ВОДОГРЕЙНЫЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к отопительным устройствам, предназначенным для нагрева воды для хозяйственных нужд и использования в отопительных системах.
Из уровня техники известен котел для сжигания гранулированного топлива, который содержит камеру сгорания, в котором горячий воздух подается сверху по центру и выпускается радиально на поверхность горящего топлива (патент US 4782765 (A), опубл. 08.11.1988 г.). Недостатком такого котла является низкая теплопроизводительность за счет конструктивного выполнения камеры сгорания, особенно в начальный период.
Также известен отопительный котел (патент Украины №89114, МПК F23L 1/00, опубл. 25.09.2008 г., бюл. 18), который содержит камеру сгорания, двойная стенка которого формирует емкость, заполненную водой, отверстие для отвода дыма, камеру подогрева воздуха с подводным воздуховодом и отверстием подачи воздуха, оборудованным заслонкой, устройство подачи воздуха в камеру сгорания сверху относительно топлива, оборудованное рассеивателем воздуха, с возможностью перемещения источника воздуха для сообщения с рабочей поверхностью топлива. Камера подогрева воздуха дополнительно оборудована регулятором подачи воздуха, соединенным с заслонкой, и дополнительным воздуховодом в камеру сгорания, при этом камера сгорания топлива оборудована по меньшей мере одним дополнительным источником подачи воздуха, а рассеиватель устройства подачи воздуха оборудован воздуховодными полыми трубами, закрепленными на них отражающими пластинами и ориентированными вниз воздухонаправляющими пластинами. Подводной воздуховод оборудован вентилятором, соединенным с терморегулятором и термодатчиком отверстия для отвода дыма. Заслонка отверстия подачи воздуха выполнена подвижной с возможностью управления со стороны регулятора подачи воздуха. Регулятор подачи воздуха содержит рычаг, один конец которого соединен с заслонкой отверстия подачи воздуха, а другой конец соединен с кронштейном, размещенным на внешней поверхности полой стенки камеры сгорания, с регулировочным винтом, при этом опорой рычага является свободный конец консольного стержня, закрепленного на внешней поверхности корпуса котла. Воздуховодные трубы рассеивателя воздуха выполнены прямоугольными в поперечном сечении, при этом трубы опираются на рабочую поверхность топлива более широкой гранью. Воздухонаправляющие пластины рассеивателя воздуха расположены под углом друг к другу с образованием щели для выхода воздуха. В дополнительном воздуховоде от камеры подогрева воздуха в камеру сгорания установлена подвижная заслонка.
Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:
- вследствие отсутствия дна, котел устанавливается на бетонную подставку, что приводит при запуске котла к образованию конденсата и гниению внешнего цилиндра, что сокращает срок использования котла, кроме этого монтаж и демонтаж котла осложняется необходимостью создавать потребителем бетонную подставку под установку котла и необходимостью ее разрушения при необходимости установки котла в другом месте, что требует дополнительных затрат времени, материалов и трудозатрат;
- не регулируется образование избыточного давления и воздушных пробок, что свидетельствует о недостаточной надежности и безопасности всего устройства в целом;
- вентилятор размещен в зоне высокой температуры что приводит к быстрому выходу из строя и замене оборудования, что требует дополнительных затрат, а при отключении вентилятора осуществляется незапланированное прекращение работы котла;
- недостаточная толщина стенок двойной стенки корпуса (водяной рубашки) делает невозможным ремонт котла при помощи дуговой сварки.
Ближайшим аналогом выбран водогрейный твердотопливный котел длительного горения (патент Украины №74485, МПК F23L 1/00, F23B 60/00, опубл. 25.10.2012 г., бюл. 20), который содержит корпус с двойной стенкой и полостью для заполнения водой, отверстие для выхода дыма, камеру сгорания, воздуховод с отверстием для подачи воздуха с задвижкой, соединенный с промежуточной емкостью для подогрева воздуха, с устройством для подачи воздуха с рассеивателем воздуха, колосники, отверстие загрузки топлива и отверстие удаления золы с дверцами, по меньшей мере два воздуховода с независимыми внешними отверстиями с задвижками, выполненными с возможностью ручной регулировки размера отверстия, причем в воздуховоде, который соединен с промежуточной емкостью для подогрева воздуха, с устройством для подачи воздуха с рассеивателем воздуха, встроен вентилятор и блок управления, а другой воздуховод выполнен с возможностью подачи воздуха под топливо, соединен с промежуточной емкостью для подогрева воздуха отверстием с задвижкой для регулировки размера отверстия или его перекрывания, кроме этого, котел включает по меньшей мере два съемных рассеивателя воздуха для различных видов топлива, один из которых выполнен с возможностью обеспечения подачи воздуха в зону горения - 40-60%, по краям зоны горения - 20-30%, сверху топлива - 20-30%, а другой - с возможностью обеспечения подачи воздуха в зону горения - 65-75%, по краям зоны горения - 35-25%, отверстие для выхода дыма оснащено регулятором изменения сечения отверстия, отверстие удаления золы с дверцами выполнено с обеспечением возможности установки и удаления колосников, по меньшей мере одна стенка корпуса выполнена толщиной не менее 4 мм с возможностью выполнения отверстия входа рабочей жидкости, отверстия выхода рабочей жидкости и отверстия для выхода дыма непосредственно при установке котла на месте эксплуатации, дверцы отверстий загрузки топлива и удаления золы выполнены двойными с размещенным в образовавшейся полости утеплителем, а к корпусу прикреплено дно, выполненное с возможностью установки котла с дистанцией от пола, например на ножки.
Указанное техническое решение является достаточно эффективным, но при введении некоторых изменений в конструкцию котла, возможно достижение более высокого КПД, эффективности и надежности.
В основу полезной модели поставлена задача создания нового эффективного, надежного и безопасного водогрейного твердотопливного котла длительного горения с повышенным коэффициентом полезного действия и сроком использования.
Поставленная задача достигается тем, что в водогрейном твердотопливном котле длительного горения, который включает корпус с двойной стенкой и полостью для заполнения водой, причем по меньшей мере одна стенка корпуса выполнена толщиной не менее 4 мм, камеру сгорания, два воздуховода с независимыми внешними отверстиями с задвижками, выполненными с возможностью ручной регулировки размера отверстия, причем один воздуховод включает короб забора воздуха, соединенный с промежуточной емкостью для подогрева воздуха, с устройством для подачи воздуха со съемным рассеивателем воздуха, а другой воздуховод выполнен с возможностью подачи воздуха под топливо, соединен с промежуточной емкостью для подогрева воздуха отверстием с задвижкой для регулировки размера отверстия или его перекрывания, электронный блок управления, колосниковую решетку, причем котел выполнен с возможностью удаления и установки колосниковой решетки, отверстие для выхода дыма, которое оснащено регулятором изменения сечения отверстия, отверстие загрузки топлива и отверстие удаления золы с дверцами, причем дверцы отверстий загрузки топлива и удаления золы выполнены двойными с размещенным в образовавшейся полости утеплителем, отверстия входа рабочей жидкости и выхода рабочей жидкости с патрубками, прикрепленное к корпусу дно, выполненное с возможностью установки котла с дистанцией от пола, например на ножки, согласно полезной модели, на коробе забора воздуха установлен турбонагнетатель, связанный с электронным блоком управления, устройство для подачи воздуха выполнено съемным и установлено с возможностью поднятия и опускания через блок роликов, рассеиватель воздуха выполнен с возможностью его использования для различных видов топлива и в центральной части содержит средство для погружения в топливо с утолщенными стенками и отверстием для подачи воздуха в топливо, и выполнен с возможностью подачи воздуха в топливо вдоль зоны горения по меньшей мере с четырех сторон, колосниковая решетка выполнена со свободным пространством с внутренней стороны, дверцы отверстий загрузки топлива и удаления золы выполнены регулируемыми с возможностью регулировки плотности закрывания, а на дне во внутренней части котла размещен слой термоизоляционного, термостойкого материала, преимущественно термостойкого кирпича, котел укомплектован предохранительными клапанами сброса избыточного давления и сброса воздуха для установки на патрубок отверстия выхода рабочей жидкости.
Согласно полезной модели колосниковая решетка имеет любой профиль, например п-образный или другой, который обеспечивает при установке в котле наличие свободного пространства между ее внутренней поверхностью и дном котла для подачи воздуха под топливо.
Согласно полезной модели дверцы отверстий загрузки топлива и удаления золы выполнены регулируемыми в любых плоскостях и в любом направлении и оснащены уплотнительным средством по контуру дверец.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи и использовании предлагаемого водогрейного твердотопливного котла длительного горения заключается в обеспечении эффективного регулирования подачи воздуха, эффективного удаления углекислого газа, что обеспечивает возможность эффективного регулирования степени и продолжительности горения топлива и эффективное наполнение камеры сгорания кислородом, что обеспечивает повышение КПД котла, что в свою очередь обеспечивает повышение эффективности работы котла, исключении образования избыточного давления и воздушных пробок в отопительной системе или в системе снабжения горячей воды, что повышает эффективность работы котла и безопасность, обеспечении термоизоляции днища котла и дверец, что также обеспечивает повышение эффективности, КПД, повышении безопасности устройства и отопительной системы в целом, увеличении срока использования и повышении удобства использования, увеличении тепловой мощности, обеспечении бесперебойной работы устройства.
Заявляемая полезная модель поясняется следующим изображением.
Фиг. - Поперечный разрез водогрейного твердотопливного котла длительного горения.
Водогрейный твердотопливный котел длительного горения содержит корпус с двойной стенкой и полостью, заполненной водой 16, который состоит из двух цилиндрических труб, вставленных одна в другую, с зазором преимущественно в 16 мм. Стенки корпуса выполнены из металла толщиной по меньшей мере 4 мм. Котел снабжен съемной верхней крышкой, соединенной с промежуточной емкостью для подогрева воздуха 2. Котел содержит по меньшей мере два воздуховода с независимыми внешними отверстиями с задвижками, выполненными с возможностью ручной регулировки размера отверстия. Один воздуховод состоит из короба забора воздуха 1, на котором установлен турбонагнетатель 18, связанный с электронным блоком управления, при этом короб забора воздуха соединен с промежуточной емкостью для подогрева воздуха 2, с устройством для подачи воздуха 5, которое включает телескопическую трубу, с рассеивателем воздуха 7. Устройство для подачи воздуха выполнено съемным и установлено с возможностью его поднятия и опускания через блок роликов 19, что исключает дополнительные материальные затраты за счет обеспечения возможности замены при необходимости только отдельного узла котла, и исключает дополнительные трудозатраты, и обеспечивает эффективность котла. Электронный блок управления предназначен для включения/выключения и регулирования работы турбонагнетателя в зависимости от того, какая температура выставлена на регуляторе и какую температуру имеет теплоноситель в котле. Турбонагнетатель нагнетает воздух в зону горения под давлением, а также обеспечивает эффективное удаление углекислого газа, улучшает тягу. Наличие турбонагнетателя, подключенного к электронному блоку управления, позволяет за счет регулирования принудительного нагнетания воздуха в камеру сгорания обеспечить выход котла на "рабочую температуру" за оптимальный промежуток времени и эффективно регулировать подачу воздуха, что обеспечивает возможность эффективного регулирования степени и продолжительности горения, что также приводит к повышению КПД.
Котел включает по меньшей мере один съемный рассеиватель воздуха 7. Котел может иметь в комплекте несколько рассеивателей воздуха. Котел в одном из возможных вариантов исполнения включает съемный рассеиватель воздуха 7, выполненный с возможностью его использования для различных видов топлива. Рассеиватель воздуха 7 в центральной части содержит средство для погружения в топливо с утолщенными стенками и отверстием для подачи воздуха в топливо, и выполнен с возможностью подачи воздуха в топливо вдоль зоны горения по меньшей мере с четырех сторон, и имеет четыре патрубка с отверстиями. Наличие рассеивателя воздуха, предназначенного для различных видов топлива позволяет независимо от вида топлива обеспечивать эффективное использование котла, что делает его универсальным и обеспечивает его эффективную работу без дополнительных затрат времени и трудозатрат на замену рассеивателя воздуха, увеличивает КПД.
Воздуховод 4 выполнен с возможностью подачи воздуха под топливо и связан с переключателем подачи воздуха в колосниковую часть 20 и соединен с промежуточной емкостью для подогрева воздуха 2 отверстием с задвижкой для регулировки размера отверстия или его перекрывания. Отверстие для выхода дыма 3 оснащено регулятором изменения сечения отверстия. Отверстие с дверцами 6 предназначено для загрузки топлива. Отверстие с дверцами 9 предназначено для удаления золы, и установки и удаления колосниковой решетки 11. Дверцы отверстий загрузки топлива 6 и удаления золы 9 выполнены двойными с размещенным в образовавшейся полости утеплителем, выполнены регулируемыми в любых плоскостях и в любом направлении для регулировки положения дверец с обеспечением их плотного закрывания подтягиванием и/или прижатием или иное, например при «проседании» уплотнителя, и оснащены уплотнительным средством по контуру дверец, например стекловолоконным шнуром толщиной не менее 15 мм. Ручка выполнена винтовой, или имеет спиралевидную дотяжку. Такая конструкция дверец позволяет полностью исключить попадание воздуха в котел после закрытия дверец и исключает потерю тепла через отверстия, что увеличивает КПД. Колосниковая решетка выполнена со свободным пространством с внутренней стороны. Колосниковая решетка может иметь любой профиль с внутренним пространством, то есть такую форму или профиль, который обеспечивает при ее установке в котле наличие свободного пространства между ее внутренней поверхностью и дном котла для подачи воздуха под топливо. В одном из возможных вариантов исполнения колосниковая решетка имеет п-образный профиль. Наличие внутреннего пространства позволяет разместить в нем элемент или часть воздуховода для подачи воздуха под топливо, что обеспечивает разрыхление топлива и выдавливание углекислого газа, что повышает эффективность котла, а также обеспечивает поддержку слоя твердого топлива с дистанцией от днища, что предотвращает дополнительные тепловые потери и повышает срок службы котла. Котел может включать комплект колосниковой решетки 11 для различных видов топлива, причем котел выполнен с обеспечением возможности удаления и установки колосниковой решетки 11. Котел оснащен глухим днищем 15, прикрепленным к стенкам корпуса, выполненным с возможностью установки котла с дистанцией от пола, например на ножки. Наличие днища 15, наглухо закрепленного снизу на корпусе позволяет создать вентиляционное пространство между дном и полом, что увеличивает срок использования котла, и исключить необходимость создания бетонной подставки под установку котла, и ее разрушения при необходимости установки котла в другом месте, тем самым исключает дополнительные затраты времени, материалов и трудозатрат.
Во внутреннем пространстве котла на днище 15 размещен слой термоизоляционного термостойкого материала 17 преимущественно термостойкого кирпича, что обеспечивает дополнительную термоизоляцию и повышение эффективности котла, предохраняя тем самым от коробления и перегрева днища, что обеспечивает более надежную работу котла и повышение срока использования котла. Нагретый кирпич долгое время сохраняет тепло, что также обеспечивает повышение КПД.
На слой термоизоляционного термостойкого материала устанавливают колосниковую решетку.
На фиг. также изображены: зона горения топлива 8, трос поднятия телескопической трубы 10, установленный через ролики, отверстие выхода рабочей жидкости 12, отверстие входа рабочей жидкости 13 с патрубками. На патрубок отверстия выхода рабочей жидкости устанавливают перед началом эксплуатации предохранительные клапаны - клапан сброса избыточного давления и клапан сброса воздуха, что делает котел взрывобезопасным и оберегает всю систему отопления от избыточного давления и образования «воздушных пробок». Таким образом, повышается эффективность работы устройства, безопасность устройства и отопительной системы в целом.
Котел оснащен терморегулятором, механическим показателем температуры 14, утеплителем внешнего контура котла 21 и декоративным кожухом 22.
Водогрейный твердотопливный котел длительного горения работает следующим образом.
За счет наличия дна котел устанавливают без создания специального фундамента на место эксплуатации и осуществляют монтаж. С помощью троса поднятия телескопической трубы 10 устройство для подачи воздуха 5 с рассеивателем воздуха 7 поднимают. Трос 10 фиксируют за фиксатор. Через отверстие 9 укладывают на днище котла слой термоизоляционного термостойкого материала 17, преимущественно из шамотного или красного кирпича, устанавливают колосниковую решетку 11. Через отверстие загрузки топлива 6 в камеру сгорания загружают твердое топливо. На загруженное топливо кладут щепки, бумагу, тряпки и прочее для розжига. Трос 10 снимают с фиксатора и опускают устройство для подачи воздуха 5 с рассеивателем воздуха 7 до упора рассеивателя воздуха 7 в топливо с погружением в топливо средства для погружения в топливо. Перед запуском открывают заслонки на отверстиях для подачи воздуха и для выхода дыма. Поджигают щепки, бумагу, тряпки и прочее, ждут некоторое время, пока они разгорятся и закрывают отверстие загрузки топлива, затем выставляют на шкале нужную температуру, снимают трос 10 с фиксатора и включают котел в розетку. Турбонагнетатель нагнетает воздух в зону горения под давлением, а также обеспечивает эффективное удаление углекислого газа. Наличие турбонагнетателя, подключенного к блоку управления, позволяет за счет регулирования принудительного нагнетания воздуха в камеру сгорания обеспечить выход котла на "рабочую температуру" за оптимальный промежуток времени и эффективно регулировать подачу воздуха, что обеспечивает возможность эффективного регулирования интенсивности и продолжительности горения. Интенсивность горения топлива регулируют также величиной разрежения в отверстии для выхода дыма и перемещением задвижек, выполненных с возможностью ручной регулировки размера внешних независимых отверстий воздуховодов. При отсутствии источника питания, подачу воздуха в камеру сгорания и его объем регулируют изменением размера наружного отверстия. При необходимости регулируют положение дверец, например, в случае проседания уплотнителя в процессе эксплуатации, или иное, дотягивают винтовую ручку.
В предлагаемом котле твердотопливном водогрейном в качестве твердого топлива используют дрова, уголь, солому, торф, отходы древесины и прочее.
Заявляемый водогрейный твердотопливный котел длительного горения прост в изготовлении, а приведенные сведения подтверждают возможность его промышленного осуществления с использованием известных материалов и известного оборудования.