RU2812546C1 - Воздухонагреватель помещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для обогрева, работающим на твердом топливе. Воздухонагреватель помещений содержит две одинаковые трубы круглого поперечного сечения, расположенные горизонтально и последовательно соединенные друг с другом вертикальным дымовым патрубком, прикрепленным к боковым поверхностям труб. При этом нижняя труба является камерой горения, а верхняя - камерой дожигания выделяющихся горючих газов. Трубы совместно с патрубком образуют П-образный газовый тракт. Верхний по потоку конец верхней трубы соединен с приваренным сверху изогнутым отводящим патрубком. Патрубок в свою очередь соединен вытяжной наклонной дымовой трубой с выходом из отапливаемого помещения. Дымовая труба расположена под углом α=20-25° относительно расположения корпуса камеры дожигания. Камера горения имеет дно, являющееся колосниковой решеткой с отверстиями или поперечными узкими прорезями в виде дуг для прохождения воздуха. Дно выполнено в виде желоба, ниже которого размещен зольник в виде выдвижного ящика. На боковых поверхностях круглых труб расположены жестко присоединенные сварочным швом вертикальные навесные стальные трубы, имеющие прямоугольное поперечное сечение, в которых выполнены воздухопроводящие каналы. С каждой из сторон боковых поверхностей закреплено не менее трех вертикальных труб. Вертикальные трубы размещены нижним концом с зазором над полом помещения, а верхние концы вертикальных труб, выступающие над поверхностью верхней горизонтальной круглой трубы, выполнены сужающимися сверху. При использовании изобретения достигается упрощение конструкции при сохранении эффективности конвективного теплообмена от стенок круглых труб корпуса, повышение технологичности в производстве и удобство обслуживания печи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к отопительным устройствам, использующим твердое топливо, преимущество дров, основным назначением которых является обогрев палаточных домиков, садовых домиков, мастерских, индивидуальных гаражей и блиндажей в полевых условиях военных, а также для приготовления пищи.

Известен воздухонагреватель, содержащий корпус с верхней плитой с трубой для отвода дымовых газов, боковыми и задней стенками с вертикально расположенными воздухопроводящими каналами, дном, передней стенкой с дверцей, имеющей поддувало с заслонкой (Патент RU №2001353, F24B 5/06 от 15.10.1993).

Недостатком этого устройства является сложность его конструкции, технология ее изготовления требует высокой квалификации сварщиков при сварке листового материала и методов контроля герметичности швов. Кроме того, недостаточная эффективность, связанная неоптимальностью упрощения конструкции для дополнительного прогрева помещения и сложностью обслуживания.

Известна печь конвекторная, содержащая корпус с верхней плитой и установленной под ней подвижной перегородкой, передней стенкой с дверцей и поддувалом и дроссельной заслонкой, дном, задней и боковыми стенками, выполненными с вертикально расположенными внешними воздухопроводящими каналами, подвижной перегородкой, выполнены внутренние воздухопроводящие каналы, одним концом соединенные с внешними воздухопроводящими каналами боковых стенок и выведенными другими концом на противоположную сторону печи над отверстиями внешних воздухопроводящих каналов, при этом верхние отверстия внешних воздухопроводящих каналов, соединенные с внутренними, выполнены закрытыми, дно выполнено с наклоном, в сторону передней стенки и с воздухопроводящими каналами, соединенными с внешними воздухопроводящими каналами задней стенки (Патент RU №2097660, F24B 5/06 от 27.11.1997).

Недостатками данной печи являются конструктивная и технологическая сложность. Данная конструкция является материалоемкой и достаточно дорогой в производстве. При этом передвижение перегородки для прохода дымовых газов в дымовую трубу, создает трудности в эксплуатации, так как в направляющих может осаждаться сажа, а значит, и заклинивание передвижения подвижной перегородки под верхней плитой, где дымовые газы переходят в трубу. Воздухопроводящие каналы сложны конструктивно с лабиринтной системой и загромождают камеру топки. Кроме того, в данных печах увеличения продолжительности горения загрузки топлива, необходимо понижать генерируемую тепловую мощность. При этом смешение выделяющихся горючих газов с подаваемым воздухом затруднено, и это приводит к значительному недожогу сжигаемого топлива, что снижает КПД печи и приводит к несоответствию эксплуатационных показателей экологическим нормам.

Известно универсальное отопительное устройство, содержащее корпус, образованный передней стенкой с дверцей для загрузки топлива, боковыми, верхней и задней стенками, подом, дымоход, колосниковую решетку, зольник, газоходную камеру, топливник с выполненным в виде перегородки и имеющим люк сводом. Вдоль боковых стенок расположены перекрещивающиеся над сводом теплообменные трубы с открытыми торцами, сообщенными с окружающей средой, причем эти трубы закреплены на поде в шахматном порядке Патент RU №85987, F24B 5/00, F248 7/00, F24B 7/04 от 20.08.2009).

Недостатком данного решения является сложность конструкции, большая металлоемкость при достаточно низкой теплоотдаче, т.к. поскольку теплообменные трубы с открытыми торцами расположены внутри корпуса.

Известно отопительное устройство, содержащее корпус, образованный днищем, боковыми, передней, задней и верхней стенками; дымоход, расположенный в верхней части корпуса; колосниковую решетку, установленную в днище корпуса; зольник с зольным ящиком, расположенные под колосниковой решеткой; верхние и нижние газонаправляющие щитки; трубки для подачи вторичного воздуха. Вдоль боковых стенок внутри, корпуса расположены изогнутые конвективные трубы, разделяющие топочное пространство на топку и верхнюю зону.

Конвективные трубы с открытыми торцами сообщаются с атмосферным воздухом, при этом нижние торцы герметично закреплены в отверстиях днища корпуса, а верхние торцы конвективных труб герметично закреплены в наклонных частях боковых стенок. Устройство содержит конвективные экраны, расположенные снаружи корпуса и закрепленные на его, передней и задней стенках (Патент RU №93501, F24B 5/06 от 27.04.2010).

Данному устройству присущи те же недостатки, что и описанному выше.

Известна печь отопительно-варочная, содержащая корпус с верхней плитой и установленной под ней перегородкой, передней стенкой с дверцей с поддувалом и дроссельной заслонкой, дном, задней и боковыми стенками, выполненными с вертикально расположенными внешними воздухопроводящими каналами. Воздухопроводящие каналы у боковых стенок образованы между гофрированными и вертикальном направление с боковыми стенками и внешними панелями. Края верхней плиты выполнены выступающими за габариты гофрированных стенок. Панели в верхней части выполнены с отбортовкой, образующей совместно с краями верхней плиты сопло, площадь сечения которого примерно равна площади сечения воздухопроводящих каналов, образованных между боковой стенкой и панелью (Патент RU №2282790, F24B 7/02 от 10.04.2006).

Недостатком данного решения является сложность конструкции и недостаточная эффективность, заключающиеся: в сложной гофрированной поверхности стенок печи; в наличии подвижной пластины для регулирования площади перегородки; в расположении поддувала в дверце топки, что не позволяет эффективно подсасывать воздух при розжиге; недостаточная изолированность печной трубы может привести к попаданию дыма в помещение. Затруднено удаление неизбежного скопления золы в результате топки, т.к. на дне установлены пластины, что также теплоизолирует дно и снижает эффективность теплоотдачи.

Наиболее близким техническим решением, прототипом, является «Воздухонагреватель помещений», содержащий топку, переднюю стенку с загрузочной дверцей, кожух, размещенный с трех сторон топки, зольник с колосниковой решеткой и поддувальной дверцей, воздуховоды, патрубок с заслонкой, отводящие газы, и опоры (Патент RU №2018769, F24B 5/06 от 30.08.1994).

Недостатками данного устройства являются недостаточный конвективный естественный теплообмен, и, следовательно, неинтенсивный отбор тепла, полученного в топке теплообменника, кроме того, устройство имеет сложную и трудоемкую в изготовлении конструкцию из-за наличия установленной сложной конфигурации и большого количества сварочных работ, затруднен процесс удаления золы из-за внутри корпуса пластин-перегородок и зависимость расположения их друг к другу с определенным зазором, а значит, все это приводит к неоправданному расчету габаритов воздухонагревателя. Данный воздухонагреватель помещения создает сложность в эксплуатации, связанное как-то очищать постепенное осаждение золы из дымовой трубы с заслонкой в зоне горения топки при использовании печи продолжительное время, где она быстро засаживается, а значит, и мощность печи и отсутствие заданного угла наклона дымовой трубы относительно горизонтально в плане расположенной круглой трубы с горячими дымовыми газами. Кроме того, большое количество тепла и несгоревших газов уносится выходящими газами в дымовую трубу. При этом оно не экономично в производстве и в эксплуатации печи для обеспечения быстрого нагрева помещений при малом сгорании твердого топлива, соответственно, однако при необходимости быстрого нагрева помещения и высоким КПД отдачи тепла, в частности для гаражных сооружений. Кроме того, данное техническое решение приводит к большим потерям выделяющихся в загрузке нагретого твердого топлива горючих газов, которые вместе с дымовыми газами через вытяжную трубу будут выбрасываться в атмосферу, что снижает эффективность использования топлива и наносит экологический ущерб.

Задачей предложенного технического решения является упрощение конструкции при эффективности конвективного теплообмена от стенок корпуса, увеличение эффективности работы и удобство обслуживания печи.

Техническим результатом изобретения является упрощение воздухонагревателя, повышение технологичности и возможности оптимально управлять газопламенным потоком, снижением выбросов частиц топки в атмосферу, также увеличения производительности объемов нагрева воздуха и резкого возрастания тепловой нагрузки на печь, повышения жесткости конструкции, обеспечение возможности подогреть воду и приготовить пищу.

Поставленная задача достигается тем, что воздухонагреватель помещений, содержащий корпус камеры горения, зольник с решеткой и поддувальной дверцей, патрубок с заслонкой, отводящий газы из камеры горения, согласно изобретения, он содержит две одинаковые трубы круглого поперечного сечения, расположенные горизонтально и последовательно соединенные друг с другом вертикальным дымовым патрубком, приваренным к боковым поверхностям труб, при этом нижняя труба является камерой горения, а верхняя, камерой дожигания выделяющихся горючих газов, трубы совместно с патрубком образуют П-образный газовый тракт, причем верхний по потоку конец верхней трубы соединен с приваренным сверху изогнутым отводящим патрубком, который в свою очередь соединен вытяжной дымовой наклонной трубой из отапливаемого помещения, при этом дымовая труба расположена под углом α=20-25° относительно расположения корпуса камеры дожигания, кроме того, камера горения имеет дно, являющейся колосниковой решеткой с отверстиями или поперечными узкими прорезями в виде дуг для прохождения воздуха, при этом дно выполнено в виде желоба, ниже которого выполнен зольник в виде выдвижного ящика, на боковых поверхностях круглых труб расположены жестко присоединенные сварочным швом вертикальные навесные стальные трубы, имеющие прямоугольное поперечное сечение, в которых выполнены воздухопроводящие каналы, причем с каждой из сторон боковых поверхностей закреплено не менее трех вертикальных труб, вертикальные трубы размещены нижним концом с зазором над полом помещения, а верхние концы вертикальных труб, выступающие над поверхностью верхней горизонтальной круглой трубы, выполнены сужающимися сверху.

Кроме того, диаметр вертикального дымового патрубка, образующего совместно с горизонтальными трубами П-образный газовый тракт, больше в 2-3 раза, чем диаметр наклонной дымовой трубы.

Кроме того, передняя торцевая стенка камеры горения снаружи имеет люк, сваренный из листового металла с образованием ребер жесткости под углом к камере горения и выполненный в виде выносного топливного канала с загрузочным окном, с дверцей для загрузки топлива и отверстиями для забора воздуха на наклонной передней стенке выносного топливного канала.

Кроме того, на внешней верхней поверхности корпуса камеры дожигания может выполняться приваренный варочный настил в виде короба.

В отличие от известного устройства (RU №2018769), наличие двух одинаковых круглых труб, последовательно соединенных по высоте друг с другом коротким вертикальным дымовым патрубком сваркой к боковым круглым трубам с отверстиями, камеры горения и камеры дожигания выделяющихся горючих газов образуют П-образный газовый тракт, где верхний дымовой короткий изогнутый патрубок соединен с наклонной дымовой трубой. Диаметр короткого вертикального дымового патрубка, соединяющего П-образный газовый тракт, в 2-3 раза больше, чем диаметр короткого изогнутого дымового патрубка, поперечное сечение которого равно в диаметре наклонной дымовой трубы с углом α=20-25° к поверхности корпуса круглой трубы камеры дожигания. При этом также камера дожигания (гасителя пламени) удлиняет путь движения продуктов горения, снижает скорость газового потока, причем увеличивает теплоотдачу пути и обеспечивает обогрев помещения в течение продолжительного времени и после завершения горения загрузки топлива. Нагретые в процессе горения топлива, корпуса круглых труб имеют соединение в виде П-образной форме тракта соединения, что обеспечивает одновременно нагрев приваренных сварочным швом вертикальные навесные стальные трубы, имеющие форму прямоугольного профиля в поперечном сечении, в которых выполнены воздухопроводящие каналы, причем вертикальные навесные стальные трубы закреплены, не менее трех, с каждой стороны, размещенных нижним концом с зазором над полом помещения, а верхние концы, размещенные выше поверхности горизонтальной круглой трубы, выполнены сужающимися сверху, обеспечивающими максимальную теплоотдаче и с выходом нагретого воздуха вверх в помещение. Это позволяет направить с пола холодный воздух через воздухопроводящие каналы в трубы из стальных прямоугольных профилей в поперечном сечении вверх нагретым, т.е. происходит втягивание через зазоры над полом помещения и создание конвекционных потоков, появляется разница давления снизу и сверху. Поперечное сечение прямоугольного профиля труб подбирается экспериментально и должно быть достаточным для втягивания холодного воздуха с пола вверх, где по пути движения он нагревается от контакта с боковыми стенками корпуса (теплоотдача металла) двух одинаковых круглых труб, служащих для отапливаемой печи помещений. Длина крепления навесных профилей труб, их количество и расстояние между ними варьируется в зависимости от длины в плане обеих круглых труб, т.е. от размера печи. При этом также создает, соответственно, жесткость соединения для самих одинаковых круглых труб, расположенных в плане по высоте горизонтально на стояках.

Выполнение профилей труб сужающимися сверху в продольном сечении способствует тому, что поднимающийся снизу вверх потоки воздуха внутри воздухопроводящих каналов за счет конвекции сужаются и создают на выходе турбулентность в воздушном пространстве помещения над печкой, что создает условия для его быстрого дополнительного прогрева. Кроме того, выполнение профилей в верхней, имеющих в верхней части меньшее поперечное сечение, создает эффект Вентури, согласно которому в элементах, расположенных с внешней стороны сбоку круглых труб по вертикали друг над другом происходит рост скорости истечения воздуха с одновременным снижением давления. С учетом того, что снизу в элементы поступает более холодный воздух, а в верхней части он выходит более горячим, увеличивается скорость и дополнительно прогрев помещения.

При этом корпус камеры горения и соединяющая через короткий вертикальный дымовой патрубок заданных геометрических параметров и связи с горизонтальной круглой трубой по вертикали, выполненной в виде камеры дожигания (камеры гасителя пламени) выделяющихся горючих газов образуют в сторону выхода дымовых газов с наклонной дымовой трубой из отапливаемого помещения, расположена над плоскостью (выше) камеры дожигания, что также дополнительно дает возможность нагревать горячим воздухом ее внешний корпус, что делает печь более управляемой в целом в эксплуатации при отсутствии осаждения золы внутри ее, увеличивает дымовую при этом тягу, затем - в вытяжную наклонную трубу, откуда выбрасывается в окружающуюся атмосферу вне помещения.

Кроме того, угловое расположение в передней торцевой стенке камеры горения снаружи имеет люк в виде выносного топливного канала с загрузочным окном с дверцей, для загрузки топлива, сваренного из листового металла с образованием ребер жесткости под определенным углом к камере горения, облегчает процедуру и безопасность загрузки топлива в камеру горения (топки) и создает удобство при проведении пожароопасности от выпадения остатков сгоревшего топлива. Наклонная торцевая стенка топливного канала имеет отверстия, предназначенные для забора воздуха при розжиге загруженного топлива.

Вытяжная дымовая труба выполнена под углом к основанию камеры дожигания в виде круглой трубы с углом α=20-25° из отапливаемого помещения.

Выполнение верхней горизонтальной трубы в виде камеры дожигания также выполненной одного размера с камерой сгорания, обеспечивает печь простоту изготовления из жаростойкого металла. Например, стали, отвечает функциональному назначению печи. Ребра - трубы стальные прямоугольного профиля в поперечном сечении с воздухопроводящими каналами на внешней стороне круглых труб, являются навесными и приварены сварочными швами к боковым стенкам круглых труб, т.е. для камеры сгорания и камеры дожигания (камеры гасителя пламени) с обеих сторон, образуют теплые конвекционные потоки по разнице давления снизу вверх (описано выше) в отапливаемом помещении при увеличении длительности процесса при горении топлива в печи.

Дно камеры горения выполнено колосниковыми отверстиями или поперечными узкими прорезями в виде дуг для прохождения воздуха, при этом дно выполнено в виде желоба, ниже которого выполнен зольник в виде выдвижного ящика.

При этом температурное поле в области плиты становится более равномерным, увеличивается срок ее службы.

Наличие на передней стенке отверстия люка для загрузки дров, непосредственно выше дна выносного топливного канала, обеспечивает отсутствия выпадения твердых частиц сгоревшего топлива и безопасность эксплуатации печи, исключая выход угарных газов в отапливаемое помещение при закрытой сверху крышке отверстия в наклонном коробе. В целом это позволяет достичь технологичности изготовления, одновременно важную роль выполняет выдвижение ящика - зольника снизу, перекрывающего по длине перфорацию отверстий или поперечные узкие прорези в виде дуг в дне желоба камеры сгорания (топки), выдвижение ящика является также защитным элементом от выпадения твердых частиц сгоревшего топлива и обеспечивает забор воздуха снизу вверх, в сторону топлива.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывают, что заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

В известных твердотопливных печах длительного горения не предусмотрено заданного дожигания выделяющихся горючих газов и аккумулирования теплоты в процессе горения нагрузки топлива, кроме того, дополнительно камера дожигания (камера гашения пламени) снабжена сбоку в передней части с торца дверцей и, возможность процессом регулирования подачи воздуха или очистки ее от золы при выпадении сверху из наклонной трубы из отапливаемого помещения.

Все это позволяет сделать вывод заявленного технического решения критерию изобретения «существенные отличия».

Колосниковую решетку выполняют в виде в виде желоба с перфорацией отверстий или поперечными узкими прорезями, непосредственно, в дне самой трубы, что делает ее прочной и цельной конфигурацией топки печи, а это уменьшает ее температурные деформации по сравнению с известными с колосниковыми решетками и позволяет максимально загружать печь дровами, а также при перемешивании золы, соответственно, зона очага горения смещается к боковым стенкам круглых труб корпуса. Это приводит к лучшему и эффективному нагреву всех стенок и направления горячего дымового газового потока в сторону короткого вертикального дымового патрубка в корпус круглой горизонтальной в плане трубы в виде дымохода гасителя пламени. Ниже дна топки круглой трубы расположен зольник в виде выдвижного ящика с ручкой для поступления воздуха через зольник и удаления также золы после окончания работы устройства.

Наличие зольника регулируемым (выдвижным) создает удобство для удаления золы, а также регулировкой степени выдвижения ящика устанавливают расход потока и, необходимую тягу и можно регулировать интенсивность горения. Кроме того, люк в виде выносного топливного канала со стороны передней (торцевой) стенки камеры сгорания, имеет впускные отверстия для воздуха, что обеспечивает также постоянно сверху приток воздуха для организации горения твердого топлива сверху вниз через загрузку топлива, что предотвращает ранний нагрев топлива, его пиролиз и ранее зажигание. При этом выносной топливный канал топки отвечает требованиям пожаробезопасности, т.к. исключает выпадения золы и несгоревших мелких остатков фракций топлива на пол и, при очистке печи.

Верхняя наклонная дымовая труба из отапливаемого помещения при соединении с изогнутым выходным дымовым патрубком выполнены одного размера, и также разборным модулем с заслонкой (не показана), изготовленные из металла, что и печь.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявленного устройства, положительного эффекта, не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена конструктивная схема воздухонагревателя, продольный разрез.

Воздухонагреватель помещений состоит из двух корпусов одинаковых размеров горизонтальных в плане круглых труб 1 и 2, выполненных из жароустойчивого металла - сталь, соединенных между собой по высоте посредством короткого дымового патрубка 3 и сварки. Корпус круглой трубы 1 включает камеру сгорания 4 (топку) для дров, выполненной дном в виде желоба 5, выполняющий колосниковую решетку, таким образом, что имеет перфорированные отверстия 6, выполненные сверлением или поперечные узкие прорези. Передняя стенка камеры сгорания 4 имеет приваренный снаружи люк 7 с загрузочным окном сверху для дров в сторону топочной камеры сгорания 4 из круглой трубы 1, причем люк 7 сварен из листового металла под углом с образованием ребер жесткости, а передняя стенка (торец) его выполнен перфорацией с отверстиями 8 для обеспечения притока воздуха. Сверху люк 7 перекрывается шарнирно дверцей 9. Подвижный зольник 10 закреплен ниже дна желоба 5 в направляющих и способен перемещаться с помочью ручки (не показано) с накоплением в нем падающей сажи и несгоревших остатков искр при горении дров в камере сгорания 4.

Корпуса печи замкнутых круглых труб 1 и 2 выполнены таким образом, что задние стороны боковых стенок сверху и снизу соединены между собой коротким дымовым патрубком 3 сварными швами и расположены по высоте друг над другом в плане с горизонтальными трубами 1 и 2, затем движение горячих дымовых газов поступает в сторону камеры догорания 11 (дымового гасителя пламени), соответственно, в передней стенке его, сверху приварен короткий изогнутый отводящий дымовой патрубок 12, причем отводящий изогнутый дымовой патрубок 12 выполнен сечением в диаметре, равным диаметру наклонной дымовой трубы 13 из отапливаемого помещения. При этом диаметр короткого дымового патрубка 3 больше в 2-3 раза, по сравнению с диаметром отводящего изогнутого дымового патрубка 12, связанного также одним параметром с диаметром наклонной дымовой трубы 13 из отапливаемого помещения, которые вязаны между собой жестко сваркой, кроме того, наклон дымовой трубы 13 относительно горизонтальной плоскости поверхности круглой трубы 2, выполненной в виде дымового гасителя пламени 11 составляет угол равный α=20-25°. Внутри отводящего дымового патрубка 12 закреплена регулирующая заслонка (не показана), регулирующий режим работы горения дров в сторону камеры топки 4 и отвод горючих газов из дымового гасителя пламени 11 в виде горизонтальной трубы 2.

Для очистки от золы, падения сажи из наклонной дымовой трубы 13 и несгоревших остатков искр выделяемыми дымовыми газами в дымовом гасителе пламени 12 (без поддувала), установлена в передней части дверца 14.

На внешней стороне поверхности боковых стенок горизонтальных круглых труб 1 и 2 с обеих сторон, жестко приваренными вертикально навесные стальные трубы, имеющих форму прямоугольного профили 15 в поперечном сечении, не менее трех, с каждой стороны с образованием в них воздухопроводящих каналов, размещенные нижним концом с зазором над полом помещения, а верхним концом, размещенные выше поверхности горизонтальной круглой трубы, которые выполнены сужающимися сверху для создания эффекта Вентури, обеспечивающими дополнительно максимальную теплоотдачу.

Расположение боковых навесных труб стальных прямоугольного профиля 16 может быть различным по длине снаружи круглых труб 1 и 2, но не менее трех, с каждой стороны печи симметрично друг другу или ассиметрично относительно боковых стенок горизонтальных труб 1 и 2 печи.

Воздухопроводящие каналы навесных труб прямоугольных профильных элементов 15 выполнены таким образом, чтобы нижний торец его был расположен несколько выше (с зазором) над полом отапливаемого помещения, а верхние сужающие концы - размещают несколько выше поверхности стенок горизонтального дымохода гасителя пламени в виде круглой трубы 2. Холодный воздух с пола поднимается вверх внутри труб прямоугольных профилей 15 с воздухопроводящими каналами, и при движении их стенки прогреваются за счет передачи теплопроводности от соприкосновения с боковыми стенками круглых труб 1 и 2. В зазор со стороны пола помещения всасывается холодный воздух и эффективно дополнительно прогревается по всей высоте навесных труб прямоугольных профилей из металла по воздухопроводящим каналам, что существенно ускоряет процесс нагрева воздуха за счет создания конвекционных потоков проходными в виде эффекта Вентури, согласно которому в элементах профилей 15, расположены сбоков печи происходит рост скорости истечения воздуха с одновременным снижением давления в верхней части, что обеспечивает сверху дополнительное увеличение турбулентности воздушных потоков в помещении. Таким образом, помещение достаточно большой площади можно быстро протопить, установив в нем воздухонагреватель небольшого размера.

Дополнительно, внешняя стенка корпуса круглой трубы 2 в виде камеры дожигания может выполняться приварочным настилом в виде коробки сверху для нагрева воды или приготовления пищи.

Воздухонагреватель стоит на полу на четырех опорах 16, приваренных к боковым стенкам горизонтальных круглых труб печи.

Воздухонагреватель помещений работает следующим образом.

Пример 1. Воздухонагреватель устанавливается на съемные опоры 16 на выбранном месте для обогрева, например, гаража, в котором он прошел испытание в помещении гаража с размерами: длина - 6 м; ширина - 4 м; высота - 3,5 м. Собранный модульный дымоход в целом с наклонной дымовой трубой 13 под углом α=20-25° к плоскости горизонтально закрепленной трубы 2 в виде камеры сгорания (дымового гасителя пламени), связанной сваркой с отводящим изогнутым дымовым патрубком 12, с заслонкой (не показано), регулирующей режим выхода дымовых газов, работающей камеры сгорания 4, выполненной в виде круглой трубы 1, расположенной в плане горизонтально, и, посредством короткого вертикального дымового патрубка 3 сварочными швами соединена с верхней камерой дожигания 11 (дымовым гасителем пламени) в виде круглой трубы 2, т.е. с зазором между ними, имеющих одинаковые параметры. Дно камеры сгорания 4 выполнено в виде желоба перфорацией с отверстиями 6 или поперечными узкими прорезями, и выполняют закладку дров через люк 7 с загрузочных окном с дверцей 9, закрепленной с помощью шарнира на угловом срезе верхней части торцевой стенки камеры сгорания 4. Загрузочная дверца 9 может иметь защитную футеровку (не показана) и может быть оборудована гляделкой со стеклом (не показана) для наблюдения за процессом горения загрузки топлива. Наличие температуры в топке 280-300°С вызывает термическое разложение дров с выделением летучих горячих газов в камере сгорания 4 (топки). При этом дверца 9 короба 7 сверху закрывается, а через отверстия 8 в передней (торцевой) стенке 7 выносного топливного канала и зольника 10. затем через перфорацию отверстий 6, при выдвижении ящика на некоторое расстояние, они открываются для притока воздуха для организации горения твердого топлива. Кроме того, коробчатую конструкцию жестко закрепляют, например сваркой к передней стенке торца трубы 1 камеры сгорания 4, таким образом, что люк 7, имея загрузочное сверху окно, затем закрывается на шарнире дверцей 9.

Горячее пламя и горячие газы расширяются на первом этапе во время розжига и прогрева определенной круглой формы в плане горизонтально установленной топки 4 в виде круглой трубы 1, нижняя часть которой имеет перфорацию с отверстиями 6 или поперечными узкими прорезями (т.е. в виде колосниковой решетки), и благодаря этому горизонтальный поток направляется объемно в сторону короткого вертикального дымового патрубка 3, и проходит далее в полость трубы 2 в виде камеры дожигания 11 (гасителя пламени), труба 2, которая на некотором расстоянии закреплена выше параллельно в плане горизонтально также, посредством связи коротким вертикальным дымовым патрубком 3 сварными швами. Благодаря этому путь газопламенного потока (искрогасителя) удлиняется и ударяется о передний торец трубы 2, затем разворачивается на 90° вверх, в сторону отводящего изогнутого дымового патрубка 12, связанного с наклонной вытяжной дымовой трубой 13 с выходом из отапливаемого помещения. Регулируемая заслонка на отводящем дымовом патрубке 12 (не показана). Задача на втором этапе выхода дыма из отапливаемого помещения включает в себя отводящий дымовой патрубок и связь его с наклонной дымовой трубой из отапливаемого помещения с углом α=20-25° относительно плоскости корпуса горизонтальной трубы 2 в виде расположенного дымохода камеры дожигания 11 через открытую дверцу 9 в камеру 4 загружается твердое топливо. Это могут быть дрова, паллеты, уголь. Другие виды топлива. С помощью небольшого количества легковоспламеняющего материала при открытой загрузочной дверце 9 производится розжиг загруженного топлива сверху загрузки. После розжига дверца герметично закрывается.

Первичный воздух в зону горения сверху загрузки топлива поступает из окружающей печь атмосферы помещения через перфорацию отверстий 8 в наклонной стенке люка 7 в виде выносного топливного канала, а снизу вверх воздух поступает через перфорированные отверстия 6 в дне желоба 5 (в виде решетки) и фильтруется через слой топлива благодаря самотяге через короткий вертикальный дымовой патрубок 3, диаметр которого больше чем диаметр наклонной вытяжной дымовой трубы 13 из отапливаемого помещения, при этом, благодаря ее расположению наклона с углом 20-25° вверх самотяга вытяжной трубы 13 увеличивается с выходом наружу в атмосферу.

Необходимая скорость горения загрузки топлива в камере 4 устанавливается путем изменения подачи воздуха в зону горения с помощью подвижного (выдвижного) зольника 10 ниже дна желоба 5 выдвижением или в движением вовнутрь с помочью ручки (не показана цифрой). Дожигание продуктов недожога протекает в основном в камере 11 круглой трубы 2, где дымовые газы приобретают наибольшую температуру. Высокая температура дымовых газов, а также наличие теплопроводящих навесных металлических труб прямоугольного профиля 15 в поперечном сечении с воздухопроводящими каналами способствуют ускорению процесса нагрева отопления помещения. Из наклонной вытяжной дымовой трубы 13 дымовые газы выбрасываются в окружающую среду.

Таким образом, на пути движения по П-образному тракту 4, 3 и 11 дымовой газ нагревает корпуса печи и одновременно нагрев навесных стальных труб, имеющих форму прямоугольного профиля 15 в поперечном сечении, примыкающий жестко сварными швами к боковым внешним стенкам металлических труб 1 и 2 с обеих сторон, не менее трех, с каждой стороны. Нагревающие конвекционные потоки за время прохождения воздуха снизу вверх вызывают циркуляцию в отапливаемом помещении, т.е. пространство воздуха совершает циркуляционное свободно-конвективное движение в объеме помещения и таким образом в целом обогревают его. Кроме того, обогрев помещения осуществляется за счет конвективной и лучистой теплоотдачи от нагретой наружной поверхности печи.

Время горения загрузки топлива в камеру 4 составляет первую стадию рабочего цикла печи. По завершению горения частично закрывается регулируемая заслонка на дымовом патрубке 12 (не показано, согласно прототипу). При этом выход дымовых газов из П-образного газового тракта 4, 3 и 11 в вытяжную наклонную дымовую трубу 13 не полностью, т.е. небольшое их количество проходит в вытяжную наклонную дымовую трубу 13, что необходимо в соответствии с требованиями безопасной эксплуатации печи. Далее протекает вторая стадия рабочего цикла печи, в течение которой идет передача теплоты через стенки корпусов труб 1 и 2 и элементов прямоугольных профилей 15 от дымовых газов, замкнутых в объеме П-образного газового тракта 4, 3 и 11 в сторону наклонной дымовой трубы 13, воздуху обогреваемого помещения. После охлаждения печи и последующего удаления золы из зольника 10, камеры 4 и камеры 11, соответственно, для камер 4 и 11 через зольные дверцы их, печь готова к загрузке новой порции топлива и следующему рабочему циклу.

Дожиг осуществляется непосредственно в полости горизонтально в плане круглой трубы 2, и газопламенный дымовой поток проходит в сторону переднего торца трубы 2 с поворотом в сторону отводящего изогнутого дымового патрубка 12 с наклонной дымовой трубой 13.

При этом сечение диаметра короткого вертикального дымового патрубка 3 больше в 2-3 раза, чем диаметр отводящего дымового патрубка 12 и наклонной дымовой трубы 13 с выходом из отапливаемого помещения. Благодаря этому, исключается дымление при растапливании печи, а также догорает сажа, падающая из наклонной дымовой трубы 13, через отводящий изогнутый дымовой патрубок 12 и осаждается непосредственно в полости трубы 2 с дверцей 14 для освобождения от золы при завершении работы печи. Кроме того, после прогрева всего дымохода по пути следования по высоте, можно прикрыть заслонку (не показана) на отводящем дымовом патрубке 12 на режим в положение «рабочий режим», когда газопламенный поток в полости круглой трубы 2 тормозится в своем движении на пути в сторону наклонной дымовой трубы 13 с углом 20-25° к плоскости стенки горизонтальной трубы 2, круглая труба, которая жестко посредством дымового патрубка 3 соединена с помощью сварки с круглой трубой 1, расположено в плане горизонтально. При этом круглые трубы 1 и 2 имеют сбоку с каждой стороны, закрепленные жестко сваркой навесные вертикальные стальные трубы, имеющие форму прямоугольного профиля в поперечном сечении с воздухопроводящими каналами, не менее трех, с каждой стороны устройства. Холодный воздух от пола помещения засасывается снизу над полом по воздушным каналам и поднимается вверх, корпус прямоугольного профиля 15, имеющего сужающее кверху конец, создает эффект Вентури, успевает прогреться по пути движения по высоте труб прямоугольных профилей 15 с воздухопроводящими каналами, при которой обеспечивается циркуляция при соприкосновения их стенок с боковыми стенками корпуса горизонтально расположенных в плане труб 1 и 2 друг над другом по вертикали, далее выходит через верхнее отверстие и поступает в помещение, в котором установлен воздухонагреватель. Теплоотдача происходит за счет нагрева и соприкосновения боковых стенок корпуса круглых труб 1 и 2, соответственно при их нагреве происходит циркуляция воздуха. Таким образом, создаются конвекционные потоки из нескольких консольно закрепленных по высоте прямоугольных профилей 15 в поперечном сечении. Горючие газы, находясь в круглых трубах 1 и 2, интенсивно и эффективно прогревают их корпуса во всем объеме, стенки хорошо прогреваются элементами соответственно, и стенки навесных прямоугольных профилей 15 также нагреваются через воздухопроводящие каналы, следовательно, улучшается теплообмен и интенсивность разогрева помещения. Кроме того, сверху в плане горизонтально расположенном дымоходе гасителя пламени 11 в виде круглой трубы 2, выше на поверхности корпуса трубы 2 приварен варочный настил или решетка в виде коробки (не показана). При горении топлива эффективно нагревается верхняя стенка корпуса дымовой круглой трубы 2 в виде камеры дожигания 11 (гасителя пламени) до высоких температур с приваренным варочным настилом (не показана) и происходит нагрев воды, приготовления пищи.

Воздухонагреватель нагревается достаточно быстро (опытный образец показал нагрев гаражного помещения в указанных выше размерах ниже в течение не более 30 мин.). Такое конструктивное решение в виде опытного образа действует в настоящее время в натуре для отапливаемого гаражного помещения автора, где имеет место топливо в виде дров, при этом, за счет поступления воздуха в камеру сгорания 4 (топка) через отверстия 8 в наклонной торцевой стенке люка 7, расположенным под углом, при горении газы проходят лабиринт с двумя сваренными между собой горизонтально расположенными друг над другом по вертикали с круглыми трубами 1 и 2 через дымовой патрубок 3 короткой высоты, а значит, происходит отдача стенкам их корпуса значительную часть тепла и одновременно дополнительно нагрева вертикальных навесных стальных труб, имеющих форму прямоугольного профиля 15 в поперечном сечении с указанными воздухопроводящими каналами, что повышает КПД также при сгорании топлива.

Пример 2. Осуществление работы воздухонагревателя.

Для обеспечения быстрого нагрева на примере гаражного помещения с размерами (6×4×3,5 м), достаточно иметь следующие геометрические размеры устройства: горизонтальные круглы трубы равные между собой: длина - 650 мм; диаметр - 290 мм, соединяющий вертикальный дымовой патрубок: высота - 200 мм, диаметр - 125 мм; высота отводящего изогнутого дымового патрубка - 500 мм с диаметром - 80 мм; длина наклонной дымовой трубы - 900 мм с диаметром - 80 м; угол наклона составил 20°; прямоугольные стальные профили выполнены размером 40x20 мм (ГОСТ 8645-68), и закреплены вертикально по высоте сбоку сварными швами к боковым стенкам круглых труб 1 и 2, нижний торец которых имеет некоторый зазор над полом помещения, и устройство установлено на четырех опорах на полу помещения.

Для обеспечения хорошей прогреваемости навесных прямоугольных профилей 15 в поперечном сечении, геометрические размеры воздухопроводящих каналов целесообразно выбрать прямоугольными по форме или квадратного поперечного сечения самого элемента. Это также позволяет повысить технологичность изготовления для печи и снижение трудоемкости сварки корпуса, когда профили закреплены жестко по бокам с двух сторон круглых труб 1 и 2 и цельными корпусами по высоте. Высота расположения печи на опорах 16 над уровнем пола составляет 0,8 м, что обеспечивает требуемые условия по обслуживанию печи и выполнению работ по приготовлению пищи.

Таким образом, предложен воздухонагреватель, который позволяет увеличить коэффициент полезного действия, облегчить его обслуживание, быстро и эффективно прогревается по всему объему корпуса, позволяет увеличить нагрева помещения; возможность подогреть воду, приготовить пищу.

Кроме того, важную роль играет конструкция выполнения люка 7 с выносным топливным каналом, торцевая стенка которого выполнена под определенным углом, а сверху отверстие люка выполнено с закрепленной шарнирно дверцей 9 с загрузочным окном (отверстием) для топлива, а также обслуживания камеры горения, что исключает выпадения золы и несгоревших остатков мелких фракций топлива, в сравнении с прототипом, т.е. не просыпается при открытии дверцы 9 сверху, возможно проводит очистку печи. Благодаря этому возгорания на полу не происходит и отвечает требованиям пожаробезопасности.

По завершению работы воздухонагреватель (печь) освобождается от золы надежно. Устройство легко и быстро собирается для отопления помещения - это связано с простотой геометрической формы всех элементов в целом, и можно рекомендовать для широкого использования, прошедшего опытную эксплуатацию, например, в виде гаражного помещения на объекте авторов, а также возможно использование печей для палаток и, в полевых условиях блиндажей военных. Печь легко и быстро демонтируется на новое место установки.

Предлагаемый водонагреватель помещения имеет следующие преимущества:

- простота конструкции, технологичность в изготовлении и обслуживании;

- раздельная регулируемая подача потоков первичного и вторичного воздуха на горение исходного топлива и дожигание выделяющихся горючих продуктов, что улучшает управляемость рабочей печи (водонагревателя помещения);

- высокий тепловой КПД;

- повышение надежности и долговечности работы;

- возможность использовать различные виды и сорта твердого топлива, в том числе и низкокачественного;

- устойчивость процесса горения и полнота сжигания топлива в широких диапазонах изменения тепловой мощности печи и длительность горения загрузки топлива;

- уровень разработки в стадии изготовленного опытного образца для гаражного помещений находится в эксплуатации и организации серийного производства печей длительного горения.

Оригинальная конструкция воздунагревателя (печи) и взаимное расположение всех элементов устройства позволяет увеличить площадь теплоотдачи их поверхности и, как следствие, снижение расхода топлива и обеспечение полного сгорания топлива за счет дожигания топлива. Воздухонагреватель помещений может быть изготовлен с использованием современных материалов, технологий и оборудования.

Claims (4)

1. Воздухонагреватель помещений, содержащий корпус камеры горения, зольник, патрубок с заслонкой, отводящий газы из камеры горения, отличающийся тем, что он содержит две одинаковые трубы круглого поперечного сечения, расположенные горизонтально и последовательно, соединенные друг с другом вертикальным дымовым патрубком, прикрепленным к боковым поверхностям труб, при этом нижняя труба является камерой горения, а верхняя - камерой дожигания выделяющихся горючих газов, трубы совместно с патрубком образуют П-образный газовый тракт, причем верхний по потоку конец верхней трубы соединен с приваренным сверху изогнутым отводящим патрубком, который в свою очередь соединен вытяжной наклонной дымовой трубой с выходом из отапливаемого помещения, при этом дымовая труба расположена под углом α=20-25° относительно расположения корпуса камеры дожигания, кроме того, камера горения имеет дно, являющееся колосниковой решеткой с отверстиями или поперечными узкими прорезями в виде дуг для прохождения воздуха, при этом дно выполнено в виде желоба, ниже которого размещен зольник в виде выдвижного ящика, на боковых поверхностях круглых труб расположены жестко присоединенные сварочным швом вертикальные навесные стальные трубы, имеющие прямоугольное поперечное сечение, в которых выполнены воздухопроводящие каналы, причем с каждой из сторон боковых поверхностей закреплено не менее трех вертикальных труб, вертикальные трубы размещены нижним концом с зазором над полом помещения, а верхние концы вертикальных труб, выступающие над поверхностью верхней горизонтальной круглой трубы, выполнены сужающимися сверху.

2. Воздухонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что диаметр вертикального дымового патрубка, образующего совместно с горизонтальными трубами П-образный газовый тракт, больше в 2-3 раза, чем диаметр наклонной дымовой трубы.

3. Воздухонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что передняя торцевая стенка камеры горения снаружи имеет люк, сваренный из листового металла с образованием ребер жесткости под углом к камере горения и выполненный в виде выносного топливного канала с загрузочным окном, с дверцей для загрузки топлива и отверстиями для забора воздуха на наклонной передней стенке выносного топливного канала.

4. Воздухонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что на внешней верхней поверхности корпуса камеры дожигания может выполняться приваренный варочный настил в виде короба.

Images