УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПЕЧНЫХ ГАЗОВ
DEVICE TO INCREASE HEAT EMISSION OF FURNACE GAS

Изобретение относится к отопительным печам и может быть использовано при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения.
Известна мусоросжигательная печь секционной структуры, содержащая прямую закрытую трубу с отверстиями, расположенными по ее длине, которая предназначена для подачи воздуха в топку. Труба подачи воздуха вставлена в топку через отверстие, выполненное в верхней части топки. Воздух в трубу подают при помощи вентилятора. Воздух струится сквозь отверстия трубы и участвует при интенсивном сгорании топлива, в данном случае - мусора (патент ЕР 0636840 А1, МПК: F24B 1/00, 5/00).
Данный способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания и устройство сгорания пригодны для безопасного и интенсивного сжигания мусора, но не эффективны для длительного экономичного сжигания топлива.
Известна топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагревания воздуха помещений. Топка состоит из камеры сгорания, в ее центр вставленной трубы подачи воздуха и шнекового устройства. Воздух в очаг сгорания подают при помощи вентилятора сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу (патент USA 4782765, МПК: F24B 1/00, 5/00).
Конструкция такой топки сложна и не пригодна для сжигания дров.
Известен способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания, когда воздух в камеру сгорания подают сверху по трубе, при этом труба заканчивается распределителем воздуха, опирающимся на топливо и вместе с трубой опускающимся вниз, когда количество топлива в камере сгорания уменьшается, причем воздух в камере сгорания распределяют следующим образом: в очаг сгорания подают 40-60%; на края очага сгорания подают 10-30%; над очагом сгорания - 20-40%.
Для реализации указанного способа предложен отопительный котел, содержащий камеру сгорания, в двойной стенке которой сформирована емкость, заполненная водой, с отверстием выхода дыма, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, патрубки подвода и отвода воды, при этом камера сгорания установлена вертикально и выполнена в виде круглого или многоугольного цилиндра, в верхней части которого выполнено отверстие, в которое вставлена свободно вверх-вниз перемещающаяся труба подачи воздуха, заканчивающаяся распределителем воздуха, опирающимся на топливо, при этом распределитель воздуха выполнен в виде пустотелого диска, в верхней части которого выполнен наконечник для соединения с трубой подачи воздуха, а в нижней части - головка, при этом в периферийной части диска, в узком конце головки и на боковой поверхности головки, а также в наконечнике выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью распределителя воздуха (Патент ЕР 005303, заявка №200301136 от 19.04.01, МПК: F24B 1/00, 5/00).
Недостатками данного способа и устройства является то, что на трубе подачи воздуха в зону горения необходимо устанавливать распределитель воздуха и перемещать его во время процесса горения. Это приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и ухудшению условий ее работы, за счет того, что часть топлива под распределителем практически не участвует в процессе горения. Кроме этого необходимо достаточно точно распределять воздушные потоки, что также приводит к усложнению конструкции печи и усложнению условий ее обслуживания и эксплуатации.
Известна печь - твердотопливная, содержащая камеру сгорания с козырьком в ее верхней части, которая примыкает к боковым и задней стенкам и разделяет камеру сгорания на верхнюю и нижнюю части, дверцу с застекленным окном на передней стенке камеры сгорания для загрузки топлива, нижний и щелеобразный верхний подвод воздуха для обдувания стекла окна дверцы плоским потоком воздуха и формирования внутри камеры сгорания области дожигания продуктов сгорания топлива и патрубок для отвода продуктов сгорания, расположенный в верхней задней части камеры сгорания.
Воздух для первичного горения твердого топлива подается в камеру сгорания как со стороны задней стенки печи, так и со стороны нижней части передней стенки камеры сгорания при помощи заслонок, управляемых с передней стороны печи. Дожигание (вторичное горение) несгоревших частиц топлива осуществляется подачей в камеру сгорания двух потоков воздуха, один из которых (холодный) управляется заслонкой, а второй - неуправляемый теплый, после обдувания стекла дверцы поступает в переднюю часть камеры сгорания в область дожигания несгоревших продуктов твердого топлива. Стенки камеры сгорания футерованы кирпичной кладкой и размещены внутри металлического кожуха. Между стенками камеры сгорания и кожухом имеется пространство, по которому затягивается воздух из нижней части отапливаемого помещения для охлаждения кожуха печи (патент US 4766876 A, F24B 5/02, 30.08.1988).
Недостаток указанной печи заключается в том, что при изменении состава твердого топлива не обеспечивается высокий КПД печи. Это объясняется тем, что не вся химическая энергия твердого топлива (различного по составу) может полностью превратиться в тепловую энергию без регулирования необходимого количества горячего воздуха для дожигания несгоревших частиц данного вида твердого топлива. Не сгоревшие полностью остатки твердого топлива, вылетая из трубы печи, снижают ее КПД и ухудшают экологию окружающей среды. Кроме того, другим недостатком прототипа является футеровка кирпичом стенок печи, что снижает ее мобильность для обогрева дачных и временных построек.
Известно универсальное отопительное устройство, содержащее корпус, образованный передней стенкой с дверкой 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, расположенные вдоль боковых стенок и перекрещивающиеся над сводом теплообменные трубы с открытыми торцами, сообщенными с окружающей средой, причем эти трубы закреплены на поде в шахматном порядке, при этом перегородка свода выполнена с перегибом по центру, дополнительно установлены с образованием в направлении дымохода тупого угла газонаправляющие щетки, имеющие по одному люку и закрепленные по линии перегиба перегородки свода с помощью дополнительно введенных жиклеров и с образованием между перегородкой свода и щитками двух газоходов, причем в перегородке свода дополнительно установлен второй люк, при этом оба люка перегородки свода расположены со стороны задней стенки и ближе к боковым стенкам, а люки газонаправляющих щитков расположены со стороны передней стенки и ближе к центру, в топливнике параллельно боковым стенкам к перегородке свода закреплена духовка с вентилятором и со съемными тепловыми экранами, в дымоходе установлен вентилятор, механически соединенный с вентилятором духовки, в топливнике под духовкой установлена выполненная в виде змеевика и имеющая открытые и сообщенные с окружающей средой торцы труба-теплообменник, на верхней стенке установлена емкость для нагрева воды, вдоль боковых и задней стенок установлены конвективные панели (полезная модель RU 85987 U1, F24B 5/00, 20.08.2009 - прототип).
Предложенное устройство работает следующим образом.
Открывают дверку в передней стенке и укладывают на колосниковую решетку топливо, например дрова, и поджигают его. Регулировку тяги с целью оптимизации процесса горения осуществляют путем выдвигания на необходимую величину зольника. Горячие топочные газы омывают теплообменные трубы, трубу-теплообменник, боковые и нижнюю поверхность духовки и свод топливника и отдают часть своего тепла. Далее топочные газы через люки перегородки свода поступают в газоходы, где при турбулизации отдают еще часть тепла и через люки газонаправляющих щитков поступают в газоходную камеру. В газоходной камере скорость движения газов замедляется, т.к. газоходная камера имеет коническую форму, т.е. является расширительной. Это увеличивает время теплообмена между элементами устройства и омывающими их газами. Кроме того, в газоходной камере дополнительно происходит окисление топочных газов при поступлении вторичного воздуха через жиклеры из духовки. В случае недостатка первичного воздуха, поступающего через зольник, так называемый режим экономии, топливо начинает тлеть. Выделяемые при этом горючие топочные газы поднимаются вверх и поступают через люки к дымоходу, по пути окисляются в камере под действием вторичного воздуха, который поступает через жиклеры из духовки. При этом дополнительно выделяется тепло. Кинетическая энергия дымовых газов в дымоходе приводит во вращение вентилятор. Вентилятор в свою очередь приводит в движение вентилятор духовки. Это способствует выравниванию температуры в самой духовке, когда съемные тепловые экраны закрыты. В случае, когда съемные тепловые экраны сняты с духовки, это ведет к ускорению теплообмена с помещением.
Во время работы устройства холодный воздух из помещения поступает через нижние открытые торцы в теплообменные трубы и, нагреваясь, поступает через верхние открытые торцы в помещение. Подобным образом воздух нагревается, проходя через трубу-теплообменник: холодный воздух поступает из помещения в открытый торец, а нагретый выходит из открытого торца.
Основными недостатками указанной печи является значительная сложность конструкции и организации рабочего процесса, недостаточно высокая полнота теплоотдачи отдачи печных газов.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для повышения теплоотдачи печных газов, конструкция которого позволит повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.
Указанная задача решается тем, что предложенное устройство для повышения теплоотдачи печных газов, устанавливаемое преимущественно в бытовую печь между верхней крышкой печи и ее камерой сгорания, согласно изобретению содержит экран, преимущественно профилированный, в котором выполнены окна в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне, соединяющие полость камеры сгорания печи с полостью, ограниченной верхней крышкой печи, ее боковыми стенками и указанным экраном, при помощи горизонтально ориентированных каналов, причем упомянутые каналы открываются в указанную полость навстречу друг другу, при этом между выходными частями каналов установлен завихритель, а указанная полость соединена с полостью дымовой трубы.
Для оптимизации конструкции и улучшения условий перемешивания продуктов сгорания горизонтально ориентированные каналы образованы стенками печи и вертикально расположенными перегородками на профилированном экране.
Для оптимизации конструкции и улучшения условий перемешивания продуктов сгорания профилирование экрана выполнено в виде буквы «V» с расположением образованного ребра примерно по осевой вертикальной линии печи.
Предложенное устройство может быть использовано в печи, преимущественно для обогрева помещений, содержащей корпус со стенками и верхней крышкой, в котором расположена камера сгорания с зоной горения и выполнены каналы подачи воздуха в зону горения камеры сгорания и каналы отвода продуктов сгорания из упомянутой камеры, соединенные с вытяжной трубой, дверку с замком с запорным и упорным элементами, установленную с возможностью вращения в рамке, размещенной на корпусе.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид печи с устройством спереди, фиг.2 - продольный разрез печи с устройством, на фиг.3 - вид печи с устройством сверху, на фиг.4 - распределение потоков продуктов сгорания по устройству и корпусу печи в аксонометрии.
Предложенное устройство устанавливается в печь 1, содержащую корпус 2 со стенками 3 и верхней крышкой 4. В корпусе 2 печи расположена камера сгорания 5 с зоной горения и выполнены каналы 6 подачи воздуха в зону горения камеры сгорания 5 и каналы 7 отвода продуктов сгорания из камеры сгорания 5. Каналы 7 соединены с вытяжной трубой 8. На корпусе 2 установлена с возможностью вращения в рамке дверка 9 с замком.
В верхней части печи 1, между камерой сгорания 5 и вытяжной трубой 8, устанавливается профилированный экран 10 устройства с образованием полости 11, ограниченной верхней крышкой 4, стенками 3 и профилированным экраном 10 устройства.
В профилированном экране 10 устройства выполнены окна 12 в виде пазов, преимущественно в его периферийной зоне 13, соединяющие полость камеры сгорания 5 с полостью 11 при помощи горизонтально ориентированных каналов 14.