УНИВЕРСАЛЬНАЯ ТОПКА ФЕРИНГЕРА И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
GENERAL PURPOSE BURNER FURNACE AND METHOD OF ITS USE

Изобретение относится к бытовым отопительным печам и может быть использовано при разработке печей и оптимизации их конструкции.
Известен способ обеспечения горения топлива, преимущественно дров, в печи с вертикально ориентированным корпусом, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующей подачей воздуха и поджигом, при применении которого топливо укладывают в печь, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом каналы подачи воздуха в зону горения выполняют таким образом, что воздух подается в верхнюю область зоны горения, причем одну основную часть каналов держат постоянно открытыми, другую дополнительную открывают по мере сгорания топлива и перемещения зоны горения вниз, при этом воздух в зону горения в начальный и последующие моменты времени подают через основные каналы, а ближе к окончанию процесса горения - через основные и дополнительные (патент РФ №2417341, МПК: МПК: F24B 1/00, F24B 5/00).
Указанный способ реализуется следующим образом. Через дверцу в вертикально ориентированный корпус печи, в зону горения, укладывают топливо. Через выходные части основных каналов в зону горения подается воздух. Дополнительные каналы в это время закрыты при помощи специального устройства. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива поджигают. Топливо начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть, ограниченная стенками зоны горения. Продукты сгорания отводят через трубу. По мере прогорания верхней части столба топлива, при необходимости, через дверцу подкладывают новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива при этом остается в исходном состоянии. При прогорании столба топлива ниже заданного уровня, например, ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, при помощи специального устройства, открывают дополнительные каналы, и в зону горения подается воздух через их выходные части, что способствует продолжению процесса горения с заданной эффективностью. Продукты сгорания также отводят через трубу.
Основными недостатками данного способа обеспечения горения топлива является значительная сложность в распределении потоков воздуха, сложность конструкции печи, связанная с наличием подвижных частей устройства для перекрывания/открывания дополнительных каналов, в зоне горения, и испытывающих термические напряжения, что ведет к снижению надежности работы печи и ее удорожанию.
Известна печь и способ обеспечения горения топлива в указанной печи, содержащей, как минимум, вертикально ориентированный корпус, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, образованную преимущественно стенками печи и днищем для укладки топлива, вытяжную трубу, дверку со смотровым стеклом, установленную предпочтительно в рамке на корпусе, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующей подачей воздуха и поджигом, при этом в рамке дверки печи устанавливают панель, при помощи которой делят поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхнюю полость, образованную рамкой и упомянутой панелью, соединяют с зоной горения и используют для укладки дров, а нижнюю соединяют с зоной горения, образуя тем самым основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом при помощи упомянутой панели образуют со смотровым стеклом зазор, служащий первым каналом подачи воздуха в зону горения из полости основного канала, причем на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи выполняют сквозные каналы, при помощи которых соединяют полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, образуя тем самым второй канал подачи воздуха в зону горения, при этом в нижней части печи выполняют третий канал подачи воздуха в зону горения, причем полость упомянутого канала с одной стороны соединяют с полостью основного канала подачи воздуха, с другой соединяют с нижней частью полости зоны горения предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива, при этом в начальный момент времени для подачи воздуха в зону горения преимущественно применяют первый канал, при прогорании столба топлива до заданного уровня, преимущественно до половины, применяют первый и второй каналы, а при завершении процесса горения применяют преимущественно третий канал. Для реализации указанного способа предложена печь, содержащая как минимум вертикально ориентированный корпус с зоной горения, в котором расположены каналы подачи воздуха в зону горения, образованную преимущественно стенками печи и днищем для укладки топлива, вытяжную трубу, дверку со смотровым стеклом, установленную предпочтительно в рамке на корпусе, при этом в рамке дверки печи установлена панель, делящая поперечное проходное сечение рамки как минимум на две части, причем верхняя часть полости, образованной рамкой и упомянутой панелью, соединена с зоной горения и служит для укладки дров, а другая, нижняя, соединена с зоной горения и образует основной канал подачи воздуха в зону горения, при этом упомянутая панель образует со смотровым стеклом канал, соединяющий полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, при этом на другом конце панели, противоположном упомянутому каналу, преимущественно в месте ее крепления к корпусу печи выполнены сквозные каналы, соединяющие полость основного канала подачи воздуха с зоной горения, а в нижней части печи выполнен канал, полость которого соединена с полостью основного канала подачи воздуха и открывается в нижнюю часть полости зоны горения предпочтительно через каналы в днище для укладки топлива (патент РФ №2503889, заявка №2012131393/03 от 20.07.2012, MПK:F24B 1/00-прототип.)
Недостатками является сложность конструкции, обусловленная необходимостью выполнения нескольких каналов подачи воздуха в зону горения, недостаточно высокая полнота сгорания топлива, невозможность использования одной и той же топки в различных печах.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание универсальной топки для сжигания топлива, которая может быть использована в любых печах: отопительных, банных и т.д., применение которой позволит упростить конструкцию печи, повысить надежность ее работы, значительно повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная универсальная топка, содержащая боковые и заднюю стенки, свод и низ, дверцу с рамкой, образующие зону горения, внешние каналы подвода воздуха и отвода продуктов сгорания, согласно изобретению, представляет собой два разновеликих параллелепипеда, полости которых соединяются между собой, причем рамка с дверцей установлена на меньшем из них, а внешний канал для отвода продуктов сгорания размещен на большем, при этом внешние каналы подвода воздуха внутрь топки расположены в нижней части рамки с дверцей, преимущественно, на дверце, а низ топки выполнен профилированным с наклонными стенками, образующими внутренние каналы подачи воздуха, расположенные в нижних углах топки, причем полости указанных каналов открываются в полость топки через сквозные каналы, выполненные в указанных наклонных стенках, при этом боковые стенки топки выполнены профилированными с выступами на стенках для образования внутренних каналов для подачи воздуха из каналов, расположенных в нижних углах топки, между укладкой дров и упомянутыми стенками, и отвода продуктов сгорания, причем, внутри топки, в непосредственной близости от упомянутых внешних каналов подвода воздуха, установлен профилированный кронштейн, разделяющий полость подачи воздуха в топку на две соединенные между собой полости, и образующий нижнюю полость подачи воздуха внутрь внутренних каналов подачи воздуха, расположенных в нижних углах топки, и верхнюю полость между дверцей и зоной горения, при этом свод топки выполнен с внутренним профилированным каналом для отвода продуктов сгорания, входная часть которого расположена в непосредственной близости от рамки с дверцей, причем в верхней части топки выполнены внутренние верхние каналы отвода продуктов сгорания, полости которых сообщаются с полостью топки и с полостью внешнего канала отвода продуктов сгорания.
В варианте исполнения, внутренние верхние каналы содержат элементы для придания потокам продуктов сгорания вращательного движения в каналах. Такое исполнение позволяет увеличить путь продуктов сгорания от топки к внешнему каналу отвода продуктов сгорания, и, тем самым, повысить их теплоотдачу.
В варианте исполнения, свод топки выполнен наклонным, причем поперечное сечение топки уменьшается от входной части к задней стенке. Такое исполнение позволяет организовать вращение продуктов сгорания в верхних внутренних каналах в виде конической спирали, уменьшить их скорость за счет увеличения проходного сечения каналов, увеличить их путь от топки к внешнему каналу отвода продуктов сгорания, и, тем самым, повысить их теплоотдачу.
В варианте исполнения, свод топки расположен горизонтально. Такое исполнение позволяет упростить технологию сборки печи за счет обеспечения стыковки элементов под прямым углом и одновременно организовать вращение продуктов сгорания в верхних внутренних каналах, увеличить их путь от топки к внешнему каналу отвода продуктов сгорания, и, тем самым, повысить их теплоотдачу.
Для наиболее оптимального использования предложенной универсальной топки, предложен способ ее применения, заключающийся в размещении дров в зоне горения с образованием укладки дров и последующей подачей воздуха между укладкой дров и стенками топки и поджигом дров в укладке, при применении которого, согласно изобретению, укладку дров поджигают по ее периферийным частям, при этом поток воздуха, поступающий через внешние каналы подвода воздуха, разделяют на две части, верхнюю и нижнюю, причем при работе топки осуществляют автоматическое перераспределение расходов верхней и нижней части потока воздуха в зависимости от режима горения топки и вида сжигаемого топлива, затем нижнюю часть потока разделяют, как минимум, на две части и направляют во внутренние каналы подачи воздуха, расположенные в нижних углах топки, затем, через сквозные каналы, выполненные в наклонных стенках указанных каналов, указанные потоки воздуха направляют в зону горения через зазоры, образованные боковыми профилированными стенками топки и укладкой дров таким образом, чтобы обеспечить требуемый режим горения пиролизного газа, выделяющегося из дров при горении их периферийных частей, и последующего горения самих дров, причем продукты сгорания, образовавшиеся при сгорании пиролизного газа и самих дров, направляют во входную профилированную часть канала для отвода продуктов сгорания, при этом верхнюю часть потока воздуха направляют во входную профилированную часть канала для отвода продуктов сгорания вдоль рамки с дверцей и укладки дров,
В варианте применения способа, потокам продуктов сгорания перед подачей во входную профилированную часть трубы придают вращательное движение. Такое решение позволяет увеличить путь продуктов сгорания от топки к внешнему каналу отвода продуктов сгорания, и, тем самым, повысить их теплоотдачу.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез универсальной топки (далее топки), на фиг. 2 показан поперечный разрез топки, на фиг. 3 показана топка в аксонометрии, без передней рамки с дверцей, на фиг. 4 показана топка в аксонометрии. Стрелками показано направление входящих потоков воздуха и выходящих продуктов сгорания.
Предложенная топка содержит боковые 1 и заднюю 2 стенки, свод 3 и низ 4, дверцу 5 с рамкой 6, образующие зону горения, внешние каналы подвода воздуха 7 и отвода 8 продуктов сгорания. Топка выполнена в виде двух разновеликих параллелепипедов 9 и 10, полости которых соединяются между собой. Рамка 6 с дверцей 5 установлена на меньшем параллелепипеде 9, а внешний канал 8 отвода продуктов сгорания размещен на большем параллелепипеде 10. Внешние каналы подвода воздуха 7 внутрь топки расположены в нижней части рамки 6 с дверцей 5, преимущественно, на дверце 5. Низ 4 топки выполнен профилированным с наклонными стенками 11, образующими внутренние каналы подачи воздуха 12, расположенные в нижних углах топки. Полости указанных каналов 12 открываются в полость топки через сквозные каналы 13, выполненные в указанных наклонных стенках 11. Боковые стенки 1 топки выполнены профилированными с выступами 14 на стенках для образования внутренних каналов 15 для подачи воздуха из каналов, расположенных в нижних углах топки, между укладкой дров 16 и упомянутыми стенками, и отвода продуктов сгорания.
Внутри топки, в непосредственной близости от упомянутых внешних каналов подвода воздуха 7, установлен профилированный кронштейн 17, разделяющий полость подачи воздуха в топку на две соединенные между собой полости, и образующий нижнюю полость подачи воздуха 18 внутрь внутренних каналов подачи воздуха 12, расположенных в нижних углах топки, и верхнюю полость 19 между дверцей 5 и зоной горения. Свод 3 топки выполнен наклонным, причем поперечное сечение топки уменьшается от входной части к задней стенке 2. На своде 3 установлен внутренний профилированный канал 20 для отвода продуктов сгорания во внешний канал отвода продуктов сгорания 8. Входная часть внутреннего профилированного канала 20 расположена в непосредственной близости от рамки 6 с дверцей 5. В верхней части топки выполнены внутренние верхние каналы 21 отвода продуктов сгорания, полости которых сообщаются с полостью топки и с полостью внешнего канала 8 отвода продуктов сгорания через внутренний профилированный канал 20.
В варианте исполнения, внутренние верхние каналы 21 содержат элементы 22 для придания потокам продуктов сгорания вращательного движения в каналах.
Предложенная топка может быть использована следующим образом.
В зону горения, образованную боковыми стенками 1, задней 2, сводом 3 и низом 4, через дверцу 5, установленную в рамке 6, укладывают топливо - дрова в виде укладки дров 16 и поджигают по периферийным частям.
Поток воздуха, поступающий через внешние каналы 7 подвода воздуха, разделяют на две части, верхнюю 19 и нижнюю 18 при помощи профилированного кронштейна 17. Нижнюю часть 18 потока разделяют, как минимум, на две части и направляют во внутренние каналы подачи воздуха 12, расположенные в нижних углах топки. Через сквозные каналы 13, выполненные в наклонных стенках 11 каналов 12, указанные потоки воздуха направляют в зону горения через зазоры 15, образованные боковыми выступами 14 на профилированных стенках топки и укладкой дров 16. При горении торцев дров и последующем прогревании их центральной части из-за горения торцев, происходит выделение пиролизного газа из дров, который перемешивается с поступающим воздухом, образует горючую смесь и, таким образом, какое-то время топка работает за счет сжигания пиролизного газа, при этом дрова практически не горят, а происходит их обугливание. При горении пиролизного газа увеличивается температура на периферийных частях столба и происходит автоматическое перераспределение потоков воздуха, поступающего через внешние каналы подвода воздуха 7, при этом большая часть потока поступает к периферийным частям укладки дров, а меньшая - вдоль рамки 6 с дверцей 5 к внутреннему профилированному каналу 20. После окончания горения пиролизного газа, начинают гореть сами дрова в укладке. Температура на периферийных частях укладки дров снижается и снова происходит автоматическое перераспределение потоков воздуха. В этом случае большая часть потока воздуха поступает вдоль рамки 6 с дверцей 5 к внутреннему профилированному каналу 20, а меньшая - в зону горения оставшейся укладки дров.
Продукты сгорания, образовавшиеся при сгорании выделившегося пиролизного газа из укладки дров 16, и продукты сгорания самих дров 16, направляют во внутренний профилированный канал 20 для отвода продуктов сгорания во внешний канал отвода продуктов сгорания 8.
Верхнюю часть 19 потока воздуха направляют вдоль рамки с дверцей во внутренний профилированный канал 20 для отвода продуктов сгорания во внешний канал отвода продуктов сгорания 8.
В варианте применения способа, потокам продуктов сгорания перед подачей во входную профилированную часть трубы придают вращательное движение. Такое исполнение позволяет значительно повысить теплоотдачу продуктов сгорания за счет турбулизации потока и увеличения времени прохождения им участка до выхода в трубу для вывода продуктов сгорания.
Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерного образца предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений, при этом предложенная топка может быть применена в печах любого типа: отопительных, банных и т.д.
Использование предложенного технического решения позволит создать универсальную топку для сжигания топлива, которая может быть использована в любых печах: отопительных, банных и т.д., применение которой позволит упростить конструкцию печи, повысить надежность ее работы, значительно повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.