СИСТЕМА ВЕРХНЕГО ГОРЕНИЯ ПЕЧИ
FURNACE UPPER COMBUSTION SYSTEM

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам, обеспечивающим процесс горения верхнего слоя топлива в печах, предназначенных для обогрева жилых и нежилых помещений.
Из уровня техники не были выявлены аналоги настоящего изобретения.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка простой конструкции системы, позволяющей увеличить время горения на одной закладке топлива, за счет послойного сжигания топлива, начиная с верхней его части, предназначенной для обогрева помещений.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик печи, таких, как надежность работы печи, простота в эксплуатации печи, экономичность, что достигается за счет строго контролируемой подачи кислорода в зону горения, а также отсутствия необходимости частой загрузки топлива в печь по мере его выгорания соответственно.
Указанный технический результат достигается в системе верхнего горения, содержащей воздуховод для подачи воздуха в зону горения топлива и выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль вертикального ряда отверстий с заслонками, выполненного на одной из сторон корпуса печи, и механизм открытия-закрытия заслонок для подачи воздуха внутрь воздуховода.
Подъем и опускание воздуховода может обеспечиваться за счет подъемных устройств на основе цепи, каната, троса или других подъемных устройств, но обладающих прочностью и термостойкостью. Цепь может быть пропущена через установленную внутри корпуса направляющую трубку. Одна сторона цепи крепится к корпусу воздуховода, а вторая - к рукоятке подъема и опускания воздуховода. При подъеме и опускании, воздуховод, может поддерживаться планками, установленными внутри топочной камеры.
Воздуховод представляет собой устройство приема воздуха из окружающей среды и его адресной подачи непосредственно в зону горения топлива. Корпус воздуховода может быть выполнен в форме параллелепипеда (или другой форме), при этом в нем может быть выполнено отверстие (например, в одном из его оснований) для прохода воздуха через воздуховод, в камеру сгорания, от открытых заслонок. Для этого воздуховод может плотно примыкать отверстием в его корпусе, к стенке корпуса печи, на которой расположены отверстия с заслонками.
Воздуховод выполнен с возможностью подачи воздуха в зону горения топлива, например, через отверстия, щель и т.д.
Короб воздухозаборника, вертикальный ряд отверстий в корпусе с заслонками в совокупности представляют собой воздухозаборник. Высота вертикального ряда отверстий воздухозаборника соответствует максимальной высоте загруженного в топку (топочное пространство) твердого топлива.
Механизм открытия и закрытия заслонок может состоять из планки открытия заслонок и толкателей заслонок или ролика открытия заслонок и толкателей.
Планка открытия заслонок может быть закреплена на корпусе воздуховода, сбоку от отверстия для поступления воздуха. Планка открытия заслонок представляет собой скобу со скошенными краями, которая закреплена на воздуховоде и перемещается с ним синхронно. Планка открытия заслонок выполнена с возможностью воздействия на толкатель, который, в свою очередь, обеспечивает открытие заслонки.
Также механизм открытия заслонок может представлять собой шагающий ролик, закрепленный внутри воздуховода. Кроме того, механизм открытия заслонок может быть основан на рычажном механизме.
Заслонки закрывают соответствующие отверстия в корпусе с внешней стороны корпуса при модификации для дров. При этом, заслонка подвижно крепится на корпусе с возможностью отодвигания толкателем заслонок или рычажным механизмом.
В качестве толкателей заслонок возможно использование стержней или штифтов, подвижно установленных в корпусе печи перпендикулярно каждой из заслонок. Таким образом, при нажатии планки открытия заслонок на толкатель происходит его выдвижение наружу и отодвигание соответствующей ему заслонки. Соответственно, при перемещении планки открытия заслонок и ее выхода из контакта с толкателем, толкатель под воздействием массы заслонки задвигается внутрь корпуса печи в исходное положение.
Кроме того, толкатель заслонки может выполняться в виде кулачка (кулачковые толкатели) и являться выступающей частью самой заслонки. Также толкатель может быть рычажным механизмом, закрепленным на корпусе заслонок или постоянным магнитом, закрепленным на воздуховоде.
Шагающий ролик в виде звездочки (или в форме крыльчатки) может быть закреплен внутри корпуса воздуховода на оси, что обеспечивает вращение ролика вокруг своей оси при движении воздуховода вверх или вниз.
В системе может реализовываться механизм открытия заслонок внутрь корпуса печи. В данном случае в качестве толкателей заслонок возможно использование толкателей в виде коромыслового механизма. Механизм открытия заслонок внутрь корпуса печи может включать толкатели в виде коромыслового механизма и планки открытия заслонок. Также механизм открытия заслонок внутрь корпуса печи может включать ролик открытия заслонок и кулачковые толкатели.
Ролик открытия заслонок может быть установлен на корпусе воздуховода.
Система верхнего горения, содержащая корпус печи, вертикальный ряд отверстий в корпусе печи с заслонками, механизм открытия и закрытия заслонок, воздуховод, выполненный с возможностью вертикального перемещения вдоль вертикального ряда отверстий в корпусе печи, обеспечивает работу устройства в режиме «Верхнее горение». Печь, содержащая систему верхнего горения, обеспечивает горение только верхнего слоя топлива, что способствует более медленному сгоранию топлива по сравнению с горением всего объема топлива. Таким образом, печь с такой системой горения позволяет длительно и надежно поддерживать заданную температуру.
Система верхнего горения обеспечивает своевременную подачу кислорода в зону горения по мере выгорания твердого топлива при движении воздуховода от самой верхней точки, до самой нижней. Возможность подачи системой верхнего горения воздуха непосредственно в зону горения топлива приводит к стабильному поддержанию процесса горения, улучшению полноты сгорания топлива, что приводит к повышению надежности работы печи с исключением риска остановки горения, а также к повышению эффективности и стабильности обогрева помещения. В результате достигается повышение эксплуатационных характеристик печи.
Вдоль вертикального ряда заслонок на внутренней стороне корпуса могут быть выполнены направляющие. На корпусе воздуховода могут быть установлены ролики для вертикального перемещения воздуховода по направляющим. Выполнение воздуховода с роликами и установка направляющих на внутренней и, как вариант, на внешней стороне корпуса печи для перемещения по ним роликов воздуховода исключает заклинивание и перекос воздуховода в процессе работы печи, что дополнительно повышает надежность работы воздуховода и стабильную подачи воздуха в зону горения топлива. Таким образом, обеспечивается дополнительное повышение надежности работы печи и, соответственно, ее эксплуатационных характеристик.
Также система верхнего горения обеспечивает пользователю режим «свободные руки», при котором отпадает необходимость постоянно добавлять топливо по мере его выгорания, что обеспечивает устройству простоту в эксплуатации, и, как следствие, повышение эксплуатационных характеристик печи.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-6.
На фигуре 1 представлено изображение системы верхнего горения, установленной в печи, вид сбоку.
На фигуре 2 представлено изображение системы верхнего горения, установленной в печи, вид 3/4.
На фигуре 3 представлен механизм открытия-закрытия заслонок с толкателями в виде штифтов.
На фигуре 4 представлен механизм открытия-закрытия заслонок с толкателями в виде кулачков, соединенных с заслонкой.
На фигуре 5 представлен механизм открытия-закрытия заслонок в виде ролика.
На фигуре 6 представлен механизм открытия-закрытия заслонок с кулачковыми толкателями выше оси заслонок и противовесом, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры (вид изнутри топочной камеры).
На фигуре 7 представлен механизм открытия-закрытия заслонок с кулачковыми толкателями выше оси заслонок и противовесом, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры (вид снаружи топочной камеры).
На фигуре 8 представлен механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры, посредством ролика открытия заслонок и кулачковых толкателей.
На фигуре 9 представлен механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры, посредством планки открытия заслонок и проволочного коромыслового механизма.
На фигуре 10 представлен механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры посредством планки открытия заслонок и проволочного коромыслового механизма (вид снаружи топочной камеры).
На фигуре 11 представлен механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры посредством планки открытия заслонок и подпружиненного коромыслового механизма (вид изнутри топочной камеры).
На фигуре 12 представлен механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок внутрь топочной камеры посредством планки открытия заслонок и подпружиненного коромыслового механизма (вид снаружи топочной камеры).
На фигуре 13 изображена печь, фронтальный разрез.
На чертежах позициями 1-32 изображены:
1 - корпус печи,
2 - теплосъемный коллектор,
3 - дымоход,
4 - короб воздухозаборника,
5 - рукоятка регулировки положения заслонки,
6 - варочная плита,
7 - люки воздухозабора,
8 - дымосборник,
9 - смотровой люк дымосборника.
10 - лоток зольника,
11 - загрузочная дверца,
12 - колосниковая решетка,
13 - воздуховод,
14 - планка открытия заслонок,
15 - толкатели заслонок (штифтовые),
16 - цепь подъема/опускания,
17 - заслонки воздухозаборника,
18 - заслонка дымохода,
19 - входные/выходные окна теплосъемных коллекторов,
20 - отверстия в воздуховоде для подачи воздуха,
21 - направляющая трубка,
22 - рукоятка подъема-опускания воздуховода,
23 - направляющие для перемещения воздуховода,
24 - ролики воздуховода,
25 - толкатели заслонок (кулачковые),
26 - ряд отверстий воздухозаборника,
27 - толкатель в виде ролика,
28 - ножки шагающего ролика,
29 - противовес (груз возврата заслонки),
30 - ролик открытия заслонок,
31 - коромысловый механизм открытия заслонки,
32 - пружина возврата заслонки.
Система верхнего горения печи включает воздуховод 13 для подачи воздуха в зону горения топлива, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль вертикального ряда отверстий 26 с заслонками 17, выполненного на одной из сторон корпуса 1 печи, и механизм открытия-закрытия заслонок для подачи воздуха внутрь воздуховода 13.
В первом варианте выполнения система верхнего горения в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит планку открытия заслонок 14, закрепленную на корпусе воздуховода 13, сбоку от открытого торца корпуса воздуховода 13 и штифтовой толкатель заслонок 15.
Во втором варианте выполнения система верхнего горения в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит планку открытия заслонок 14 и кулачковый толкатель заслонок 25.
В третьем варианте выполнения система верхнего горения в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит шагающий ролик 27, ось которого установлена внутри воздуховода 13 в непосредственной близости от открытого торца корпуса воздуховода 13.
В четвертом варианте выполнения система верхнего горения в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит планку открытия заслонок 14 и кулачковые толкатели заслонок 25, находящиеся выше оси поворота заслонки, что позволяет ей открываться внутрь камеры сгорания. Механизм открытия-закрытия заслонок может дополнительно включать противовес 29, помогающей заслонке вернутся в исходное положение после выхода планки открытия заслонки из контакта с кулачковыми толкателями.
В пятом варианте выполнения система верхнего горения в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит кулачковые толкатели заслонок 25, ролик открытия заслонок 30, установленный на корпусе воздуховода 13. При этом, пара параллельных сторон воздуховода 13 с расположенными на них роликами воздуховода 24 пропущена сквозь стенку корпуса печи, на которой расположены отверстия с заслонками 17. Таким образом, ролики воздуховода 24 и ролик открытия заслонок 30 находятся вне камеры сгорания, при этом ролики воздуховода 24 обеспечивают плавное перемещение воздуховода вдоль стенки печи, а ролик 30 - открытие заслонок внутрь печи (в камеру сгорания) за счет контакта с кулачковыми толкателями 25.
В шестом варианте выполнения система верхнего горения включает механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок в камеру сгорания, и содержащий планку открытия заслонок 14, коромысловые механизмы для открытия заслонок 31 установленные вне топочного пространства непосредственно у каждого из отверстий воздухозаборника 26.
В седьмом варианте выполнения система верхнего горения включает механизм открытия-закрытия заслонок, обеспечивающий открытие заслонок в камеру сгорания, и содержащий планку открытия заслонок 14 и подпружиненный пружиной 32 коромысловый механизм 31. Выполнение коромыслового механизма подпружиненным обеспечивает возврат в исходное состояние заслонки 17.
Система верхнего горения печи также может выполняться с воздуховодом 13, на торце которого закреплены ролики 24 для его передвижения по направляющим (рельсам) 23, установленным внутри корпуса 1 печи, вдоль вертикального ряда отверстий 26 воздухозаборника.
Работа системы верхнего горения может быть проиллюстрирована на примере работы печи для обогрева помещения.
Воздуховод 13 системы верхнего горения устанавливают в верхнее положение (в верхней части топочного пространства), вытягивая цепь 16 из корпуса 1 печи за рукоятку 22. Воздуховод 13 перемещается вверх по направляющим 23 посредством роликов 24, что позволяет исключить перекос и заклинивание воздуховода 13 при перемещении вверх-вниз. Далее воздуховод 13 закрепляют в верхнем положении фиксаторами (на фиг. не показаны). Заслонки 17 двух верхних отверстий 26 вертикального ряда отверстий воздухозаборника находятся в открытом положении. Это обусловлено тем, что планка открытия 14 воздуховода 13 упирается в штифты штифтовых толкателей 15, соответствующие заслонкам 17 двух верхних отверстий 26. Таким образом, штифты толкателей 15 выдвигаются из печи, открывают и удерживают указанные заслонки 17 в открытом положении (по первому варианту выполнения системы верхнего горения).
Через загрузочную дверцу 11 печи пространство между колосниковой решеткой 12 и воздуховодом 13 заполняют твердым топливом. Переводят заслонку 18 в дымоходе 3 печи в положение «открыто» и производят розжиг. Дымовые газы, минуя теплосъемные коллектора 2 печи, попадают в дымоход 3 для его прогрева. После розжига и прогрева дымохода 3, заслонку 18 переводят в положение «закрыто». Положение заслонки 18 дымохода 3 регулируется рукояткой 12.
После этого (режим «Верхнее горение» включен), разрежение в дымоходе передается в дымосборник 8 печи, далее в теплосъемные коллектора 2 и, непосредственно, в камеру сгорания (топку), где находится воздуховод 13.
Воздух, из короба воздухозаборника 4 через заслонки 17 двух верхних отверстий 26 и отверстия 20 воздуховода 13 подается в зону горения, доставляя необходимый кислород в зону горения между топливом и воздуховодом. Далее раскаленные газы поднимаются вверх, заполняя камеру сгорания, и увлекаются в теплосъемные коллектора 2 через верхние входные окна 19, откуда попадают в дымосборник 8, пройдя через нижние выходные окна 19 и далее в дымоход 3.
По мере выгорания топлива воздуховод 13 опускается вниз, на следующий слой топлива по направляющим 23 посредством роликов 24.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок, включающем планку открытия заслонок 14 и штифтовые толкатели заслонок 15, по мере перемещения воздуховода 13 планка открытия 14 поочередно нажимает на штифтовые толкатели 15, которые открывают поочередно и своевременно заслонки 17. Заслонки расположенные выше воздуховода закрываются под собственным весом, поскольку планка открытия 14 выходит из контакта с толкателями 15, тем самым освобождая заслонки 17, закрывающие соответствующие отверстия 26.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок, включающем планку открытия заслонок 14 и кулачковые толкатели заслонок 25, по мере перемещения воздуховода 13 планка открытия 14 поочередно нажимает на кулачки толкателей 25, которые открывают поочередно и своевременно заслонки 17. Заслонки расположенные выше воздуховода закрываются под собственным весом, поскольку планка открытия 14 выходит из контакта с кулачками толкателей 25, тем самым освобождая заслонки 17, закрывающие соответствующие отверстия 26.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок в виде шагающего ролика 27, закрепленного на оси, и зафиксированной внутри воздуховода 13, две ножки 28 ролика вставлены в два отверстия 26 воздухозабора. При этом, ножки 28 ролика отодвигают заслонки 17 соответствующих отверстий 26. По мере перемещения воздуховода 13 ролик вращается вокруг своей оси и поочередно вставляет свои ножки 28 в последующие отверстия 26, открывая поочередно и своевременно заслонки 17. Заслонки расположенные выше воздуховода закрываются под собственным весом, поскольку ножки 28 ролика при его движении освобождают соответствующее заслонке 17 отверстие 26 и двигаются дальше.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок по вышеописанному четвертому варианту выполнения (фиг. 6, 7) указанный механизм открытия-закрытия заслонок включает планку открытия заслонок 14 и кулачковые толкатели заслонок 25, находящиеся выше оси поворота заслонки. При этом, на заслонках выполнен противовес 29. По мере перемещения воздуховода 13 вдоль стенки корпуса печи планка открытия заслонок 14 нажимает на одну сторону кулачковых толкателей 25, в результате чего вторая сторона кулачковых толкателей, находящаяся с внешней стороны корпуса печи, толкает заслонку 17, открывая ее внутрь камеры сгорания печи. После выхода планки 14 из контакта с кулачковым толкателем 25 заслонки 17, заслонка под действием выносного груза 29 возвращается в закрытое положение.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок по вышеописанному пятому варианту выполнения (фиг. 8) указанный механизм открытия-закрытия заслонок включает ролик открытия заслонок 30, установленный на одной из пары параллельных сторон воздуховода 13, и клыкообразные кулачковые толкатели заслонок 25. При этом данная пара параллельных сторон воздуховода 13 пропущена сквозь стенку корпуса печи, на которой расположены отверстия с заслонками 17. Таким образом, ролик открытия заслонок 30 расположен на той стороне воздуховода 13, которая располагается у кулачковых толкателей заслонок 25 с внешней стороны корпуса печи. Кулачковый толкатель заслонок 25 выведен наружу топочного пространства. При перемещении воздуховода 13 вдоль стенки корпуса печи, ролик 30 поочередно вдавливает в корпус толкатели 25, тем самым открывая заслонки 17 внутрь топочного пространства. После выхода из соприкосновения с роликом, заслонки под собственным весом возвращаются в положение закрыто.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок по вышеописанному шестому варианту выполнения (фиг. 9-10), указанный механизм открытия-закрытия заслонок включает планку открытия заслонок 14 и толкатель в виде коромыслового механизма 31 со штифтом 15. Толкатель штифтовой 15 находится на против первого плеча коромысла, вторым плечом, коромысло упирается в заслонку 17. При перемещении воздуховода 13 вдоль стенки корпуса печи, при нажиме планки 14 на толкатель 15 тот, в свою очередь, передает усилие через коромысло 31 на заслонку 17, открывая ее во внутрь камеры сгорания. Закрытие заслонки 17 после снятия нагрузки от коромысла 31 после выхода планки 14 из контакта со штифтом 15 происходит под собственным весом.
В случае выполнения системы верхнего горения с механизмом открытия-закрытия заслонок по вышеописанному седьмому варианту выполнения (фиг. 11-12), указанный механизм открытия-закрытия заслонок включает планку открытия заслонок 14 и толкатель в виде коромыслового механизма 31 с выносной пружиной 32.Коромысловый механизм (коромысло) 31 является подпружиненным элементом, предотвращающим самопроизвольное открытие заслонок 17.
После воздействия на кулачек коромысла 31 планкой 14 воздуховода 13 при его движении, коромысло 31, преодолевая сопротивление пружины 32, открывает заслонку внутрь топочной камеры. После выхода из контакта с планкой 14 коромысло 31 под действием выносной пружины 32 возвращается в исходное состояние, перемещая заслонку 17 в положение «закрыто».
После полного прогорания топлива воздуховод 13 опускается на колосниковую решетку 12. Цепь 16 втягивается внутрь корпуса 1 по направляющей трубке 21, поднимая за собой рукоятку 22. Приведение воздуховода 13 в исходное положение (верхнее положение), для последующей закладки топлива, осуществляется рукояткой 22.
На верхнем основании корпуса печи установлена варочная плита 6. Через смотровой люк 9 дымосборника осуществляют визуальный осмотр топочного пространства на предмет необходимости технического обслуживания.
На втором торце печи имеется загрузочная дверца 11, смотровой люк дымосборника 9. В нижней части печи установлен лоток зольника 10 и дымосборник 8.