ПЕЧЬ
STOVE

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам отопления на твердом топливе и предназначено для обогрева жилых и нежилых помещений.
Из уровня техники  известна печь содержащая корпус с топкой и дверцей, кожух, смонтированный вокруг корпуса с зазором, расположенный под топкой зольник с колосниковой решеткой, закрывающий вход в зольник совок-дозатор для подачи воздуха, и систему дымоходов. Между боковыми стенками корпуса и кожухом размещены теплоаккумулирующие элементы, в совке-дозаторе выполнено окно для подачи воздуха, а в задней части корпуса выполнен канал для выхода дымовых газов из топки, связанный с системой дымоходов, содержащей два наклонных канала, расположенных вне корпуса в задней части печи, имеющих в верхних частях задвижки и соединенных выше корпуса печи под острым углом, при этом нижние части наклонных каналов соединены П-образным горизонтальным дымовым каналом, расположенным ниже корпуса печи (патент РФ №149817, 20.01.2015).
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность обогрева печью, что обусловлено низкой площадью теплосъема, а также не качественным процессом горения топлива, ввиду отсутствия возможности подачи кислорода непосредственно в зону горения.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка усовершенствованной конструкции печи для обогрева жилых и нежилых помещений, лишенной указанных выше недостатков.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик устройства, таких, как скорость обогрева помещения, надежность работы печи, простота в эксплуатации, что достигается за счет увеличения эффективной площади теплообмена печи, строго контролируемой подачи кислорода в зону горения, а также отсутствия необходимости частой загрузки топлива по мере его выгорания соответственно.
Указанный технический результат достигается  в печи, содержащей корпус с топочным пространством внутри, соединенные с корпусом теплосъемные коллекторы, на одной из сторон корпуса выполнен вертикальный ряд отверстий с заслонками, внутри корпуса установлен воздуховод для подачи воздуха в зону горения топлива и выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль вертикального ряда заслонок, механизм открытия-закрытия заслонок для подачи воздуха внутрь воздуховода, причем теплосъемные коллекторы крепятся к корпусу печи с внешней стороны.
В конструкции печи обеспечивается отвод топочных газов за счет соответствующего устройства, например, дымохода.
Внутри корпуса печи (в нижней части) может быть установлен лоток зольника, колосниковая решетка для расположения твердого топлива. В лотке зольника могут быть установлены люки  воздухозабора для подачи воздуха в топочное пространство печи.
Корпус печи соединен с дымоходом. Одна сторона трубы дымохода  врезана в верхнюю часть корпуса, а вторая – в нижнюю. В верхней части дымохода перед входом в корпус печи может быть установлена заслонка. Заслонка обеспечивает открытие и перекрытие дымохода и, соответственно, работу печи в режимах «Розжиг»/«Работа». В момент розжига топлива заслонка в дымоходе находится в положении «открыто», что позволяет дымовым газам идти напрямую в дымоход, минуя тепловые коллекторы, для того чтобы обеспечить прогрев дымохода. После того как печь и дымоход частично прогрелись и тяга стала надлежащей, заслонку переводят из положения «открыто» («розжиг») в положение «закрыто» («работа») и раскаленные газы поступают в дымоход только пройдя через тепловые коллекторы.
Положение заслонки может регулироваться рукояткой переключения режимов.
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 спуске воздуховод может поддерживаться планками.
Воздуховод представляет собой устройство приема воздуха из окружающей среды и его адресной подачи непосредственно в зону горения топлива. Воздуховод может быть выполнен в виде корпуса формы параллелепипеда (или другой формы), при этом в нем может быть выполнено отверстие (например, в одном из его оснований) для пропускания воздуха внутрь воздуховода через открытые заслонки. 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 твердого топлива.
Механизм открытия и закрытия заслонок может состоять из планки открытия заслонок, толкателей заслонок.
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.
На внешней верхней поверхности корпуса печи может быть установлена варочная плита. Таким образом, печь может использоваться как для отопления помещения, так и для приготовления пищи.
Коллекторы устанавливают с двух сторон корпуса печи для равномерного прогрева воздуха.
Выносные теплосъемные коллекторы крепятся к внешней стороне корпуса. Это обеспечивает наиболее эффективный теплообмен между окружающей средой и топочными газами, без снижения температуры топочного пространства, что приводит к повышению эффективности (КПД печи) и скорости обогрева помещения печью и обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик устройства.
Существующие способы отбора тепла от печи, как правило, осуществляют подогрев окружающего воздуха за счет пропускания его через каналы пролегающие в топочном пространстве. Это малоэффективный, а иногда и вредный способ (при больших мощностях и высокой удельной термонагруженности топочного пространства). Недостатками этих способов являются:
1. Каналы, пролегающие через топку, имеют высокую температуру поэтому, происходит «выжигание» кислорода в обогреваемом воздухе, и как следствие, такое помещение не пригодно для длительного пребывания в нем, ввиду ухудшения микроклимата по составу воздуха.
2. Обогреваемый воздух, проходя через топочное пространство, отбирает часть тепла, тем самым понижает температуру ядра топки, что в свою очередь вызывает снижение эффективности реакции горения и как результат – падение КПД печи.
3. Процесс «выжигания» кислорода воздуха обусловлен интенсивной реакцией окисления металла жаровых труб, что существенно снижает ресурс изделия. В противном случае приходится заведомо понижать температуру топочного пространства, дабы искусственно увеличить срок службы изделия и устранить серьезный недостаток, связанный с «потерей» кислорода в помещении.
Заявленное изобретение лишено указанных недостатков за счет того, что раскаленные дымовые газы проходят через окружающий обогреваемый воздух, а не  обогреваемый воздух проходит через раскаленную топку печи. Таким образом, ввиду расположения теплосъемных коллекторов снаружи корпуса печи, а не внутри нее дополнительно повышается эксплуатационные характеристики устройства (долговечность), ввиду отсутствия процесса разрушения металла теплосъемных коллекторов ввиду реакции окисления их металла.
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, в совокупности представляют собой  систему верхнего горения (соответственно, обеспечивается работа 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 горения топлива на оптимальном уровне в топке, 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 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.
Выполнение печи с системой верхнего горения, но дополнительно содержащей в лотке зольника люков  воздухозабора для подачи воздуха в топочное пространство печи позволяет реализовать дополнительную работу печи в режиме «Классика». Работа печи в режиме «Классика» обеспечивает горение топлива в полном объеме ввиду подачи воздуха в топочное пространство снизу печи (в этот момент система «Верхнего горения» не используется, воздух в топочное пространство через заслонки не подается). Таким образом, воздух поступает из люков вохздухозабора и двигается к теплосъемным коллекторам, проходя сквозь весь объем топлива и обеспечивая его горение во всем объеме.
При выполнении в конструкции печи одновременно системы верхнего горения и люков воздухозабора в лотке зольника позволяет дополнительно комбинировать режимы работы печи «Верхнее горение» и «Классика», что приводит к увеличению диапазона мощностей печи и, как следствие, к дополнительному повышению эксплуатационных характеристик устройства.
Также дополнительно достигается снижение зольности в дымовых газах за счет частичного оседания в дымосборнике, защита дымохода от конденсата благодаря выпадению в виде росы в дымосборнике.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1-9.
На фигуре 1 изображен общий вид печи.
На фигуре 2 изображена печь, вид спереди.
На фигуре 3 изображена печь, фронтальный разрез.
На фиг. 4 представлено изображение системы верхнего горения, вид сбоку.
На фиг. 5 представлено изображение системы верхнего горения, вид 3/4.
На фиг. 6 представлен механизм открытия-закрытия заслонок с толкателями в виде штифтов.
На фиг. 7 представлен механизм открытия-закрытия заслонок  с толкателями в виде кулачков, соединенных с заслонкой.
На фиг. 8 представлен механизм открытия-закрытия заслонок  в виде ролика.
На фиг.9. представлена схема перемещения раскаленных газов в печи.
На фигурах позициями 1-28 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.
Печь с системой верхнего горения включает  корпус 1, на боковых сторонах которого установлены теплосъемные коллекторы  2. Дымоход 3 установлен на одном из торцов печи. В топочном пространстве печи установлена колосниковая решетка 12. Подача воздуха в топочное пространство обеспечивается воздухозаборником и воздуховодом 13. Воздухозаборник представляет собой короб воздухозаборника 4 и вертикальный ряд отверстий 26, выполненных на торце корпуса печи, внутри короба 4. Каждое отверстие 26 закрыто заслонкой 17. Воздуховод 13 содержит металлический корпус в форме параллелепипеда с отверстиями 20. Один торец корпуса воздуховода 13 открыт и  плотно примыкает к торцу корпуса печи с выполненным на нем вертикальным рядом отверстий 26 для пропускания внутрь корпуса воздуховода 13 воздуха из воздухозаборника. Воздуховод  13 выполнен с возможностью вертикального перемещения в зависимости от высоты топлива в топке. На торце воздуховода 13 закреплены ролики 24 для его передвижения по направляющим (рельсам) 23, установленным внутри корпуса печи, вдоль вертикального ряда отверстий 26 воздухозаборника. Воздуховод 13 поднимается в верхнее положение за счет цепи 16, пропущенной через жестко зафиксированную в корпусе направляющую трубку 21. Для фиксации воздуховода 13 в верхнем положении используются фиксаторы (на фиг. не показаны).
Для подачи воздуха в воздуховод 13 из воздухозаборника в печи предусмотрен механизм открытия-закрытия заслонок.
В первом варианте выполнения печь 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 печь в качестве механизма открытия-закрытия заслонок содержит планку открытия заслонок 14 и кулачковый толкатель заслонок 25.
В третьем варианте выполнения устройство 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.
На втором торце печи имеется  загрузочная дверца 11,  смотровой люк дымосборника 9. В нижней части печи установлен лоток зольника 10 и дымосборник 8.
Устройство работает следующим образом.
Воздуховод 13  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 печи).
Через загрузочную дверцу 11 пространство между колосниковой решеткой 12 и воздуховодом  13 заполняют твердым топливом. Переводят заслонку 18 в положение «открыто» и производят розжиг. Дымовые газы, минуя теплосъемные коллектора 2, 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»), разрежение в дымоходе передается в дымосборник 8, далее в теплосъемные коллектора 2 и, непосредственно, в камеру сгорания (топку), где находится воздуховод 13.
После розжига топлива 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 устройства  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 устройства  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 устройства 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.
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.
Таким образом, многократное увеличение площади теплообмена за счет монтажа серии теплосъемных коллекторов с двух сторон корпуса печи, а также максимально возможное уменьшение скорости потока, за счет увеличения суммарной площади сечения коллектора, обеспечивает значительное увеличение КПД печи.
Кроме того, описанная выше конструкция печи дополнительно может содержать люки воздухозабора в лотке зольника и обеспечивать дополнительно к режиму «Верхнее горение» работу в режиме «Классика», подразумевающем подачу  воздуха не через воздуховод 13 системы верхнего горения, а через люки 7 зольника 10.
Воздух прошедший через люки 7, далее через колосники 12 проходит через топливо, насыщая его кислородом для поддержания горения. Далее раскаленные газы поднимаются вверх, заполняя камеру сгорания, и увлекаются в теплосъемные коллектора 2, откуда попадают в дымосборник 8 и далее в дымоход 3.
На верхнем основании корпуса печи установлена варочная плита 6. Через смотровой люк 9 дымосборника осуществляют  визуальный осмотр топочного пространства на предмет необходимости технического обслуживания.