ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
HEATING DEVICE

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, а именно к устройствам для воздушно-жидкостного обогрева помещений различного назначения при использовании всех видов твердого топлива с утилизацией отходов производных продуктов древесины и других материалов растительного происхождения, и может быть применено в быту и других помещениях для получения горячей воды.
Известно отопительное устройство, содержащее топочную и колпаковую камеры, стенки которых выполнены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса. Топочная камера содержит загрузочную дверцу с шибером, зольную камеру, дымоходную трубу, подвертку, нижнюю и верхнюю задвижки, чугунную и металлическую прямоугольные плиты, установленные на двух поперечно расположенных уголках. Дверца с шибером установлена на обратной стороне топочной камеры между плитами, образующими канал для сжигания дымовых газов при подаче вторичного воздуха через шибер, хайло, прямоугольные металлические трубы, ряд вертикальных щелей между топочной и колпаковой камерами, резервуар с большей теплоемкостью за счет аккумулирования пара в нем при нагревании и не с разрывающимися, расширяющимися боковыми стенками при кристаллизации льда, образующегося при понижении температуры ниже нуля градусов (см. патент №123116, МПК F24C 13/00, F24H 1/46, опубл. 03.08.2012 г.).
Недостатками известного устройства являются: недостаточная продолжительность длительности тления-горения твердого топлива, большой перечень используемых материалов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является отопительное устройство, содержащее колпаковую и топочную камеры, стенки которых выполнены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса. Топочная камера содержит топочную дверку для загрузки твердого топлива с шибером, чугунную и металлическую прямоугольные плиты, установленные на двух поперечно расположенных уголках. В середине колпаковой камеры установлен теплообменник с возможностью обогрева дымовыми газами со всех сторон. Дверка с шибером для подачи вторичного воздуха установлена над топочной дверкой между металлическими плитами, образующими канал для сжигания дымовых газов. Хайло установлено в колпаковой камере над топочной камерой. Два ряда профильных прямоугольных металлических труб установлены в швы кирпичной кладки дымоходной трубы от подвертки до верхней дымоходной задвижки. Две дымоходные задвижки, отверстия между задней стенкой топочной камеры и колпаковой камерой предназначены для выхода «холодных», балластных дымовых газов (см. патент RU №2551183, МПК F24C 13/00, опубл. 20.05.2015 г., бюл. №14).
К недостаткам известного устройства относятся: нахождение жидкостного теплообменника выше топочной камеры, возможность закипания жидкости в котле без принудительной циркуляции при отключении электричества, недостаточная длительность тления-горения твердого топлива, большой перечень используемых материалов.
На сегодняшний день актуальность целого ряда применений кирпичных печей практически сошла на нет. За счет уменьшения диапазона назначений разнообразие конструкций печей, возводимых кладкой, уменьшается. С другой стороны, соизмеримо растет их количество за счет разработки новых вариантов конструкций одного и того же назначения, например тех же отопительно-варочных.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции отопительного устройства с варочной плитой или без нее с воздушно-жидкостным обогревом помещений в кирпичном исполнении как с принудительным, так и естественным тепломассобменом.
Технический результат изобретения - увеличение времени тления-горения твердого топлива, упрощение конструкции отопительного устройства за счет уменьшения количества используемых материалов и элементов устройства.
Технический результат достигается тем, что в отопительном устройстве, содержащем топочную и колпаковые камеры, стенки которых выполнены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса, топочная камера содержит топочную дверку для загрузки твердого топлива, чугунную плиту, жидкостной теплообменник, дымоходную трубу, дымоходные задвижки, согласно изобретению, нижняя и верхняя колпаковые камеры расположены поперек и последовательно топочной камере, являясь ее продолжением, при этом топочная камера совмещена с нижней колпаковой камерой через хайло, а основание топочной камеры и нижняя часть топочной дверки расположены на одном уровне, конструктивно выше уровня прочистной дверки и подвертки нижней колпаковой камеры, при этом основание подвертки нижней колпаковой камеры и прочистная дверка-регулятор расположены ниже уровня основания топочной камеры, а регулятор подачи вторичного воздуха расположен между верхней частью топочной дверки и чугунной плитой, либо перекрытием топочной камеры, кроме того, жидкостной теплообменник расположен в нижней колпаковой камере с обеспечением возможности обогрева его со всех сторон.
Новизной предлагаемого отопительного устройства являются:
- расположение нижней и верхней колпаковых камер поперек и последовательно топочной камере, что является ее продолжением, совмещение нижней колпаковой и топочной камер через хайло, позволит дымовым газам полностью сгорать в топочной камере, затем отдавать тепло в нижнюю колпаковую камеру, в которой расположен жидкостной теплообменник с обеспечением возможности обогрева его со всех сторон;
- выполнение хайла как можно больших размеров для максимальной передачи тепла из топочной камеры жидкостному теплообменнику посредством теплового излучения, что способствует минимизации образования смолы и сажи на его поверхности;
- расположение регулятора подачи вторичного воздуха между верхней частью топочной дверки и варочной чугунной плитой, который в момент растопки печи вместе с прочистной дверкой-регулятором находятся в плотно закрытом состоянии, после восстановления тяги в печи открываются настолько, чтобы через него поступало достаточное количество воздуха для полного сжигания дымовых газов под плитой, а прочистная дверка-регулятор открывается настолько так, чтобы через регулятор подачи вторичного воздуха не поступали дымовые газы в помещение и не погас процесс горения-тления дров в топочной камере, что позволит создать высокую температуру под варочной чугунной плитой, поддерживать тление - горение дров в топочной камере при отсутствии подачи воздуха снизу, т.к. в предлагаемой конструкции отопительного устройства отсутствует поддувальная дверка, которая какой бы плотно закрытой ни была, все равно через ее щели поступает незначительное количество воздуха, уменьшающее время тления-горения дров;
- установка основания топочной камеры и дверки выше основания, подвертки, прочистной дверки-регулятора подачи вторичного воздуха нижней колпаковой камеры позволяет нисходящим газовым потокам дымовых газов отдавать основную часть своего тепла стенкам отопительного устройства, жидкостного теплооменника, следовательно увеличить КПД, а поступление вторичного воздуха через прочистную дверку-регулятор вытесняет нисходящие газовые потоки дымовых газов из подвертки и первого вертикального дымоходного канала, вследствие чего уменьшается скорость горения дров, увеличивается продолжительность времени горения-тления дров.
Предлагаемое отопительное устройство поясняется чертежами, на которых изображено: фиг. 1 - отопительное устройство с варочной плитой в разрезе А-А фиг. 3; фиг. 2 - вид сбоку в разрезе В-В фиг. 3; фиг. 3 - вид сверху в сечении С-С фиг. 1.
Отопительное устройство (см. фиг. 1, 2, 3) состоит из топочной камеры 1, нижней 2 и верхней 3 колпаковых камер, которые содержат стенки 4, выполненные из огнеупорного печного кирпича по контуру корпуса отопительного устройства, и дымоходной трубы 5. Нижняя 2 и верхняя 3 колпаковые камеры расположены поперек и последовательно топочной камере 1, являясь ее продолжением. Топочная камера 1 состоит из топочной дверки 6 для закладки твердого топлива, например дров, основания 7, которое состоит из пяти или более рядов печных кирпичей, регулятора 8 подачи вторичного воздуха, расположенного между верхней частью топочной дверки 6 и чугунной варочной плитой 9, выступа 10, расположенного между топочной камерой 1 и нижней колпаковой камерой 2 и выполненного из нескольких рядов печных кирпичей для предотвращения попадания щепок, золы из топочной камеры 1 в нижнюю колпаковую камеру 2. Нижняя колпаковая камера 2 состоит из основания 11, стенок 4, перекрытия 12, нижней задвижки 13, хайла 14 для поступления дымовых газов из топочной камеры 1 в нижнюю колпаковую камеру 2, подвертки 15 нижней колпаковой камеры 2, первого вертикального дымоходного канала 16, прочистной дверки-регулятора 17 для дополнительной подачи вторичного воздуха, жидкостного теплообменника 18. При этом топочная камера 1 совмещена с нижней колпаковой камерой 2 через хайло 14. А верхняя колпаковая камера 3 состоит из стенок 4, основания 19, подвертки 20 верхней колпаковой камеры 3, второго вертикального дымоходного канала 21, перекрытия 22 и верхней задвижки 23. Нижняя задвижка 13 расположена под вторым вертикальным дымоходным каналом 21 и дымоходной трубой 5 для того, чтобы при растопке она находилась в открытом состоянии и позволяла быстро восстановить тягу отопительного устройства, прогреть дымоходную трубу 5, предотвратить образование конденсата и смолы в ней. Дымоходная труба 5 расположена над вторым вертикальным дымоходным каналом 21 верхней колпаковой камеры 3 и перекрытием 12 нижней колпаковой камеры 2 и основанием 19 верхней колпаковой камеры 3.
Хайло 14 выполняется как можно больших размеров. Для увеличения времени горения-тления дров основание 11 нижней колпаковой камеры 2, подвертка 15 нижней колпаковой камеры 2 и прочистная дверка-регулятор 17 расположены ниже уровня основания 7 топочной камеры 1.
Следует отметить, что хайло 14, нижняя 13 и верхняя 23 задвижки, дымоходная труба 5 расположены друг над другом для того, чтобы в момент растопки при открытых задвижках 13, 23 дымовые газы поступали напрямую из хайла 14 в дымоходную трубу 5, прогрели ее достаточно, чтобы зимой в ней не образовался конденсат. В случае жидкостного, водяного отопления жидкостной теплообменник 18 устанавливают в нижнюю колпаковую камеру 2 с зазорами между ним и стенками 4 нижней колпаковой камеры 2 таким образом, чтобы жидкостной теплообменник 18 обогревался со всех сторон.
В отопительном устройстве топочная 1 и нижняя колпаковая камера 2 расположены рядом друг с другом и объеденены в одну общую камеру, таким образом, что топочная камера 1 совмещена с нижней колпаковой камерой 2 через хайло 14, при этом основание 11 нижней колпаковой камеры 2, подвертка 15 нижней колпаковой камеры 2 и прочистная дверка-регулятор 17 расположены ниже уровня основания 7 топочной камеры 1, а регулятор 8 подачи вторичного воздуха расположен между верхней частью топочной дверки 6 и чугунной варочной плитой 9.
Предлагаемое отопительное устройство работает следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3). Дрова или другие виды твердого топлива закладывают через топочную дверку 6 в топочную камеру 1. При растопке до момента устойчивого горения дров топочную дверку 6 оставляют приоткрытой, нижнюю 13 и верхнюю 23 задвижки оставляют открытыми, а регулятор 8 подачи вторичного воздуха оставляют закрытым для того, чтобы дымовые газы не поступали в помещение. При этом дымовые газы из топочной камеры 1 поступают в нижнюю колпаковую камеру 2, затем через нижнюю задвижку 13 во второй вертикальный дымоходный канал 21 верхней колпаковой камеры 3 и через верхнюю задвижку 23 поступают в дымоходную трубу 5. После достижения устойчивого горения дров в топочной камере 1 и набора достаточной температуры, плотно закрываются топочная дверка 6 и нижняя задвижка 13, приоткрываются регулятор 8 подачи вторичного воздуха и прочистная дверка 17 так, чтобы через регулятор 8 подачи вторичного воздуха не поступали дымовые газы в помещение и не погас процесс горения-тления в топочной камере 1. При этом дрова начинают тлеть, медленно гореть в топочной камере 1, образуя дымовые газы, которые, поднимаясь вверх при подаче вторичного воздуха через регулятор 8 подачи вторичного воздуха, сгорают полностью под чугунной варочной плитой 9. Затем поступают через хайло 14 в нижнюю колпаковую камеру 2. При закрытой нижней задвижке 13, сгоревшие дымовые газы сначала отдают тепловую энергию перекрытию 12 нижней колпаковой камеры 2, затем стенкам 4 нижней колпаковой камеры 2, жидкостному теплообменнику 18. Далее дымовые газы опускаются до подвертки 15 нижней колпаковой камеры 2, которая находится ниже уровня основания 7 топочной камеры 1 и на уровне верхней части прочистной дверки-регулятора 17, поступают в первый вертикальный дымоходный канал 16, находящийся между нижней 2 и верхней 3 колпаковыми камерами. Затем в отопительном устройстве дымовые газы поступают в верхнюю колпаковую камеру 3, поднимаются до его перекрытия 22, отдавая остаток тепла стенкам 4 верхней колпаковой камеры 3, опускаются вниз до подвертки 20 верхней колпаковой камеры 3, затем попадают в вертикальный дымоходный канал 21, далее через верхнюю задвижку 23 - в дымоходную трубу 5.
Предлагаемое изобретение предусматривает удобство монтажа, кладки отопительного устройства в кирпичном исполнении с каналами для сжигания и тепломассообмена газогенераторных газов с жидкостным теплообменником 18 посредством теплового излучения теплопроводности и конвекции.
Предлагаемое отопительное устройство по сравнению с прототипом (патент №2551183, МПК F24C 13/00, опубл. 20.05.2015 г.) позволяет:
- увеличить время горения-тления твердого топлива, например дров, что позволит создать высокую температуру под варочной чугунной плитой, поддерживать горение-тление дров в топочной камере при отсутствии подачи воздуха снизу;
- вытеснить нисходящие газовые потоки дымовых газов из подвертки и первого вертикального дымоходного канала при поступлении вторичного воздуха через прочистную дверку-регулятор, тем самым уменьшить скорость горения дров, увеличить продолжительность времени горения-тления дров;
- увеличить КПД отопительного устройства за счет полной отдачи нисходящими газовыми потоками дымовых газов основной части тепла стенкам отопительного устройства, жидкостного теплообменника;
- позволить большей площади котла контактировать с тепловым излучением отопительного устройства вследствие поперечного расположения колпаковых камер по отношению к топочной камере и выполнения хайла больших размеров;
- упростить конструкцию устройства.