Механический терморегулятор Российский патент 2023 года по МПК F23N3/00 F23N3/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к источникам генерации тепловой энергии на твердом топливе с автоматической механической регулировкой тепловой мощности.

В настоящее время остается не полностью решенная проблема автоматической регулировки генерируемой мощности отопительных печей. Как правило приходится использовать ручную регулировку интенсивности горения сравнительно небольшого объема топлива в печи. Низкая точность такого метода ограничивает возможность наращиваемого объема загружаемого в печь топлива и увеличения за счет этого продолжительности ее работы. Механические терморегуляторы, используемые в котлах, практически не пригодны для печей, поскольку в печах в несколько раз больше температура корпуса печи и диапазон ее изменения, а также недостаточная для печи точность управления.

Известен механический терморегулятор печи (полезная модель №76702) на основе ручного привода заслонки входного воздуха и заслонки в дымоходе. Недостатками такого регулятора являются низкая точность управления тепловой мощностью и необходимость частой ее корректировки в процессе работы печи, что снижает эксплуатационные характеристики отопительного прибора.

Известен механический терморегулятор (патент РФ №2032835) на основе термобиметаллических пластин, В качестве прототипа выбран механический терморегулятор для отопительного котла (Евразийский патент №005303 от 30.12.2004 г.), работа которого основана на тепловом расширении корпуса котла относительно его кожуха. При этом приводной рычаг с заслонкой опирается на кожух, а приводная планка, закрепленная на корпусе котла, опирается на приводной рычаг через регулировочный винт. Поскольку в качестве активного элемента терморегулятора используется корпус котла, то при его нагреве до рабочих температур он удлиняется на небольшую величину (в зависимости от высоты корпуса на 0,7-1 мм). Для получения необходимой амплитуды перемещения исполнительного элемента (привода заслонки) приходится использовать приводной рычаг с большой разницей длины плечей. Это приводит к снижению силы, развиваемой на приводе, и уменьшает точность регулировки температуры. Кроме того, поскольку управляющее воздействие формируется относительно кожуха котла, то на точность регулировки влияет не одинаковый нагрев кожуха, в зависимости от качества теплоизоляции и условий охлаждения кожуха в процессе работы котла. Следствием этого является ограниченная область применения терморегулятора, практически только в отопительных приборах с большой высотой корпуса (~ 2 м), имеющих небольшое распространение. В частности, такой терморегулятор практически не пригоден в печах вследствие не большой высоты их корпуса и не достаточной амплитуды рабочего хода привода заслонки.

Техническим результатом является расширение области применения механического терморегулятора за счет увеличения амплитуды рабочего хода исполнительного элемента (привода заслонки) при обеспечении высокой точности регулировки и необходимого усилия на приводе заслонки.

Технический результат достигается тем, что механический терморегулятор содержащий приводной рычаг, приводную планку и регулировочный винт, содержит опорный кронштейн, активный элемент и промежуточную планку, при этом опорный кронштейн закреплен на кожухе печи, на кронштейне на оси размещена промежуточная планка с опорной пластиной, на этой планке на оси установлен приводной рычаг с упорной пластиной, на которую опирается регулировочный винт, соединенный через резьбовое соединение с опорной пластиной, причем приводная планка одним концом опирается на промежуточную планку, а другим концом закреплена на конце активного элемента, другой конец которого закреплен на корпусе печи. При этом активный элемент может выполняться из дюралевой пластины или стержня, а приводная планка с изменяемой длиной.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где схематически показан пример размещения терморегулятора на печи. На фиг. 1 обозначено: 1 -приводной рычаг, 2 - упорная пластина, 3 - отверстия для крепления привода заслонки входного воздуха (не показана на рисунке), 4 - промежуточная планка, 5 - опорная пластина, 6 - ось вращения приводного рычага 1, 7 - опорный кронштейн, 8 - ось вращения промежуточной планки, 9 - приводная планка, 10 - активный элемент, 11 - регулировочный винт, 12 - ручка регулировочного винта, 13 - кожух, 14 - корпус печи. Приводной рычаг 1, упорная пластина 2, промежуточная планка 4, опорная пластина 5, ось вращения приводного рычага 6, опорный кронштейн 7, ось вращения промежуточной планки 8 выполняются из металла необходимой толщины, чтобы практически исключить проявление упругой деформации. Элементы рычажного механизма (приводной рычаг 1, промежуточная планка 4, опорный кронштейн 7) могут быть выполнены из плоских или П-образных пластин. В последнем случае может быть увеличена длина осей 6 и 8 и тем самым снижены требования к точности изготовления конструкции в целом при минимизации ее люфта в различных плоскостях. Активный элемент 10 выполняется из металла с большим коэффициентом линейного расширения, например из дюралевой пластины или стержня. Элемент 10 прилегает к корпусу печи 14 и крепится в нижней его части с возможностью свободно удлиняться относительно корпуса печи. При значительной длине элемента 10, а также при криволинейной поверхности корпуса печи на ее корпусе устанавливаются направляющие пластины, ограничивающие смещение свободного конца элемента 10 в горизонтальной плоскости. На свободном конце элемента 10 крепится приводная планка 9. Планка 9 может быть выполнена из двух частей, накладываемых друг на друга, с возможностью смещения относительно друг друга на несколько миллиметров. Одна часть крепится к элементу 10, а другая опирается на конец промежуточной планки 4. Части планки 9 могут фиксироваться между собой болтовыми соединениями. Возможность изменения длины планки 9 необходима для юстировки терморегулятора при его установке на тот или иной образец печи. Регулировочный винт 11 может быть выполнен с метрической резьбой, а его конец, опирающийся на упорную пластину 2, имеет коническую или сферическую форму. Винт 11 вкручивается в сопряженное по резьбе отверстие в опорной пластине 5. Ручка 12 винта 11 может быть выполнена из тонкого металла или термостойкого пластика. Кожух 13 может быть выполнен из листового или перфорированного металла, а также теплоизолированным. Для дополнительного увеличения амплитуды рабочего хода привода заслонки, например, при не больших размерах печи, на внутренней стороне кожуха, напротив активного элемента 10 устанавливается дополнительная пластина (не показана на рисунке) из металла с низким коэффициентом линейного расширения, например из инвара. К этой пластине крепится опорный кронштейн 7. Указанная дополнительная пластина может крепиться с внутренней стороны в нижней части кожуха, а при его отсутствии к нижней части Печи, с необходимым зазором для размещения рычажного механизма и ограничителем ее смещения в горизонтальной плоскости.

Работа предлагаемого терморегулятора основана на передаче теплового удлинения активного элемента 10 (относительно удлинения кожуха или дополнительной пластины) через рычажный механизм на исполнительный элемент (заслонку входного воздуха) через привод, соединяемый с одним из отверстий 3 приводного рычага 1. Точкой подвеса привода регулируется эффективная длина приводного рычага 1, с целью изменения амплитуды рабочего хода привода заслонки и чувствительности терморегулятора. При установке терморегулятора на печь активный элемент 10 с приводной планкой 9 закрепляется на корпусе печи 14, а рычажный механизм опорным кронштейном 7 устанавливается на кожух 13. При этом приводная планка 9 своим заостренным концом должна опираться на конец промежуточной планки 4. В зависимости от размеров печи и, соответственно, длины активного элемента, конструкции кожуха 13, изменением длины приводной планки 9 осуществляется юстировка чувствительности терморегулятора и связанной с ней амплитуды рабочего хода приводного рычага, путем установки требуемого для конкретного образца печи расстояния от оси вращения промежуточной планки 8 до линии соприкосновения конца приводной планки 9 с концом промежуточной планки 4. Изменение указанного расстояния осуществляется изменением длины приводной планки 9, например, путем ослабления болтового соединения двух ее частей, смещения их относительно друг друга с последующим затягиванием болтового соединения. Другим вариантом конструкции приводной планки может быть винт с потайной головкой, вкручиваемый в активный элемент и фиксируемый контргайкой. Своей головкой этот винт опирается на конец промежуточной планки 4, а его вкручивание и выкручивание позволяет изменять расстояние от оси вращения промежуточной планки 8 до места опоры головки винта. Уменьшение указанного расстояния повышает чувствительность терморегулятора и, наоборот, его увеличение - снижает.

При растопке печи винт 11 поворачивается по часовой стрелке относительно своей оси в опорной пластине 5 и своим концом смещает упорную пластину 2. При этом приводной рычаг 1 поворачивается на оси 6, а его конец поднимаясь вверх через привод открывает заслонку входного воздуха, что приводит к интенсификации горения топлива в печи и разогреву корпуса печи 14. По мере нагрева печи одновременно нагревается активный элемент 10 и он удлиняется пропорционально изменению температуры. При этом приводная планка 9 смещается вверх относительно кожуха 13, который удлиняется значительно меньше, поскольку нагревается значительно меньше и имеет коэффициент линейного расширения в несколько раз меньше, чем элемент 10. Поэтому промежуточная планка 4 поворачивается против часовой стрелки относительно оси 8. При этом размещенный на планке 4 приводной рычаг 1 опускается вниз и через привод происходит прикрытие заслонки входного воздуха печи. В результате уменьшается объем поступающего в печь воздуха, что приводит к снижению интенсивности горения топлива и уменьшению температуры корпуса печи. Остывая, элемент 10 укорачивается, приводная планка 9 начинает опускаться вниз, поворачивая промежуточную планку 4 по часовой стрелке, за счет чего происходит движение приводного рычага вверх, приоткрывая заслонку входного воздуха, вследствие чего происходит не большая интенсификация горения топлива. Указанные процессы последовательно повторяются с практически не заметными колебаниями генерируемой мощности, поскольку тепловая инерционность печи достаточно большая, а активный элемент 10 устанавливается на месте корпуса печи с наибольшим изменением температуры при изменении интенсивности горения. Таким образом, достаточно быстро происходит стабилизация интенсивности горения топлива и, следовательно, генерируемой мощности. При изменении угла открытия заслонки входного воздуха, с помощью регулировочного винта 11, может быть изменена генерируемая мощность, на которой в дальнейшем происходит стабилизация работы печи.

В предлагаемом терморегуляторе за счет введения активного элемента удалось существенно повысить чувствительность терморегулятора к изменению температуры корпуса отопительного прибора (в частности печи), увеличить, по сравнению с прототипом, амплитуду рабочего хода исполнительного элемента на единицу высоты отопительного прибора, при получении необходимого усилия на приводе и обеспечении высокой точности управления. Так амплитуда изменения длины активного элемента на печи относительно не теплоизолированного кожуха превышает аналогичную величину в прототипе более чем в 2 раза, а при использовании дополнительной пластины из металла с низким коэффициентом линейного расширения более чем в 3 раза. Это позволяет расширить область применения механического терморегулятора, в том числе на малогабаритных отопительных печах длительного горения.

Уровень разработки находится в стадии использования в серийно выпускаемом модельном ряде отопительных печей длительного горения.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к источникам генерации тепловой энергии на твердом топливе с автоматической механической регулировкой тепловой мощности. Механический терморегулятор содержит приводной рычаг, приводную планку и регулировочный винт, опорный кронштейн, активный элемент и промежуточную планку. Опорный кронштейн закреплен на кожухе печи. На кронштейне на оси размещена промежуточная планка с опорной пластиной. На этой планке на оси установлен приводной рычаг с упорной пластиной, на которую опирается регулировочный винт, соединенный через резьбовое соединение с опорной пластиной. Приводная планка одним концом опирается на промежуточную планку, а другим концом закреплена на конце активного элемента, другой конец которого закреплен на корпусе печи. При этом активный элемент может выполняться из дюралевой пластины или стержня, а приводная планка с изменяемой длиной. При реализации изобретения обеспечивается расширение области применения механического терморегулятора за счет увеличения амплитуды рабочего хода исполнительного элемента (привода заслонки) при обеспечении высокой точности регулировки и необходимого усилия на приводе заслонки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Механический терморегулятор, содержащий приводной рычаг, приводную планку и регулировочный винт, отличающийся тем, что содержит опорный кронштейн, активный элемент и промежуточную планку, при этом опорный кронштейн закреплен на кожухе печи, на кронштейне на оси размещена промежуточная планка с опорной пластиной, на этой планке на оси установлен приводной рычаг с упорной пластиной, на которую опирается регулировочный винт, соединенный через резьбовое соединение с опорной пластиной, причем приводная планка одним концом опирается на промежуточную планку, а другим концом закреплена на конце активного элемента, другой конец которого закреплен на корпусе печи.

2. Механический терморегулятор по п. 1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из дюралевой пластины или стержня.

3. Механический терморегулятор по п. 1, отличающийся тем, что приводная планка выполнена с изменяемой длиной.

4. Механический терморегулятор по п. 1, отличающийся тем, что опорный кронштейн закреплен на дополнительной пластине из металла с низким коэффициентом линейного расширения.

5. Механический терморегулятор по п. 4, отличающийся тем, что дополнительная пластина выполнена из инвара.