RU219323U1 - Твердотопливная мобильная печь длительного горения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к разборным бытовым отопительным (нагревательным) устройствам, предназначена для обогрева небольших помещений объемом до 20 кубических метров и для приготовления пищи в походных условиях. Технический результат - высокий коэффициент полезного действия, выраженный в теплоотдаче и длительной автономной работе печи. 1. Твердотопливная мобильная печь длительного горения, выполненная сборно-разборной и содержащая прямой цилиндрический корпус, поршень, размещаемый в верхней части корпуса с возможностью движения вдоль вертикальной оси корпуса, отличающаяся тем, что содержит съемную верхнюю крышку, выполненную с двумя отверстиями, в одно из которых установлена воздухозаборная труба с образованием зазора между отверстием в съемной крышке и внешним диаметром воздухозаборной трубы, снабженной с одного конца регулятором подачи воздуха, при этом другой конец воздухозаборной трубы соединен с поршнем круглой формы, расположенным внутри корпуса с образованием зазора между поршнем и внутренними стенками корпуса, а поршень снабжен ребрами жесткости, выполненными в виде прутков квадратного сечения и равномерно расположенными на прижимной поверхности поршня, в другое отверстие верхней крышки установлен вертикальный дымоход, выполненный в виде трубы, при этом соотношение длины дымохода к длине воздухозаборной трубы не менее чем 3:1, а соотношение диаметра дымохода к диаметру воздухозаборной трубы не менее чем 5:1.

Description

Полезная модель относится к разборным бытовым отопительным (нагревательным) устройствам, работающим на твердом топливе, приспособленным для путешествий, основным назначением которых является обогрев небольших помещений объемом до 20 кубических метров, таких, как палатки, лесные домики, используемые во время активного отдыха, охоты, рыбалки, экспедиций, а также при проведении лесохозяйственных работ, связанных с необходимостью ночлега в дикой природе в условиях как отрицательных, так и близким к отрицательным температурам окружающей среды. Кроме этого, полезная модель может быть использована для обогрева теплиц, гаражей, курятников, свинарников и других хозяйственных построек, предназначенных для удовлетворения гражданами бытовых и иных нужд. Во время отопления, горизонтальную поверхность печи можно использовать для приготовления, подогрева пищи, а также для кипячения воды.

Известна печь туристическая, содержащая корпус с патрубком для вытяжной трубы, камеру искрогасителя, топку с дверцей, поддувала, при этом корпус имеет вторую дверцу, расположенную над первой и имеющую поддувало в виде концентричных рядов отверстий на определенном угле сектора своей стенки с поворотной заслонкой для перекрытия указанных отверстий, при этом верхняя дверца снабжена диффузорной трубкой с отверстиями по ее длине и расположенной под перегородкой, разделяющей корпус на камеру сгорания и зону искрогашения (патент РФ №177956, опубл. 16.03.2018 по рубрике МПК F24B 1/02). Недостатком печи является низкий показатель коэффициента полезного действия, а также удельный вес. Удельный вес печи с сегментами дымохода составляет 5,8 килограмм, время работы печи в режиме длительного горения на одной закладке не превышает 6 часов.

Известна печь для мобильных сооружений с подвижной заслонкой и искроуловителем, содержащая корпус, в котором расположена камера сгорания с дверцей, колосниковая решетка, зольник с ящиком зольника, дымоход, защитный кожух-конвектор и опоры, при этом камера сгорания содержит заслонку с возможностью ее перемещения и смежный с камерой сгорания искроуловитель, состоящий из полости и погруженного в него патрубка дымохода (патент РФ №145329, опубл. 20.09.2014 по рубрике МПК F24B 1/189). Недостатком данной печи является низкий показатель коэффициента полезного действия, высокий удельный вес, а также непродолжительное тепловыделение в процессе ее эксплуатации. Удельный вес печи с сегментами дымохода составляет 11 килограмм, время работы печи на одной закладке не превышает 10 часов.

Известна портативная печь, включающая цилиндрический корпус, установленный вертикально, с верхним и нижним основаниями, камеру сгорания твердого топлива, телескопическое устройство с распределителем воздуха, выполненное с возможностью перемещения по оси корпуса по мере сгорания топлива, при этом над камерой сгорания расположен рекуператор тепла, а в корпусе выполнено отверстие для выхода продуктов сгорания топлива, и вокруг наружной стороны корпуса установлен экран с образованием пространства между корпусом и экраном, с отверстиями для подвода и выхода воздуха, кроме того, в корпусе также выполнены заслонки для загрузки топлива и удаления золы, при этом рекуператор тепла включает поперечную перегородку с пропускными каналами и, по меньшей мере, две косынки, прикрепленные к верхней наружной трубе упомянутого телескопического устройства и верхнему основанию цилиндрического корпуса (патент РФ №2698343, опубл. 01.07.2019 по рубрикам МПК F24B 1/02, F24B 1/19). К недостаткам аналога относятся конструктивные и технологические сложности, при применении которых значительно увеличивается удельный вес печи (50 килограмм).

Известна многотопливная печь, включающая осесимметричный корпус, образующий камеру сгорания, конструкция которой предусматривает создание естественной тяги, подвижный поршень, расположенный в камере сгорания, средства подачи топлива, при этом подвижный регулирующий поршень делит камеру сгорания на надпоршневой и подпоршневой объем и приводится в движение внешним воздействием, внутри камеры сгорания расположен осесимметричный распылитель, в конструкции камеры сгорания предусмотрены штатные места расположения средств подачи/закладки газообразного, жидкого и твердого топлива (патент РФ №2475678, опубл. 20.02.2013 по рубрике МПК F24C 1/00).

Наиболее близким аналогом является многотопливная печь, характеризующаяся тем, что выполнена сборно-разборной и содержит дымосборник и корпус, а также поршень, размещаемый в верхней части корпуса с возможностью движения вдоль вертикальной оси корпуса, и горелку с чашей испарителя, размещаемые в нижней части корпуса, при этом горелка с чашей испарителя выполнена съемной с образованием места для закладки твердого топлива (патент РФ №2651823, опубл. 24.04.2018 по рубрикам МПК F24C 1/02, F24C 1/06, F24C 1/16).

Основные недостатки вышеуказанных аналогов заключаются в сложности конструкций и трудоемкости их изготовления, за счет чего увеличивается материалоемкость и стоимость их производства.

Кроме того, при расширении функциональных возможностей увеличивается диапазон регулировочных процессов горения, как по мощности, так и по качеству смеси, что приводит также к увеличению стоимости их производства. При наличии расширенного функционала и технических возможностей осуществление их профилактического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации будет осуществляться с большими затратами. Расширение функционала увеличивает комплектность, компактность, а также общий вес печей. Технической проблемой заявляемой полезной модели является устранение перечисленных недостатков, а также создание сборно-разборной конструкции мобильной печи простой в изготовлении, надёжной, обладающей небольшими габаритами и весом, с высоким коэффициентом полезного действия, работающей автономно на протяжении длительного времени. Технический результат - высокий коэффициент полезного действия, выраженный в теплоотдаче и длительной автономной работе печи.

Технический результат достигается за счет заявляемой конструкции твердотопливной мобильной печи длительного горения, выполненной сборно-разборной и содержащей прямой цилиндрический корпус, поршень, размещаемый в верхней части корпуса с возможностью движения вдоль вертикальной оси корпуса, в отличие от прототипа, содержащей съемную верхнюю крышку, выполненную с двумя отверстиями, в одно из которых установлена воздухозаборная труба с образованием зазора между отверстием в съемной крышке и внешним диаметром воздухозаборной трубы, снабженной с одного конца регулятором подачи воздуха, при этом другой конец воздухозаборной трубы соединен с поршнем круглой формы, расположенным внутри корпуса с образованием зазора между поршнем и внутренними стенками корпуса, причем воздухозаборная труба соединена с поршнем и регулятором подачи воздуха, а поршень снабжен ребрами жесткости, выполненными в виде прутков квадратного сечения и равномерно расположенными на прижимной поверхности поршня, в другое отверстие верхней крышки установлен вертикальный дымоход, выполненный в виде трубы, при этом длина дымохода соотносится с длиной воздухозаборной трубы не менее чем 3:1, а диаметр дымохода соотносится с диаметром воздухозаборной трубы не менее чем 5:1.

Поршень твердотопливной мобильной печи длительного горения может быть снабжен ребрами жесткости, выполненными в виде уголков.

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена ручками для переноски.

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена опорами или ножками.

На боковой поверхности корпуса мобильной печи может быть выполнено растопочное отверстие.

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена защитными экранами.

В заявляемой конструкции мобильной печи использован принцип верхнего горения твердого топлива, вследствие которого достигается увеличение длительности автономной работы печи на одной закладке твердого топлива. Применение технологии верхнего горения подразумевает процесс тления твердого топлива сверху вниз, за счет чего увеличивается эффективность теплоотдачи печи. За счет использования процесса тления твердого топлива увеличивается надежность и срок службы мобильной печи в виду того, что используемые материалы для ее изготовления менее подвержены разрушению при ее эксплуатации. Для изготовления печи допустимо использование материала небольшой толщины, за счет чего в свою очередь снижается ее удельный вес.

Полезная модель поясняется чертежами:

- на Фиг. 1 схематически изображен общий вид твердотопливной мобильной печи длительного горения, где 1 - корпус печи, 2 - съемная крышка, 3 - вертикальный дымоход, 4 - поршень, 6 - воздухозаборная труба, 7 - регулятор подачи воздуха;

- на Фиг. 2 изображен вид прижимной стороны поршня 4, где 5 - ребра жесткости;

- на Фиг. 3 схематически изображен процесс движения поступающего воздуха и дымовых газов внутри и снаружи корпуса 1 печи, где 8 - твердое топливо.

На фиг. 1 представлен общий вид твердотопливной мобильной печи длительного горения: прямой цилиндрический корпус 1, съемная крышка 2, дымоход 3, поршень 4, размещаемый в верхней части корпуса 1 с возможностью движения вдоль вертикальной оси корпуса. Съемная верхняя крышка 2 выполнена с двумя отверстиями, в одно из которых установлена воздухозаборная труба 6 с образованием зазора между отверстием в съемной крышке 2 и внешним диаметром воздухозаборной трубы 6. Воздухозаборная труба 6 снабжена с одного конца быстросъемным регулятором подачи воздуха 7. Предпочтительно, чтобы длина воздухозаборной трубы 6 была не менее высоты цилиндрического корпуса 1.

Другой конец воздухозаборной трубы 6 соединен с поршнем 4 круглой формы, расположенным внутри корпуса 1 с образованием зазора между поршнем 4 и внутренними стенками корпуса 1. Поршень 4 с воздухозаборной трубой 6 могут быть соединены между собой сборочными операциями, например, резьбовым или сварным соединением. Предпочтительно использование резьбового соединения для увеличения компактности печи в разобранном виде, что повышает ее мобильность удобство транспортировки, а также снижается возможность повреждения деталей печи при ее транспортировке.

В другое отверстие верхней крышки 2 установлен вертикальный дымоход 3, выполненный в виде трубы. Соотношение длины дымохода 3 к длине воздухозаборной трубы 6 должно быть не менее чем 3:1, а диаметра дымохода 3 к диаметру воздухозаборной трубы 6 - не менее чем 5:1.

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена ручками для переноски (на чертеже не показано).

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена опорами или ножками (на чертеже не показано).

На боковой поверхности корпуса мобильной печи может быть выполнено растопочное отверстие (на чертеже не показано).

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена защитными экранами (на чертеже не показано).

Твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть снабжена приспособлениями для сушки (на чертеже не показано).

На фиг. 2 представлен общий вид прижимной стороны поршня 4, которая оказывает давление на твердое топливо и снабжена ребрами жесткости 5, выполненными в виде прутков квадратного сечения и равномерно расположенными на прижимной поверхности поршня. Поршень 4 твердотопливной мобильной печи длительного горения может быть снабжен ребрами жесткости 5, выполненными в виде уголков.

На фиг. 3 представлена схема движения воздуха, поступающего в твердотопливную мобильную печь через воздухозаборную трубу 6 в нижнюю (подпоршневую) зону, являющейся камерой сгорания, и образующихся газообразных продуктов в результате горения, поступающих в верхнюю (надпоршневую) зону камеры сгорания корпуса и выходящих из корпуса печи через вертикальный дымоход 3.

Твердотопливную мобильную печь длительного горения используют следующим образом.

Перед началом использования твердотопливной мобильной печи длительного горения с прямого цилиндрического корпуса 1 (Фиг. 1) снимают дымоход 3 (Фиг. 1), быстросъемный регулятор подачи воздуха 7 (Фиг. 1), а также съемную крышку 2 (Фиг. 1). За воздухозаборную трубу 6 (Фиг. 1) вынимают из корпуса печи 1 поршень 4 (Фиг. 1). После чего на дно прямого цилиндрического корпуса 1 (Фиг. 1) укладывают твердое топливо 8.

После закладки топлива 8 осуществляют его розжиг. Розжиг необходимо производить на открытом воздухе либо в хорошо проветриваемом помещении. После того, как произошло возгорание топлива 8, производится установка прижимного поршня 4 (Фиг. 1) с воздухозаборной трубой 6 (Фиг. 1) в корпус 1 печи. Сверху на прямой цилиндрический корпус 1 (Фиг. 1) устанавливают съемную крышку 2, при этом воздухозаборная труба 6 проходит через одно из отверстий в съемной крышке 2, а в другое отверстие крышки 2 устанавливают дымоход 3 (Фиг. 1).

Через воздухозаборную трубу 6 (Фиг. 1) происходит поступление воздуха для создания тяги, необходимой для горения. По мере стабилизации тяги, активного горения и нагрева цилиндрического корпуса 1 (Фиг. 1) осуществляют установку регулятора подачи воздуха 7 (Фиг. 1) на воздухозаборную трубу 6 (Фиг. 1). Дальнейшая регулировка подачи воздуха производится с помощью регулятора подачи воздуха 7 (Фиг. 1) путем изменения (увеличения/уменьшения) диаметра отверстия воздухозаборной трубы 6.

По мере сгорания топлива 8 поршень 4 опускается вниз, постоянно прижимая топливо и тем самым увеличивая объем верхней (надпоршневой) зоны горения, за счет чего увеличивается коэффициент полезного действия печи, так как обеспечивается режим медленного горения (тления) топлива в нижней (подпоршневой) зоне, являющейся камерой сгорания. Основным режимом работы печи является интенсивное тление твердого топлива.

За счет постоянного притока воздуха в подпоршневую зону камеры сгорания образуются горючие (пиролизные) газы (Фиг. 2), которые через образующийся зазор между периферийной поверхностью поршня 4 и внутренними стенками корпуса 1 поступают в верхнюю (надпоршневую) зону корпуса 1. Поступившие в верхнюю (надпоршневую) зону камеры сгорания горючие газы перемешиваются с воздухом, поступающим через воздухозаборную трубу 6 и через зазор между отверстием в съемной крышке 2 и воздухозаборной трубой 6 (Фиг. 1). За счет поступления дополнительного воздуха в надпоршневой зоне происходит процесс дожигания поступивших с подпоршневой зоны горючих газов. Величину диаметра отверстия для установки воздухозаборной трубы 6 и отверстия для ее установки в съемной крышке 2 для поступления дополнительного объема воздуха подбирают таким образом, чтобы объем поступающего воздуха обеспечивал дожигание горючих газов в верхней (надпоршневой) зоне, постоянно увеличивающейся за счет сгорания топлива в нижней (подпоршневой) зоне и, как следствие, опускания поршня 4. При дожигании горючих газов в верхней (надпоршневой) зоне увеличивается теплоотдача печи за счет нагрева боковых стенок корпуса 1 и верхней съемной крышки 2 (Фиг. 1), служащей поверхностью для приготовления пищи и кипячения воды. В верхней (надпоршневой) зоне также происходит искрогашение, а образующиеся дымовые газы выводятся из печи через дымоход 3 (Фиг. 1). Для обеспечения устойчивой тяги и процесса горения соотношение длины дымохода 3 (Фиг. 1) с длиной воздухозаборной трубы 6 должно быть не менее, чем 3:1, а соотношение диаметра дымохода 3 к диаметру воздухозаборной трубы 6 - не менее, чем 5:1. Благодаря экспериментально подобранному соотношению размеров дымохода 3 и воздухозаборной трубы 6 поддерживается необходимый уровень перепада давления между холодным входящим в воздухозаборную трубу 6 воздухом и теплым выходящим через дымоход 3 дымом.

Поршень 4 (Фиг. 1) может быть выполнен из листового жаропрочного материала толщиной не менее 3 миллиметров, а воздухозаборная труба 6 (Фиг. 1) из материала толщиной не менее 2,4 миллиметра, так как перечисленные компоненты печи наиболее подвержены деформации за счет высоких температур. Кроме того, наибольшая толщина в отличие от остальных деталей печи обусловлена возможностью создания постоянного давления поршня 4 (Фиг. 1) на твердое топливо 8, приводимого в движение (опускания) за счет собственной массы поршня 4.

На прижимной стороне поршня 4 выполнены ребра жесткости 5 (Фиг. 2). Ребра жесткости 5 могут быть выполнены из металлического квадратного прутка 10×10 миллиметров либо в виде уголка. Ребра жесткости 5 предотвращают возможную деформацию поршня 4 при высоких температурах в процессе горения.

В случае неравномерного сгорания топлива и блокировки движения прижимного поршня сверху-вниз в процессе горения (активного тления) производят перемешивание верхнего слоя сгораемого твердого топлива 8 путем вращения поршня 4 (Фиг. 2) за воздухозаборную трубу 6 (Фиг. 2) по часовой или против часовой стрелки. Перемешивание верхнего слоя сгораемого твердого топлива 8 осуществляется с помощью ребер жесткости 5.

По мере накопления несгораемых остатков «золы» в прямом цилиндрическом корпусе 1 и накопившихся отложений в дымоходе 3 осуществляют их очистку.

Закладочные и зольные (прочистные) отверстия на прямом цилиндрическом корпусе 1 печи отсутствуют. Обусловлено это тем, что в процессе эксплуатации печи нет необходимости добавления топлива ввиду примененной технологии длительного горения сверху-вниз, а также для исключения неконтролируемого доступа воздуха в зоны горения.

Твердотопливная мобильная печь длительного горения предназначена для работы на твердом топливе, таком как топливные брикеты, сухие дрова, топливные гранулы.

Конструкция мобильной печи длительного горения может содержать в нижней части корпуса ножки либо опоры для установки печи.

Конструкция мобильной печи длительного горения вокруг вертикального цилиндрического корпуса, а также дымовой трубы может содержать защитные экраны для повышения скорости прогревания помещения, снижения риска возникновения пожара, защиты от ожогов, а также приспособления для сушки.

Конструкция мобильной печи длительного горения может содержать на прижимном поршне дополнительные приспособления для направления поступающих в нижнюю камеру сгорания потоков воздуха.

Конструкция мобильной печи длительного горения может содержать ручки для транспортировки.

Конструкция мобильной печи длительного горения может содержать на цилиндрическом корпусе герметично закрывающееся растопочное отверстие.

За 8 лет испытаний опытного образца печи наилучшие результаты по продолжительности непрерывной теплоотдачи зафиксированы при использовании древесных топливных брикетов. Укладку топливных брикетов в подпоршневую камеру сгорания можно производить в несколько слоев. Камера сгорания опытного образца может быть изготовлена необходимых размеров, предпочтительно, чтобы для одной закладки вмещалась одна упаковка топливных брикетов - 10 килограмм. В зависимости от объемов отапливаемых помещений размеры печи подбирают пропорционально указанным соотношениям размеров деталей печи.

Непрерывное горение на одной закладке твердого топлива может длиться до 26 часов. Допустим, для комфортного времяпрепровождения во время зимней рыбной ловли с использованием зимней палатки объемом от 10 до 15 кубических метров и установленной в ней твердотопливной мобильной печи длительного горения непрерывная отдача тепла от одной закладки топливных древесных брикетов весом 10 килограмм будет производиться в следующих временных диапазонах: при отрицательной температуре окружающей среды от плюс 5 градусов Цельсия до минус 5 градусов Цельсия, длительность горения будет составлять до 26 часов; при отрицательной температуре окружающей среды от минус 5 градусов Цельсия до минус 15 градусов Цельсия, длительность горения будет составлять до 22 часов; при отрицательной температуре окружающей среды от минус 15 градусов Цельсия до минус 25 градусов Цельсия, длительность горения будет составлять до 18 часов.

Заявляемая твердотопливная печь является конструктивно простой, надежной, безопасной, обладающей небольшими габаритами и весом. Твердотопливная печь имеет сравнительно высокий коэффициент полезного действия и может работать автономно на одной закладке твердым топливом на протяжении длительного времени до 26 часов. Благодаря использованию технологии верхнего горения все детали печи (за исключением воздухозаборной трубы и поршня) могут быть выполнены из тонколистовой стали. Использование для изготовления компонентов печи позволило уменьшить ее вес до 6,8 килограммов.

Работа печи в походных условиях подтвердила ее высокую эффективность, надежность и безопасность в процессе эксплуатации.

Предлагаемая твердотопливная мобильная печь длительного горения может быть изготовлена на любом предприятии, имеющем соответствующее металлообрабатывающее оборудование. Корпус печи и все ее компоненты могут быть изготовлены из листового металла методом штамповки.

Claims (7)

1. Твердотопливная мобильная печь длительного горения, выполненная сборно-разборной и содержащая прямой цилиндрический корпус, поршень, размещаемый в верхней части корпуса с возможностью движения вдоль вертикальной оси корпуса, отличающаяся тем, что содержит съемную верхнюю крышку, выполненную с двумя отверстиями, в одно из которых установлена воздухозаборная труба с образованием зазора между отверстием в съемной крышке и внешним диаметром воздухозаборной трубы, снабженной с одного конца регулятором подачи воздуха, при этом другой конец воздухозаборной трубы соединен с поршнем круглой формы, расположенным внутри корпуса с образованием зазора между поршнем и внутренними стенками корпуса, а поршень снабжен ребрами жесткости, выполненными в виде прутков квадратного сечения и равномерно расположенными на прижимной поверхности поршня, в другое отверстие верхней крышки установлен вертикальный дымоход, выполненный в виде трубы, при этом соотношение длины дымохода к длине воздухозаборной трубы не менее чем 3:1, а соотношение диаметра дымохода к диаметру воздухозаборной трубы не менее чем 5:1.

2. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что поршень снабжен ребрами жесткости, выполненными в виде уголков.

3. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена ручками для переноски.

4. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена опорами или ножками.

5. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что на боковой поверхности корпуса выполнено растопочное отверстие.

6. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена защитными экранами.

7. Твердотопливная мобильная печь длительного горения по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена приспособлениями для сушки.

Images