RU2618237C2

RU2618237C2 - Household oven

Info

Publication number: RU2618237C2
Application number: RU2013108542A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Ишков
Original assignee: Александр Петрович Ишков
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2017-05-03
Also published as: RU2013108542A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: household oven consists of a horizontal furnace in a water jacket with an oven. At that the horizontal furnace is equipped with a vertical boiler and the flue tubes, which is installed to the horizontal furnace by the flange, forming the single space for the flue gases. And the hydraulic water jacket of the horizontal furnace and the vertical boiler are connected by the nozzles to the heating devices.

EFFECT: simplification of the furnace manufacturing, reduction of dimensions, simplification of pipes cleaning and furnace efficiency increase.

5 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится области бытовой техники и может быть использовано для обогрева помещений, приготовления пищи: вареной, жареной и выпечки хлебных продуктов, а также для получения горячей воды или пара низкого давления. В качестве топлива используются дрова, уголь, кизяк и горящий мусор.The present invention relates to the field of household appliances and can be used for space heating, cooking: boiled, fried and baked bread products, as well as for hot water or low pressure steam. Firewood, coal, dung and burning garbage are used as fuel.

Аналогом предлагаемого изобретения является известная бытовая печь, фиг. 1. Аналог состоит из топки 1 с чугунной плитой 2 с конфорками, с колосниками 3, дверцами: топочной 4, поддувальной 5 и задвижкой 6. Как устройство аналог формируется из глиняных кирпичей 7 так, что образуется топка 1, поддувало 8 и колодцевый дымоход 9. Металлические детали устанавливаются в следующем порядке. Чугунная плита 2 с конфорками ложится на топку 1 сверху, колосники 3 ложатся на дно топки 1. Дверцы топочная 4 и поддувальная 5 монтируются на переднем торце аналога. Задвижка 6 монтируется на выходе колодцевого дымохода 9. Духовка 10 монтируется за топкой 1 перед колодцевым дымоходом 9. Посуда для приготовления пищи ставится на конфорки плиты 2.An analogue of the invention is the well-known household oven, FIG. 1. The analogue consists of a furnace 1 with a cast-iron stove 2 with burners, with grates 3, doors: a furnace 4, a blower 5 and a valve 6. As an analog, the device is formed of clay bricks 7 so that a furnace 1 is formed, blows 8 and a chimney 9 Metal parts are installed in the following order. A cast-iron stove 2 with burners rests on the firebox 1 from above, grates 3 lie on the bottom of the firebox 1. The furnace doors 4 and the blower 5 are mounted on the front end of the analogue. The valve 6 is mounted at the outlet of the well chimney 9. The oven 10 is mounted behind the firebox 1 in front of the well chimney 9. Cookware is placed on the burners of the stove 2.

Действует аналог следующим образом. При открытых задвижке 6 и поддувальной дверце 5 разжигаются дрова в топке 1 на колосниках 3. На образовавшиеся горящие угли через дверцу топочную 4 или через конфорку плиты 2 засыпается каменный уголь, который горит с большой тепловой эффективностью. Горячие топочные газы обладают меньшей плотностью, чем воздух, окружающий аналог, поэтому горячие топочные газы поднимаются через колодцевый дымоход в открытую атмосферу. При этом нагреваются все глиняные кирпичи, из которых сформован аналог, а через них и воздух в отапливаемом помещении. Больше всего нагревается посуда на конфорках, поэтому пища варится быстро. По завершении процесса топки задвижка 6 и обе дверцы: топочная 4 и поддувальная 5 закрываются до следующего употребления аналога. В поддувале 8 собирается зола от сгоревшего топлива.The analogue operates as follows. When the gate valve 6 and the blower door 5 are open, firewood is ignited in the furnace 1 on the grate 3. On the resulting burning coals, coal is poured through the furnace door 4 or through the burner of the stove 2, which burns with great thermal efficiency. Hot flue gases have a lower density than the air surrounding the counterpart, so hot flue gases rise through a well chimney into an open atmosphere. In this case, all clay bricks are heated, of which an analog is formed, and through them air in a heated room. Most of all the dishes are heated on the burners, so the food is cooked quickly. Upon completion of the furnace process, the valve 6 and both doors: furnace 4 and blower 5 are closed until the next use of the analogue. In blower 8, ash from the burnt fuel is collected.

Недостатки аналога состоят в следующем.The disadvantages of the analogue are as follows.

Ограниченная тепловая мощность устройства, потому что теплопередача из топки и колодцевого дымохода осуществляется через достаточно толстые глиняные кирпичи с малой теплопроводностью. Стандартный глиняный кирпич имеет размер 260×120×65 мм³.Limited thermal power of the device, because heat transfer from the furnace and the well chimney is carried out through rather thick clay bricks with low thermal conductivity. Standard clay brick has a size of 260 × 120 × 65 mm ³ .

Аналог не имеет приборов для объективного контроля теплового состояния устройства.The analogue does not have devices for the objective control of the thermal state of the device.

Аналог применим для обогрева малых помещений и приготовления небольших количеств пищи.The analogue is applicable for heating small rooms and cooking small amounts of food.

Известен прототип RU 20S0306, фиг. 2, который состоит из горизонтальной топки 1 в водяной рубашке и вертикального котла 2 с дымогарными трубами 3, между которыми размещена духовка 4, которую сверху охватывают Г-образные дымогарные трубы 5. Вертикальный котел 2 снабжен патрубками 7, 8, которыми он гидравлически соединен с отопительными приборами. Все устройство представляет собой единый модуль, который изготовлен из листовой и трубчатой стали, а снаружи обложен глиняными кирпичами 6. В качестве топлива используется каменный уголь.A known prototype RU 20S0306, FIG. 2, which consists of a horizontal firebox 1 in a water jacket and a vertical boiler 2 with smoke tubes 3, between which there is an oven 4, which is covered by L-shaped smoke tubes 5. The vertical boiler 2 is equipped with nozzles 7, 8, with which it is hydraulically connected to heating appliances. The whole device is a single module, which is made of sheet and tubular steel, and is externally lined with clay bricks 6. Coal is used as fuel.

Действует прототип следующим образом.The prototype operates as follows.

Горящее топливо в топке 1 нагревает воду в водяной рубашке, плотность которой уменьшается, и она из водяной рубашки горизонтальной топки 1 поднимается в вертикальный котел 2, в дымогарных трубах 3 которого текут горячие топочные газы из горизонтальной топки 1 и продолжают нагрев воды окружающей дымогарные трубы 3. Плотность воды в вертикальном котле 2 становится еще меньше, и она быстрее вытесняется гидростатическим давлением воды из отопительных приборов через патрубки 7 и 8.The burning fuel in the furnace 1 heats the water in a water jacket, the density of which decreases, and it rises from the water jacket of the horizontal furnace 1 into a vertical boiler 2, in the smoke pipes 3 of which hot flue gases flow from the horizontal furnace 1 and continue to heat the water surrounding the smoke pipes 3 The density of water in the vertical boiler 2 becomes even lower, and it is faster displaced by hydrostatic pressure of water from the heating devices through pipes 7 and 8.

Теплопроводность стали, из которой изготовлены водяная рубашка топки 1 и дымогарные трубы 3 вертикального котла 2, многократно превосходит теплопроводность глиняного кирпича, поэтому прототип соответственно эффективнее аналога.The thermal conductivity of the steel from which the water jacket of the furnace 1 and the smoke tubes 3 of the vertical boiler 2 are made is many times greater than the thermal conductivity of clay bricks, so the prototype is accordingly more efficient than the analogue.

Однако прототипу свойственны недостатки.However, the prototype has disadvantages.

Конструктивно прототип изготовлен единым модулем. Это усложняет процесс его изготовления, потому что устройство громоздкое и в целом имеет Г-образную форму.Structurally, the prototype is made by a single module. This complicates the manufacturing process, because the device is bulky and generally has an L-shaped shape.

Духовка 4 размещена в горизонтальной топке 1 перед вертикальным котлом 2. Это неудачным образом увеличивает продольный габаритный размер устройства.Oven 4 is placed in a horizontal furnace 1 in front of a vertical boiler 2. This unsuccessfully increases the longitudinal overall size of the device.

Для изменения режима сжигания топлива применены Г-образные дымогарные трубы 5, которые охватывают сверху духовку 5. Г-образные трубы сложны в изготовлении и затруднен процесс их чистки от нагара.To change the mode of fuel combustion, L-shaped smoke tubes 5 are used, which cover the oven 5 from above. L-shaped tubes are difficult to manufacture and the process of cleaning them from carbon deposits is difficult.

Люки 9 и 10 на вертикальном котле 2 для чистки дымогарных труб 3 расположены неудобно и это осложняет регулярную их чистку, а нагар и сажа существенно снижают эффективность прототипа.Hatches 9 and 10 on the vertical boiler 2 for cleaning smoke tubes 3 are located inconveniently and this complicates their regular cleaning, and soot and soot significantly reduce the effectiveness of the prototype.

Вследствие всех этих сложностей прототип нуждается в радикальном усовершенствовании.Due to all these difficulties, the prototype needs radical improvement.

В нижеследующей табл. 1 представлены теплопроводности материалов и веществ, которые встречаются при изготовлении и эксплуатации котлов.In the following table. 1 shows the thermal conductivity of materials and substances that are found in the manufacture and operation of boilers.

Сведения для табл. 1 из Авчуров В.Е., Паюсте Б.Я. "Справочник по процессам тепломассообмена" для студентов ВУЗов, М.: Энергоатомиздат. 1966.Information for the table. 1 from Avchurov V.E., Payuste B.Ya. "Handbook of heat and mass transfer processes" for university students, Moscow: Energoatomizdat. 1966.

Алюминий плавится при 660°C, поэтому его применяют только в качестве кастрюль для приготовления пищи.Aluminum melts at 660 ° C, so it is used only as pots for cooking.

Медь достаточно термостойка, но ее дороговизна ограничивает ее применение в котлостроении. Только чугун и сталь применяется в отопительных устройствах при их достаточно высокой теплопроводности.Copper is quite heat-resistant, but its high cost limits its use in boiler building. Only cast iron and steel are used in heating devices with their sufficiently high thermal conductivity.

В качестве примера предлагаемое изобретение представлено на чертежах.As an example, the invention is presented in the drawings.

Фиг. 3 - главный вид устройства в вертикальном сечении медианной плоскостью.FIG. 3 - the main view of the device in vertical section by the median plane.

Фиг. 4 - вид сверху на горизонтальную топку с частичным поперечным сечением боковой стенки водяной рубашки со стороны дверцы духовки.FIG. 4 is a top view of a horizontal firebox with a partial cross section of the side wall of the water jacket from the side of the oven door.

Фиг. 5 - поперечное сечение вертикального котла в плоскости А-А.FIG. 5 is a cross section of a vertical boiler in the plane AA.

Фиг. 6 - поперечное сечение коллекторной камеры в плоскости В-В.FIG. 6 is a cross section of the collector chamber in the plane BB.

Предлагаемое изобретение состоит из трех модулей: горизонтальной топки 1, вертикального котла 2 и коллекторной камеры 3.The present invention consists of three modules: a horizontal furnace 1, a vertical boiler 2 and a collector chamber 3.

Горизонтальная топка 1 окружена водяной рубашкой 4, снабжена духовкой 5, патрубками: входным 6 и выходным 7, фланцем 8 для монтажа духовки 5 и фланцем 9 для монтажа вертикального котла 2.The horizontal furnace 1 is surrounded by a water jacket 4, equipped with an oven 5, pipes: inlet 6 and outlet 7, flange 8 for mounting the oven 5 and flange 9 for mounting a vertical boiler 2.

Вертикальный котел 2 снабжен фланцами: нижним 10 и верхним 11, патрубками: низким 12 и верхним 13. Нижним фланцем 10 вертикальный котел 2 монтируется на горизонтальную топку 1 к фланцу 9. Между фланцами: нижним 10 и верхним 11 смонтированы дымогарные трубы 14, которые снаружи снабжены теплопроводящими ребрами 15. Патрубки нижний 12 и верхний 13 вертикального котла 2 и патрубки входной 6 и выходной 7 горизонтальной топки 1 снабжены термометрическими гнездами 16 с термометрами 17.The vertical boiler 2 is equipped with flanges: lower 10 and upper 11, pipes: low 12 and upper 13. Bottom flange 10, vertical boiler 2 is mounted on a horizontal firebox 1 to flange 9. Between the flanges: lower 10 and upper 11 mounted smoke tubes 14, which are outside equipped with heat-conducting fins 15. The lower 12 and upper 13 pipes of the vertical boiler 2 and the inlet 6 and outlet 7 pipes of the horizontal furnace 1 are equipped with thermometric sockets 16 with thermometers 17.

Внутренняя стенка 18 водяной рубашки 4 снабжена теплопроводящими ребрами 19.The inner wall 18 of the water jacket 4 is provided with heat-conducting fins 19.

Коллекторная камера 3 снабжена фланцем 20, которым она монтируется на фланец 11 вертикального котла 2. Внутри коллекторной камеры 3 на поворотном валу 21 размещен пластинчатый клапан 22 с указателем положения 23.The collector chamber 3 is equipped with a flange 20, with which it is mounted on the flange 11 of the vertical boiler 2. Inside the collector chamber 3 on the rotary shaft 21 is placed a plate valve 22 with a position indicator 23.

К отопительным приборам предлагаемое изобретение подключается патрубками 6, 7 и 12, 13. Возможны два варианта. Последовательное гидравлическое соединение горизонтальной топки 1 и вертикального котла 2. Второй вариант - это независимое гидравлическое соединение горизонтальной топки 1 и вертикального котла 2 на отдельные контуры отопительных приборов.The invention is connected to heating devices by pipes 6, 7 and 12, 13. Two options are possible. The serial hydraulic connection of the horizontal furnace 1 and the vertical boiler 2. The second option is an independent hydraulic connection of the horizontal furnace 1 and the vertical boiler 2 to the individual circuits of the radiators.

При последовательном подключении возможен режим получения пара низкого давления.When connected in series, a low pressure steam mode is possible.

Действует предлагаемое изобретение следующим образом.The invention operates as follows.

При залитой воде в предлагаемом изобретении с отопительными приборами и открытом клапане 22 разжигается топливо в горизонтальной топке 1. Разгоревшиеся угли через внутреннюю стенку 18 и теплопроводящие ребра 19 водяные рубашки 4 нагревают воду до температуры T₂. Плотность воды при нагреве уменьшается, и она гидростатическим давлением воды со стороны отопительных приборов с более низкой температурой T₁ выдавливается в вертикальный котел 2. Из горизонтальной топки 1 горячие топочные газы поступают в дымогарные трубы 14 и через них и их теплопроводящие ребра 15 продолжают нагрев воды в вертикальном котле 2, поступившей из водяной рубашки 4. Вода, нагретая до температуры Т₃, поступает в отопительные приборы, обогревая помещение. При этом вода остывает и при температуре Т₁ подходит к входному патрубку 6 горизонтальной топки 1.When flooded with water in the present invention with heating devices and an open valve 22, fuel is ignited in the horizontal firebox 1. The burnt coals through the inner wall 18 and the heat-conducting fins 19 water jackets 4 heat the water to a temperature of T ₂ . The density of the water during heating decreases, and it is squeezed out by the hydrostatic pressure of the water from the heating devices with a lower temperature T ₁ into the vertical boiler 2. From the horizontal furnace 1, hot flue gases enter the smoke tubes 14 and through them and their heat-conducting fins 15 continue to heat the water in a vertical boiler 2 coming from a water jacket 4. Water heated to a temperature of T ₃ enters the radiators, heating the room. In this case, the water cools and at a temperature of T ₁ approaches the inlet pipe 6 of the horizontal furnace 1.

Во втором варианте тепловые процессы проходят так же, но циркуляция воды происходит по отдельным контурам: по контуру через горизонтальную рубашку 4 и по контуру через вертикальный котел 2.In the second embodiment, the thermal processes proceed in the same way, but the water circulation occurs along separate circuits: along the circuit through the horizontal jacket 4 and along the circuit through the vertical boiler 2.

Для получения пара низкого давления отопительные приборы отключаются. Патрубки 7 и 12 соединяются гидравлически. К патрубку 6 подводится вода для питания водяной рубашки 4. В горизонтальной топке разжигается и поддерживается интенсивное горение топлива. На выходе патрубка 13 появляется пар низкого давления.To produce low pressure steam, the heaters are turned off. The nozzles 7 and 12 are connected hydraulically. Water is supplied to the pipe 6 to power the water jacket 4. In a horizontal furnace, intense fuel combustion is ignited and maintained. At the outlet of the pipe 13 low-pressure steam appears.

Теория теплопередачи изложена в учебнике для ВУЗов Юдаева Б.Н."Теплопередача", М, 1973, стр. 53-72, и в книге Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. "Задачник по процессам тепломассообмена" М., 1986, с. 4-22.The theory of heat transfer is presented in the textbook for high schools B. Yudaev "Heat Transfer", M, 1973, pp. 53-72, and in the book Avchukhov V.V., Payuste B.Ya. "Zadachnik on heat and mass transfer processes" M., 1986, p. 4-22.

Для плоской стенки известно уравнение:For a flat wall, the equation is known:

, Т₁>T₂,

, T ₁ > T ₂ ,

где Q - количество теплоты, переходящее от нагревающей поверхности с температурой T₁ к нагреваемой поверхности с температурой Т₂,where Q is the amount of heat passing from a heating surface with a temperature T ₁ to a heated surface with a temperature T ₂ ,

λ - коэффициент теплопроводности

,λ is the coefficient of thermal conductivity

,

δ - толщина стенки,δ is the wall thickness,

S - площадь стенки,S is the wall area,

t - время длительности тепло процесса.t is the duration of the heat of the process.

Из этого уравнения следует

,This equation implies

,

где q - тепловой поток, т.е. количество теплоты, проходящее через единицу площади в единицу времени.where q is the heat flux, i.e. the amount of heat passing through a unit area per unit time.

Физически это уравнение представляет распределение температуры в нагреваемой стенке, которое прямо пропорционально тепловому потоку и обратно пропорционально коэффициенту теплопроводности материала стенки. Это уравнение гласит: чем выше теплопроводность материала стенки, тем меньше спад температуры в ней. Это значит, что теплопроводящие стенки нужно делать из материала с высокой теплопроводностью: медь, алюминий, чугун, сталь. А теплоизолирующие стенки нужно изготавливать из материалов с низкой теплопроводностью: кирпич, асбест, стекловата.Physically, this equation represents the temperature distribution in a heated wall, which is directly proportional to the heat flux and inversely proportional to the thermal conductivity of the wall material. This equation says: the higher the thermal conductivity of the wall material, the less the temperature drop in it. This means that the heat-conducting walls must be made of a material with high thermal conductivity: copper, aluminum, cast iron, steel. And heat-insulating walls need to be made of materials with low thermal conductivity: brick, asbestos, glass wool.

Теплопроводящие ребра на стенке увеличивают площадь теплопередающей поверхности и это, соответственно, повышает эффективность процесса теплопередачи при сохранении габаритов теплопередающего устройства. Высоту ребер делают 10-15 толщин ребра. Расстояние между ребрами равняют высоте ребер. Для изготовления ребер можно использовать обрезки металла.The heat-conducting fins on the wall increase the area of the heat transfer surface, and this, accordingly, increases the efficiency of the heat transfer process while maintaining the dimensions of the heat transfer device. The height of the ribs make 10-15 thicknesses of the ribs. The distance between the ribs is equal to the height of the ribs. For the manufacture of ribs, you can use scrap metal.

Пример расчета тепловой мощности бытовой печи.An example of calculating the thermal power of a household stove.

На типовом колоснике 400×200 мм² можно сжигать 8 кг угля в час. При этом выделится теплота в количестве Q=4000×6=32000 Ккал. Если кпд печи 50%, то полезная тепловая мощность будет:On a typical grate 400 × 200 mm ² you can burn 8 kg of coal per hour. In this case, heat will be released in the amount of Q = 4000 × 6 = 32000 Kcal. If the efficiency of the furnace is 50%, then the useful thermal power will be:

~4,2×4,7=20 кВт.

~ 4.2 × 4.7 = 20 kW.

При нормативе 1 кВт на 10 м² жилой площади выделившегося тепла будет достаточно для помещения с площадью 200 м². При кпд печи 80% выделяющейся теплоты будет достаточно для 320 м².With a standard of 1 kW per 10 m ^{2 of} living space, the generated heat will be enough for a room with an area of 200 m ² . With furnace efficiency, 80% of the heat generated will be enough for 320 m ² .

Приготовление пищи и выпечка хлебопродуктов осуществляются известным способом.Cooking and baking bread products are carried out in a known manner.

Claims

1. A household stove consisting of a horizontal firebox in a water jacket with an oven, characterized in that the horizontal firebox is equipped with a vertical boiler with smoke pipes, which is mounted by a flange on the horizontal firebox, forming a single space for flue gases, and a hydraulic water jacket of the horizontal firebox and vertical the boiler is connected by pipes with heating devices.

2. A household stove according to claim 1, characterized in that the vertical boiler is equipped with a collector chamber with a hatch and a rotary plate valve on the shaft with a position indicator.

3. A household stove according to claim 1, characterized in that the oven is equipped with a mounting flange that is mounted in a horizontal firebox under a vertical boiler.

4. A household stove according to claim 1, characterized in that the inner wall of the water jacket on the water side and the outer surface of the smoke tubes are provided with heat conduction fins.

5. A household stove according to claim 1, characterized in that the nozzles of the water jacket of the horizontal firebox and the vertical boiler are equipped with thermometric sockets for thermometers.