцу с каминным жаропрочным стеклом, щель для обдува жаропрочного стекла, отличающийся тем, что содержит бункер с колосником на днище и газовым окном в нижней части боковой стенки, загрузочной дверцей и дверцей для розжига, переходной тоннель, соединяющий газовое окно бункера с нижней частью топочной камеры, заслонку дымоудаления с приводом и фиксатором положения, газовый канал, соединяющий через заслонку дымоудаления бункер с дымоходом, входной воздуховод разделен перегородкой на воздуховод первичного воздуха, соединенный с подколосниковой полостью, и воздуховод вторичного воздуха, соединенный с отверстиями подачи вторичного воздуха в камеру дожига, при этом камера дожига в виде теплоизолированного горизонтального газового канала, переходящего в несколько вертикальных каналов, размещена в переходном тоннеле и топочной камере, причем площадь поперечного сечения горизонтального газового канала камеры дожига равна суммарной площади поперечных сечений вертикальных каналов.

2. Камин длительного горения по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные газовые каналы расположены на конце верхней части горизонтального газового канала камеры дожига, причем входные окна вертикальных каналов расположены вдоль газового канала камеры дожига.

3. Камин длительного горения по п. 2, отличающийся тем, что вертикальные каналы выполнены с увеличивающейся шириной вдоль этих каналов.

4. Камин длительного горения по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные газовые каналы выполнены поперек горизонтального газового канала камеры дожига на конце его верхней части, причем вертикальные каналы выполнены с увеличивающейся шириной от канала к каналу.