Печь-теплообменник

Полезная модель относится к бытовой технике, а именно к обогревательным печам, используемым в походных условиях, например, для обогрева палатки.
Известны Теплообменники для зимней палатки, обеспечивающие более безопасный обогрев с помощью газовых горелок. Принцип их действия прост:
- расположенная под теплообменником горелка нагревает конструкцию;
- через трубки теплообменники протягивается воздух, нагревающийся и попадающий в зимнюю палатку;
- продукты сгорания отводятся через дымоход наружу палатки.
Отопление газовыми обогревателями самый доступный способ, пользоваться им начали достаточно давно. На рынке представлено множество инфракрасных газовых печек разной мощности. Из преимуществ данного способа только дешевизна, компактность и вес оборудования, так как необходимы только баллон с газом и сама печка. Принцип работы теплообменника для палатки заключается в нагреве конструкции газовой горелкой, трубки теплообменника нагревают воздух, который раздувается по палатке с помощью вентилятора, а угарный газ вытягивается через трубу дымохода наружу. Кроме дымохода из конструктивных особенностей стоит выделить наличие нагревающих воздух трубок и вентилятора для усиления эффекта (работает от батареек или аккумулятора).
Недостатками известных технических решений являются: источником питания выступает аккумулятор, в качестве вентилятора используются малошумящие компьютерные кулеры или вентиляторы иного типа, теплообменник можно ставить только в палатке, в которой есть отверстие для вывода дымохода. Кроме того, для правильной работы прибора требуется электропитание, а это значит что нужно снимать с автомобиля аккумулятор или возить с собой другой источник питания.
Наиболее близким техническим решением является Духовка с горячим воздухом для твердого, жидкого или газообразного топлива (патент DE 20030717, МПК F24C 1/02, F24B 7/04, оп. 17.07.2003), оснащенная горизонтально расположенной камерой сгорания, противопожарной дверью на передней торцевой стене, в верхней части задней торцевой стенки имеется дымоотвод, отклоняющее устройство для дымовых газов, которое проходит от задней торцевой стенки в зону передней камеры сгорания и трубы, воздух может проходить через них и может нагреваться дымовыми газами, камера сгорания имеет приблизительно форму куба, боковые стенки которого ориентированы по существу вертикально, трубы проходят через камеру сгорания в вертикальном направлении, расположены, по крайней мере, с обеих сторон камеры сгорания и на расстоянии от ее боковых стенок, при этом расстояние между трубками и боковыми стенками мало по сравнению с расстоянием между двумя боковыми стенками, друг от друга, а впускные и выпускные отверстия труб, каждое, находятся вне камеры сгорания. При этом трубы расположены на задней торцевой стенке на некотором расстоянии от задней торцевой стенки в два ряда, выпускные отверстия упомянутых труб находятся заподлицо с верхней граничной поверхностью печи. Средства для подачи нагретого в трубах воздуха, желательно термостойкие шланги и заслонки и/или клапаны для регулирования воздушного потока, предоставлены.
Недостатком прототипа является низкий коэффициент использования тепловой энергии различных воздухонагревателей в прошлом и неудобным применением горячего дутья.
Задача полезной модели заключается в разработке устройства для нагрева воздуха, способное производить теплый воздух путем эффективного теплообмена воздуха в помещении.
Техническим результатом полезной модели является повышение удобства пользования за счет полного использования внутреннего объема устройства, а также увеличение теплового КПД печи, возможность эффективно нагревать наружный воздух и выпускать большое количество теплого воздуха, будучи небольшими по размеру.
Это достигается за счет того, что в печи-теплообменнике, оснащенной горизонтально расположенной камерой сгорания в виде многогранника, боковые стенки которого ориентированы вертикально, в одной из боковых стенок выполнено отверстие дымоотвода, и теплопоглощающими трубками, через которые воздух может протекать и может нагреваться дымовыми газами, теплопоглощающие трубки проходят через камеру сгорания, расположены на расстоянии от ее боковых стенок, друг от друга, а впускные и выпускные отверстия трубок, каждое, находятся вне камеры сгорания, согласно полезной модели, на одной из боковых стенок в нижней части выполнено отверстие для поджога газа (топлива) от газовой горелки, со стороны нижнего основания установлен инфракрасный нагревательный элемент, нагревающий изнутри камеру сгорания тепловым излучением инфракрасного спектра, на некотором расстоянии от боковых стенок предусмотрена система теплопоглощающих трубок, разнесенных друг от друга, при этом каждая из отдельных теплопоглощающих трубок расположена в наклонной плоскости под углом 45° к оси камеры, каждая из теплопоглощающих трубок выровнена в окружном направлении, в то время как отверстия теплопоглощающих трубок направлены от внешней поверхности, и каждая теплопоглощающая трубка выходит за пределы камеры сгорания, с корпусом камеры печи соединены ножки, регулируемые по высоте и выполненные съемными для устойчивого положения печи на опорной поверхности.
Печь - теплообменник с горячим воздухом в соответствии с настоящей полезной моделью основана на известных печах с горизонтально расположенной камерой сгорания, через которую проходят трубки, через которые может течь воздух и которые могут нагреваться дымовыми газами. Однако, в отличие от предшествующего уровня техники, в настоящей печи трубки 5 установлены наклонно под углом 45° к оси камеры сгорания 1 на расстоянии от боковых стенок камеры сгорания 1.
Существенные отличия полезной модели заключаются в том что, передача тепла от горячих дымовых газов воздуху в трубках происходит более эффективной. Соответственно, в соответствии с признаком полезной модели предусмотрено расположение трубок внутри камеры сгорания таким образом, чтобы их стенки были полностью окружены горячим дымовым газом. Результатом такой конструкции является то, что между стенкой трубки и воздухом, находящимся внутри трубки, устанавливается высокий температурный градиент, что преимущественно приводит к высокой теплопередаче. Хороший коэффициент теплопередачи металлических трубок еще больше способствует этому процессу. Кроме того, трубки 5, которые ориентированы в наклонном направлении под углом 45° относительно оси камеры сгорания 1, обладают сравнительно низким сопротивлением потоку, поднимающемуся теплому воздуху. Благоприятным последствием этого является повышенный расход воздуха по трубкам и, следовательно, быстрый нагрев воздуха в помещении. Наклонное расположение трубок также означает, что общая теплоемкость трубок также принимает низкое значение, что также сокращает время, необходимое для нагрева воздуха в помещении.
Основное преимущество печи-теплообменника с горячим воздухом в соответствии с полезной моделью заключается в ее простой конструкции. Затраты на производство таких печей, таким образом, значительно снижаются по сравнению с обычными нагревательными печами согласно предшествующему уровню техники. Кроме того, предлагаемое устройство отличается высоким КПД и быстрым нагревом окружающего воздуха.
В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемой печи-теплообменника с горячим воздухом указанная система расположения наклонно трубок преимущественно увеличивают площадь поверхности теплообмена между дымовым газом и воздухом в трубках, так что эффективность устройства и время нагрева воздуха в помещении также улучшаются.
В соответствии с настоящей полезной моделью, устройство объясняется более подробно с помощью значительно упрощенного чертежа.
На фиг. 1 показана печь-теплообменник, аксонометрическое изображение, общий вид.
На фиг. 2 - то же, вид сбоку.
На фиг. 3 - то же, вид сверху.
На фиг. 4 - то же, схема расположения трубок.
На фиг. 4 - то же, схема расположения трубок.
На фиг. 5 - то же, схема расположения трубок, вид со снятой стенкой камеры.
Позиции обозначают: камера сгорания 1; стенка боковая 2; верхнее основание 3; нижнее основание 4; трубка воздуховод 5; инфракрасный нагревательный элемент 6; отверстие для поджога 7; отверстие выхлопа 8; ножка 9.
Полезная модель представлена устройством для обогрева помещений (например, палатки), использующим лучистую горелку, которая сжигает газообразное топливо, и множество тепловых трубок для передачи тепла, производимого горелкой, воздуху, который нужно нагреть.
Полезная модель предназначена для преодоления недостатков, связанных с низким коэффициентом использования тепловой энергии различных воздухонагревателей в прошлом и неудобным применением горячего дутья.
Устройство представляет собой печь-теплообменник. Камера сгорания 1 имеет форму многоугольного параллелепипеда с боковыми стенками 2, верхним 3 и нижним 4 основаниями. На одной из стенок 2 в нижней части выполнено отверстие для поджога 7 газа (топлива) от газовой горелки (не показано). Со стороны нижнего основания 4 установлен инфракрасный нагревательный элемент 6, который изнутри нагревает камеру 1 тепловым излучением инфракрасного спектра, а также за счет нагрева воздуха разогретой поверхностью самого нагревательного элемента 6. На некотором расстоянии от боковых стенок 2 предусмотрены трубки воздуховоды 5. Трубки 5 разнесены друг от друга, причем расстояние между ними и расстояние до стенок выбрано примерно одинакового размера. Их задача - увеличить путь дымовых газов внутри камеры сгорания. Таким образом, дымовые газы (не показаны) сначала текут в нижней половине камеры сгорания 1, отклоняются вперед на противоположных стенках и после прохождения через верхнюю половину камеры сгорания 1, наконец, достигают отверстие выхлопа 8 для дымовых газов.
Предусмотрена система трубок 5, которая, если смотреть со стороны оси камеры сгорания 1, расположена под углом 45°. Каждая из отдельных трубок расположена в наклонной плоскости под углом 45° к оси камеры, каждая из трубок 5 выровнена в окружном направлении, в то время как отверстия трубок 5 направлены от внешней поверхности, и каждая выходит за пределы камеры сгорания 1. Свободные от трубок 5 участки между трубками образованы секциями или вырезами цилиндрического полого цилиндра и прочно соединены с трубками.
Когда камера 1 нагревается, сторона стенок трубки 5, обращенная к камере сгорания, входит в контакт с горячим дымовым газом, который нагревает воздух в трубах. За счет конвекции нагретый воздух выходит через верхние отверстия трубок, а воздух из холодного помещения проходит через нижние отверстия труб 5. Все лучи инфракрасного спектра, без использования рефлектора, равномерно направлены на поверхность с покрытием, максимально поглощающим тепловое излучение под углом 90°, линейный инфракрасный нагревательный элемент находится в полностью закрытой металлической камере сгорания 1 с наклонными трубками 5, что обеспечивает высокоэффективный нагрев конвектора с низким потреблением электроэнергии.
Для устойчивого положения печи на опорной поверхности, с корпусом камеры 1 печи могут быть соединены ножки 9. Ножки 9 регулируются по высоте с помощью фиксирующих винтов (не показано). За счет этого увеличивается опорная база и обеспечивается ровное устойчивое положение печи на любой неровной поверхности. Ножки 9 выполнены съемными, благодаря чему имеется возможность отсоединить их от корпуса камеры 1 и поместить внутрь корпуса камеры 1, в результате чего повышается компактность всей печи в целом и удобство при ее переноске.
Сухой и холодный воздух поступает в теплопоглощающую трубку, наклонно вставленную в печь, и нагревается и выпускается из выпускного отверстия для горячего воздуха после реверсирования реверсивной камерой горячего воздуха для достижения цели нагрева в помещении. Отработанный дым напрямую выводится из дымоотвода через полость печи наружу. Это не только улучшает коэффициент использования пространства и коэффициент использования тепла воздуха в печи, но также облегчает очистку от сажи в полости печи.
Фактическая задача печи-теплообменника с горячим воздухом состоит в том, чтобы обеспечить постепенную циркуляцию воздуха в помещении по трубкам 5 и тем самым подогреть окружающий воздух. Предлагаемый вариант исполнения печи-теплообменника также позволяет использовать ее с горячим воздухом в качестве плиты для приготовления пищи. Таким образом, ровная верхняя граничная между теплоотводящими трубками поверхность печи может быть использоваться в качестве плиты.
Работает устройство бесшумно, быстро нагревается, экономичен в использовании, не сжигает кислород в помещении, пожаробезопасен, устойчив к падению, пригоден к ремонту.
Печь-теплообменник для обогрева помещений использует лучистую горелку (не показано), которая сжигает газообразное топливо, и множество тепловых трубок 5 для передачи тепла, производимого горелкой, воздуху, который нужно нагреть.
Кроме освобождения помещения от угарного газа, теплообменник имеет ряд неоспоримых достоинств.
Во-первых, он равномерно и быстро распределяет тепло по палатке за счет вмонтированных в корпус камеры горения 1 трубок 5, которые прогоняют через корпус теплообменника воздушный поток.
Во-вторых, продуваемая камера 1 и трубки 5 теплообменника не накаляются до предельных температур, и не прожигает одежду, при случайном контакте с корпусом, а также не повредит материал, из которого изготовлена палатка.