МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТОПКА ПЕЧИ Российский патент 2023 года по МПК F24B1/02 F24B5/02 F24B1/197 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкциям бытовых печей и каминов, преимущественно банных печей.

Уровень техники

Известна стальная печь для русской бани и финской сауны (см. патент RU 68099, МПК: F24B 9/00, опубл. 10.11.2007), содержащая сварную стальную топку со съемным колосником и дверцей поддувала, бак для воды, каменку, охваченную щелевидными дымоходами, сообщенными с топкой, и трубу. Для предохранения от деформаций и прогорания стальные стенки топки изнутри плотно обложены огнеупорным кирпичом. Однако подобный способ защиты стенок топки может быть использован только для больших габаритных печей.

Известна печь банная (см. патент RU 164926, МПК: F24B 5/02, опубл. 27.09.2016), содержащая топку с дверкой и отверстием для дымохода, охватывающий топку каркас из теплоаккумулирующей загрузки, удерживаемой металлической решеткой, размещенный между ними экран в виде металлического листа с прорезями и штампованными ребрами, защищающий стенки топки от деформирующего действия камней теплоаккумулирующей загрузки при расширении во время работы печи. К недостаткам этой конструкции следует отнести вероятность быстрого разрушения (прогорания) под действием высоких тепловых нагрузок таких слабых мест топки, как углы, сварные швы и т.д.. Вместе с тем существует опасность работы с дверцей печи, через которую при ее открывании языки пламени стремятся вырваться наружу.

В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого технического решения, принята конструкция металлической топки, размещенной в дровяном камине, см. патент FR 2458029, МПК: F24B 1/188, F24B 9/04, опубл. 26.12.1980 г.

Как известно камин это одна из разновидностей бытовых печей. Согласно рисункам и материалам описания патента FR 2458029, в камине размещена металлическая топка, стенки которой формируют объем камеры сгорания, где происходит сжигание топлива. В камере сгорания размещен блок рекуперации, обеспечивающий отбор тепла и включающий наклонные металлические лопатки, закрепленные концами в раме, за которой циркулирует жидкость в трубах.

Наклонные металлические лопатки представляют собой тонкие пластины, размещенные в ряд, т.е. в виде упорядоченной структуры типа жалюзи, а потому к ним может быть применен термин «ламели», что более точно передает функции этих элементов, чем термин «лопатки», обычно используемый для подвижных элементов.

Как видно из чертежей к патенту FR 2458029, рама выполнена в виде вертикальных стержневых элементов - далее стоек-держателей, в которых концами закреплены лопатки (ламели), с отступом от стенки топки и под наклоном к ней, что обеспечивает образование между ними щелей для пропуска пламени и горячих дымовых газов к стенке топки.

Эти признаки ближайшего аналога являются сходными с существенными признаками заявляемого устройства.

К достоинствам известной конструкции следует отнести повышенную теплоемкость печи и эффективное освоение дымовых газов и выделяемого тепла, которые не уходят напрямую в трубу, а захватываются лопатками (ламелями) и перенаправляются к стенкам топки, где происходит аккумулирование тепла, повышающее КПД печи.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести то, что пламя и горячие газы, прорывающиеся через отверстия между ламелями к стенкам топки, распространяются по всей внутренней поверхности стенок, захватывая угловые зоны топки, которые, как известно, являются слабыми местами, в силу наличия в них сварочных швов и/или растяжений от гибки, в зависимости от метода, используемого для изготовления топки. Под действием высоких тепловых нагрузок происходит сравнительно быстрое разрушение этих слабых мест. Повышенным тепловым нагрузкам подвергаются также водяные трубы, размещенные в зоне щелей за пластинами.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эксплуатационной надежности и долговечности службы металлической топки, что достигается за счет перенаправления отклоняемых горячих потоков от углов - в среднюю часть стенки и более равномерного распределения по ней, а также повышения жесткости стенки и ее устойчивости к тепловым деформациям.

Раскрытие сущности изобретения

Упомянутая выше техническая проблема решена и результаты достигнуты благодаря тому, что в металлической топке печи, содержащей стенки, образующие камеру сгорания и размещенный в ней по меньшей мере один блок рекуперации, включающий набор ламелей, закрепленных концами в стойках-держателях с отступом от стенки топки и под наклоном к ней, образующих между собой щели для пропуска пламени и дымовых газов к стенке топки, согласно заявляемому изобретению, ламели наклонены к горизонту и сгруппированы между стойками-держателями в два зеркально симметричных ряда с образованием рисунка в виде «елочки» с вершиной, направленной вверх, при этом стойки-держатели приварены к внутренней поверхности стенки топки.

Существенным отличием предлагаемой конструкции является компоновка ламелей в два ряда, с наклоном к горизонту в каждом ряду, зеркально симметрично относительно средней стойки-держателя, с образованием рисунка в виде «елочки» с вершиной, направленной кверху. Образованные между такими ламелями щели обеспечивают создание тяги, направленной к середине стенки и отведению горячих газов и пламени от углов корпуса топки, являющихся местами пониженной прочности. При этом приваренные к внутренней поверхности стенки топки стойки-держатели ограничивают распространение языков пламени вдоль поверхности стенки и исключают их попадание в угловые зоны. В результате снижается тепловая нагрузка на угловые зоны, обеспечивается стабильность углов топки и их долговечность. Как показали проведенные испытания, температура металла в угловых зонах топки существенно ниже, чем в средней части стенки.

Благодаря тому, что образовано два ряда щелей, пламя и горячие газы разделяются на два потока, что способствует более равномерному распределению тепла (нагрева) по ширине стенки и улучшению теплопередачи.

Приваренные к внутренней поверхности стенки стойки-держатели образуют ребра жесткости стенки, способствуют ее устойчивости к деформациям и короблению, а значит долговечности и надежности эксплуатации печи.

В предпочтительном примере реализации устройства, каждая ламель в рядах немного изогнута по дуге и ориентирована выпуклостью изгиба в направлении верха топки. Дугообразный изгиб способствует формированию более широкого проходного отверстия в средней части ламели, и именно сюда, к месту наименьшего сопротивления устремляются потоки пламени и горячих дымовых газов. В результате обеспечивается снижение тепловой нагрузки на концы ламелей и места их закрепления на стойках-держателях, т.е. снижается тепловая нагрузка на сварочные швы.

Вместе с тем дугообразный изгиб ламелей создает условия для их некоторой подвижности в средней части, что позволяет скомпенсировать линейное тепловое расширение и предотвратить разрушение соединений. Все это также способствует повышению надежности и долговечности службы конструкции.

Предпочтительно, ламели выполнены с толщиной, не менее толщины стенки топки. Увеличение толщины ламелей создает дополнительную массу и способствует повышению теплоемкости конструкции.

В отличие от прототипа, водяной контур парообразователя охватывает стенки топки снаружи. Вместо труб парообразователя может быть рубашка водонагревателя.

Блоки рекуперации могут быть размещены на каждой стенке топки либо на некоторых из них.

Средняя стойка-держатель, предпочтительно, размещена в центре стенки, на равном расстоянии от углов.

В верхней части топки может быть установлена вставка, образующая полости для размещения теплоаккумулирующей загрузки.

Краткое описание чертежей Суть предлагаемого технического решения поясняется примерами конкретного осуществления и чертежами, на которых показаны: на фиг. 1 - общий вид банной печи с топкой, согласно предлагаемому изобретению; на фиг. 2 - сечение А-А с фиг. 1, показано только поперечное сечение топки; на фиг. 3 - пример блока рекуперации, аксонометрия; на фиг. 4 - вид А с фиг. 2, вид на стенку топки с закрепленным на ней блоком рекуперации; на фиг. 5 - сечение В-В с фиг. 4.

Осуществление изобретения Устройство банной печи на твердом топливе, например дровах, включает (см. фиг. 1) металлическую топку 1 с колосниковой решеткой 2, ящиком для золы 3 (зольник), дверцей 4 с жаропрочным керамическим стеклом, размещенной в передней стенке топки, водяной контур парообразователя 5, охватывающий топку снаружи (закрыт защитным кожухом), вставку 6, образующую полости для размещения теплоаккумулирующей загрузки 7 и выполняющую функцию отсекателя пламени на входе дымовой трубы 8, как правило, размещенной по центру печи.

Топка 1 имеет многоугольное поперечное сечение, обычно в форме прямоугольника или трапеции, см. фиг. 2.

В приведенном примере задняя стенка 9 и боковые стенки 10 и 11 топки сформированы методом гибки из металлического листа, а передняя стенка 12 приварена к ним сварочными швами 13.

Стенки 9-12 топки образуют камеру сгорания 14, в которой размещен по меньшей мере один блок рекуперации 15 (см. фиг. 3), включающий скомпонованные в два ряда ламели 16 и 17, закрепленные концами в стойках-держателях 18 с наклоном к горизонту под углом, предпочтительно 30-45°, с образованием рисунка в виде «елочки». Толщина ламелей, предпочтительно, равна или превышает толщину материала стенки топки. Ламели 16 и 17 слегка изогнуты по дуге 19 и ориентированы выпуклостью кверху.

Стойки-держатели 18 представляют собой утолщенные пластины (бруски), приваренные одной узкой продольной гранью к внутренней поверхности соответствующей стенки топки (см. фиг. 4 и 5). Их широкие продольные грани служат для закрепления ламелей. Средняя стойка-держатель размещена на равном расстоянии от углов топки. Количество элементов блока подбирается из условий конкретной топки.

На фиг. 5 видно, что ламели 16 (аналогично 17) расположены с отступом (с зазором) от соответствующей стенки топки, под наклоном к ней и образуют между собой щелевые отверстия (щели) 20, обеспечивающие возможность прохождения пламени и дымовых газов (показаны стрелочками) к стенке топки.

Такие блоки рекуперации 15 могут быть закреплены на каждой стенке топки. В приведенном примере они размещены на передней стенке 12 над дверцей 4, через которую загружается топливо, и боковых стенках 10 и 11 топки.

В процессе горения топлива потоки пламени и горячих газов захватываются наклонными ламелями 16 и 17, отклоняются от прямого пути в дымоход и направляются к соответствующим стенкам топки через щелевые отверстия 20, сосредотачивающие горячие потоки в средней части стенки. Дальнейшее распространение горячих потоков вдоль стенок ограничено крайними стойками-держателями 18, что исключает их попадание в угловые зоны, представляющие собой места ослабленной прочности, наиболее чувствительные к высоким тепловым нагрузкам.

Изогнутая по дуге форма ламелей 16 и 17 способствует дополнительной направленности горячих газов и пламени к центру ламелей в каждом из разделенных потоков, что обеспечивает снижение тепловой нагрузки на места закрепления концов ламелей в стойках-держателях, что способствует сохранности сварочных швов.

Стойки-держатели 18 блоков 15, приваренные к внутренним поверхностям соответствующих стенок, способствуют повышению их жесткости и устойчивости к короблению (искажению формы), улучшают условия теплопередачи.

Масса ламелей, добавочная к массе топки, способствует увеличению общей теплоемкости и повышению КПД печи.

Благодаря тому, что ламели обеспечивают определенную направленность пламени, при открывании дверцы 4 исключается выход через нее языков пламени, что способствует повышению безопасности работ при открытой дверце. При этом направленность пламени позволяет снизить загрязнение стекла дверцы 4 копотью.

Для дополнительного увеличения тепловой мощности печи, топка 1 может быть снабжена пластинами-завихрителями, закрепленными над блоком рекуперации в верхней части стенки (на чертежах не показаны). Завихрение способствует замедлению потоков отходящих газов в верхней части топки в зоне расположения теплоаккумулирующей загрузки 7, что позволяет обеспечить дополнительный отбор тепла перед удалением газов через дымовую трубу 8.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструкциям бытовых печей и каминов, преимущественно банных печей. Технический результат – повышение эксплуатационной надежности и долговечности службы. Металлическая топка печи содержит стенки, образующие камеру сгорания и размещенный в ней по меньшей мере один блок рекуперации. Блок рекуперации включает набор ламелей, закрепленных концами в стойках-держателях, с отступом от стенки топки и под наклоном к ней, образующих между собой щели для пропуска пламени и дымовых газов к стенке топки. Ламели наклонены к горизонту и сгруппированы между стойками-держателями в два зеркально симметричных ряда с образованием рисунка в виде елочки с вершиной, направленной вверх. При этом стойки-держатели приварены к внутренней поверхности стенки топки. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Металлическая топка печи, содержащая стенки, образующие камеру сгорания и размещенный в ней по меньшей мере один блок рекуперации, включающий набор ламелей, закрепленных концами в стойках-держателях, с отступом от стенки топки и под наклоном к ней, образующих между собой щели для пропуска пламени и дымовых газов к стенке топки, отличающаяся тем, что ламели наклонены к горизонту и сгруппированы между стойками-держателями в два зеркально симметричных ряда с образованием рисунка в виде елочки с вершиной, направленной вверх, при этом стойки-держатели приварены к внутренней поверхности стенки топки.

2. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая ламель изогнута по дуге и ориентирована выпуклостью изгиба в направлении верха топки.

3. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что ламели выполнены с толщиной, не менее толщины стенки топки.

4. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что топка охвачена снаружи водяным контуром парообразователя.

5. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что блоки рекуперации размещены на каждой стенке топки.

6. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что средняя стойка-держатель размещена на равном расстоянии от углов топки.

7. Металлическая топка по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части топки размещена вставка, образующая полости для размещения теплоаккумулирующей загрузки.