КОЛПАК ДЛЯ ДЫМОХОДА
CAP FOR FLUE

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к области колпаков для дымоходов,
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Дымоходы используют для выведения продуктов сгорания и других выбросов из каминов, печей и камер сгорания высокой или низкой производительности в окружающую среду. Если силы ветра достаточно, то он уносит и рассеивает продукты сгорания и прочие выбросы, и уровень загрязнения воздуха не достигает больших величин. Однако в безветренные зимние ночи часто происходит температурная инверсия, удерживающая дым близко к земле, что приводит к повышению уровня загрязнения.
Многие типовые камеры сгорания высокой или низкой производительности, камины, печи, а также установки для сжигания дерева сжигают топливо неэффективно или не полностью. Несгоревшие частицы смешиваются с продуктами сгорания, поступающими из канала дымохода, и увеличивают объем веществ, загрязняющих воздух.
Проблема большинства существующих дымоходов заключается в том, что атмосферное давление оказывает сопротивление потоку продуктов сгорания и выбросов на пути из камина к верхней части дымохода. Как правило, атмосферное давление создает давление сопротивления, равное примерно 14 psi (psi - фунт на квадратный дюйм; 1psi=6 894,8 Па), внутри дымохода. Давление ветра и/или низкое атмосферное давление могут увеличить это сопротивление. Ветер создает обратную тягу внутри канала дымохода. Эта обратная тяга может привести к тому, что продукты сгорания и выбросы будут проникать из камина в помещения, например, при открытой дверце установки для сжигания дерева.
Указанное сопротивление также может вызвать отложение сажи на стенки канала дымохода. Отложения сажи создают дополнительное сопротивление потоку продуктов сгорания и выбросов, проходящих по каналу дымохода. Кроме того, сажа поглощает воду, например, в ночное время, из-за чего объем выбросов из канала дымохода увеличивается.
Существует большое количество крышек или колпаков для дымоходов, которые можно установить на уже существующий дымоход. В случае применения обычной крышки, прежде чем попасть во внешнюю среду, продукты сгорания и выбросы вынуждены менять направление движения внутри крышки. Смена направления усиливает сопротивление, оказываемое на отработавшие газы внутри канала дымохода.
Сопротивление, вызываемое обратной тягой, отложениями сажи, и крышкой, снижает кпд камина и дымохода и увеличивает объем выброса несгоревших частиц из канала дымохода.
Задачей по меньшей мере предпочтительного варианта реализации данного изобретения является создание колпака для дымохода, который создавал бы пониженное давление в канале дымохода и таким образом снижал бы количество выбросов из дымохода, или по меньшей мере был полезным альтернативным вариантом для конечного потребителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Термин "включает", используемый в настоящем описании, означает "состоящий по меньшей мере частично из", т.е. при интерпретации утверждений из данного описания, содержащих слово "включает" должны быть представлены все признаки, перед названиями которых стоит этот термин, но могут быть представлены и дополнительные признаки. Родственные термины, такие как "включающий" и "включать", должны быть интерпретированы таким же образом.
В первом аспекте, изобретение по существу является колпаком для дымохода, включающим:
корпус, выполненный с возможностью охвата по меньшей мере верхней части дымохода и содержащий расширительную камеру для улавливания выбросов из верхней части дымохода;
рассеиватель для рассеивания выбросов из верхней части дымохода в расширительную камеру;
по меньшей мере одно воздушное впускное отверстие, выполненное с возможностью поступления через него воздуха в расширительную камеру;
по меньшей мере одно выпускное отверстие, выполненное с возможностью выхода через него воздуха или выбросов из расширительной камеры,
отличающийся тем, что корпус выполнен таким образом, что выбросы, выходящие из верхней части дымохода, рассеиваются и расширяются, поступая в расширительную камеру, а внутри корпуса обеспечено создание пониженного давления для тяги выбросов из верхней части дымохода в расширительную камеру.
Выбросы могут представлять собой продукты сгорания камер сгорания высокой или низкой производительности, каминов, печей или установок для сжигания дерева. Кроме того, в выбросах могут содержаться несгоревшие горючие частицы.
В предпочтительном варианте реализации корпус выполнен таким образом, чтобы пониженное давление внутри корпуса обеспечивало тягу воздуха из указанного по меньшей мере одного воздушного впускного отверстия в расширительную камеру.
В предпочтительном варианте реализации, рассеиватель содержит рассеивающий конус.
В предпочтительном варианте реализации, корпус выполнен с возможностью прикрепления к крыше здания. Корпус в соответствии с предпочтительным вариантом реализации охватывает часть дымохода от крыши до его верхней части.
В предпочтительном варианте реализации расширительная камера выполнена с возможностью прохождения в направлении вверх от верхней части дымохода. Площадь поперечного сечения расширительной камеры достаточно больше площади поперечного сечения существующего дымохода.
В предпочтительном варианте реализации, указанное по меньшей мере одно воздушное впускное отверстие образовано по меньшей мере одной внутренней поверхностью корпуса. В альтернативном варианте реализации указанное по меньшей мере одно воздушное впускное отверстие является каналом или трубкой для поступления воздуха в расширительную камеру. В предпочтительном варианте реализации колпак содержит четыре воздушных впускных отверстия, выполненных с возможностью поступления воздуха через них в расширительную камеру.
В предпочтительном варианте реализации корпус имеет форму рукава, имеющего нижний конец и верхний конец. Предпочтительно, чтобы колпак дополнительно содержал решетку, расположенную над верхним концом рукава. Решетка предпочтительно должна быть выполнена с возможностью обеспечения противодавления в расширительную камеру. Предпочтительно чтобы, решетка по существу являлась плоской пластиной с отверстиями. В предпочтительном варианте реализации, отверстия расположены вблизи краев пластины, а в ее центральной части отверстия отсутствуют.
В предпочтительном варианте реализации, корпус имеет по существу прямоугольное сечение и имеет четыре стенки и четыре угла. В еще более предпочтительном варианте реализации корпус имеет по существу квадратное поперечное сечение. В предпочтительном варианте реализации четыре указанных воздушных впускных отверстия определены четырьмя углами рукава.
Существующие дымоходы имеют, по существу, круглое поперечное сечение. В предпочтительном варианте реализации корпус имеет такие размеры, что каждая из четырех стенок касается дымохода или расположена в непосредственной близости от него после установки колпака на существующем дымоходе.
Во втором аспекте данного изобретения оно является набором, содержащим колпак для дымохода в соответствии с вышеприведенным описанием и дымоход.
В предпочтительном варианте реализации, корпус охватывает часть дымохода от крыши до его верхней части.
В предпочтительном варианте реализации, расширительная камера имеет большую площадь поперечного сечения, чем существующий дымоход.
В соответствии с аспектом изобретения, колпак для дымохода может быть либо прикреплен к дымоходу, либо быть единым целым с ним.
Второй аспект может включать по меньшей мере один признак первого аспекта.
Множество изменений в конструкции, вариантов реализации и применения данного изобретения будут очевидны, для специалистов в данной области, и при этом данные изменения не будут выходить за область изобретения, определенной в формуле изобретения. Описания и разъяснения приведены в данном документе в иллюстративных целях и не направлены на ввод каких-либо ограничений. В тех случаях, когда в данном документе упоминаются элементы, которые имеют известные эквиваленты в данной области, к которым данное изобретение имеет непосредственное отношение, то эти известные эквиваленты должны рассматриваться как включенные в данное изобретение, как будто они внедрены отдельно.
В настоящем описании дополнение “(ы)”, стоящее за существительным, означает множественное и/или единственное число данного имени существительного.
В настоящем описании конструкция “и/или” означает “и” или “или”, или же, в тех случаях, когда контекст позволяет это, и то, и другое.
Настоящее изобретение соответствует вышеизложенному и также предусматривает возможность существования конструкций, примеры которых приведены далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
При описании настоящего изобретения будут использованы ссылки на сопровождающие его чертежи, в которых:
Фигура 1 представляет собой вид сверху первого предпочтительного варианта реализации колпака для дымохода, установленного на существующем дымоходе на здании;
Фигура 2 представляет собой вид сбоку согласно Фигуре 1 первого предпочтительного варианта реализации колпака для дымохода, так же показан разрез, показывающий внутреннюю сторону колпака и существующего дымохода;
Фигура 3 представляет собой вид сверху второго предпочтительного варианта реализации колпака для дымохода, установленного на существующем дымоходе на здании; и
Фигура 4 представляет собой вид сбоку согласно Фигуре 4 второго предпочтительного варианта реализации колпака для дымохода, так же показан разрез, показывающий внутреннюю сторону колпака и существующего дымохода.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ
На Фигурах 1 и 2 представлен предпочтительный вариант реализации колпака 1, установленного на существующем дымоходе 101. Дымоход может быть дымоходом, предназначенном для сочетания с камерами сгорания высокой или низкой производительности, каминами, печами, а также установками для сжигания дерева. Существующий дымоход содержит корпус 103, колпак 105 и канал 107.
Существующий корпус обычно содержит гибкую накладку 109 для соединения с крышей здания. Каждый из вышеперечисленных элементов: корпус 103, колпак 105 и канал дымохода 107 имеет в сущности круглое поперечное сечение.
Колпак 1 содержит корпус 3, который охватывает верхнюю часть существующего дымохода 101. При установке на уже существующий дымоход колпак 1 прикрепляют к нижней части указанного дымохода или около нее таким образом, чтобы он располагался выше, охватывая и верхнюю часть указанного дымохода. Колпак 1 прикрепляют к существующему дымоходу четырьмя скобками 5.
Корпус 3 содержит расширительную камеру 7 для улавливания выбросов из верхней части существующего дымохода 101. При установке колпака 1 на дымоход расширительная камера 7 проходит в направлении вверх от верхней части дымохода. Площадь сечения расширительной камеры 7 больше, чем площадь сечения существующего канала дымохода 107.
Как видно на Фигурах 1 и 2, корпус 3 содержит четыре боковые стенки 6 и четыре угла 8. Корпус имеет по существу квадратное поперечное сечение, по существу прямоугольное при виде сбоку. Размеры корпуса таковы, что каждая из четырех стенок касается дымохода или расположена в непосредственной близости от него после установки колпака на существующем дымоходе. Предпочтительным будет вариант, при котором размеры корпуса будут выбраны или выполнены в зависимости от размеров существующего дымохода. Как видно на Фигуре 2, четыре воздушных впускных отверстия 9 располагаются в углах корпуса 3 между корпусом дымохода 103, колпаком 105 и каналом 107 существующего дымохода. Воздушные впускные отверстия 9 ведут из нижней части корпуса вверх к расширительной камере 7 и обеспечивают возможность поступления в нее свежего воздуха из области, лежащей за пределами колпака.
Как видно на Фигуре 2, колпак 1 также содержит решетку 11, закрывающую выходное отверстие. Решетка содержит отверстия 13, расположенные в углах. С помощью решетки 11 предотвращается попадание в колпак 1 и в существующий канал дымохода 107 дождевой воды, грязи, птиц или прочих мелких животных. В предпочтительном варианте решетка 11 выполнена с возможностью обеспечения противодавления в расширительную камеру 7. Отверстия расположены вблизи краев решетки и отсутствуют в ее центральной части. В одном из вариантов реализации общая площадь отверстий примерно в 2,5 раза превышает площадь существующего канала дымохода 107. Однако было бы предпочтительнее, если бы это соотношение не было фиксировано. Было бы предпочтительнее, если бы размеры отверстий были бы выбраны или выполнены в зависимости от размера существующего дымохода. Например, при применении на дымоходе больших размеров отверстия решетки должны быть шире.
Колпак также оснащен рассеивающим конусом 15. После установки рассеивающий конус 15 располагается над верхней частью существующего канала дымохода 107, над расширительной камерой 7. Рассеивающий конус 15 крепится к решетке 11 и находится между решеткой и расширительной камерой. Рассеивающий конус 15 в предпочтительном варианте реализации содержит дождевой разбрызгиватель 17. Дождевой разбрызгиватель представляет собой кольцеобразный элемент, содержащий наклонную боковую стенку. Боковая стенка направлена вниз, от внешней стороны конуса к расширительной камере.
Корпус 3 в предпочтительном варианте реализации выполнен из нержавеющей стали, согнутой для придания ей требуемой формы. Таким образом, корпус содержит скругленные углы 8. Корпус, представленный на рисунке, предназначен для использования на по существу плоской крыше. В соответствии с этим корпус имеет по существу горизонтальную нижнюю кромку 21. В альтернативном варианте колпак для дымохода может быть применен на крыше, имеющей наклонный профиль или даже искривленный профиль. Нижней кромке корпуса можно придать такую форму, которая будет соответствовать профилю крыши.
Решетка 11 выполнена из листового металлопроката. В предпочтительном варианте реализации отверстия пробиваются или прорезаются в листе металла в ходе изготовления. По альтернативному варианту решетка 11 может представлять собой литую или кованую деталь, а отверстия могут быть проделаны в ходе процесса литья.
Компоненты колпака в предпочтительном варианте реализации выполняют по отдельности и потом сваривают вместе. В альтернативном варианте реализации некоторые компоненты могут быть выполнены как единое целое. Например, решетка может быть изначально выполнена с корпусом.
В предпочтительных вариантах реализации каждый компонент колпака для дымохода 1 изготавливают из нержавеющей стали. В альтернативных вариантах реализации компоненты могут быть изготовлены из любого другого подходящего металла, такого как, например, мягкая сталь или сплав алюминия. Эти компоненты могут пройти гальваническую обработку или быть покрашены в целях защиты от коррозии или в эстетических целях.
Поток отработавших газов и других выбросов из верхней части дымохода проходит через колпак и далее - во внешнюю среду, как это показано стрелочками на Фигуре 2. Выбросы будут содержать продукты сгорания и несгоревшие частицы. Отработавшие газы и другие выбросы из существующего дымохода будут выбрасываться из верхней части дымохода. По мере выхода из существующего канала дымохода выбросы будут наталкиваться на рассеивающий конус 15 и будут рассеиваться в расширительной камере 7. Наклон рассеивающего конуса приводит к тому, что выбросы из существующего дымохода отклоняются примерно на 90 градусов от основного направления движения.
Отработавшие газы будут расширяться и рассеиваться в расширительной камере 7. Естественно, что по мере того как газы расширяются в расширительной камере, их давление будет понижаться. Пониженное давление, создаваемое внутри корпуса, будет привлекать или нагнетать свежий воздух из воздушных впускных отверстий 9 в расширительную камеру. Пониженное давление внутри корпуса также будет привлекать или нагнетать в нее большее количество отработавших газов и выбросов из существующего канала дымохода 107. Работа колпака для дымохода является саморегулирующейся, благодаря чему дополнительный воздух будет привлекаться или нагнетаться из воздушных впускных отверстий 9 по мере того, как будет возникать потребность в нем.
Указанное пониженное давление в корпусе меньше давления в нижней части дымохода. Оно также меньше атмосферного давления вне корпуса.
При условии достижения температурой уровня воспламенения несгоревших выбросов в расширительной камере 7 и обеспечения поступления в нее свежего воздуха в указанной камере 7 и/или над ее решеткой может происходить горение. Температура воспламенения углерода равняется примерно 400°С. Соответственно несгоревший углерод, содержащийся в выбросах, будет сжигаться, когда температура будет равна или превышать, к примеру, около 400°С. Предпочтительно, выбросы проходящие по существующему каналу дымохода 107 обладают температурой воспламенения или более высокой температурой. При привлечении свежего воздуха из воздушных впускных отверстий 9, несгоревшие выбросы будут сжигаться.
По мере того как отработавшие газы и выбросы привлекаются или нагнетаются через канал существующего дымохода 107, в расширительной камере 7 образуется воронка или воздушный круговорот, образующий пустоты или области пониженного давления над решеткой, в частности над углами корпуса. Указанные пустоты обеспечивают небольшое противодавление, которое привлекает или нагнетает воздух внешней среды таким образом, что он проходит сквозь решетку 11 в расширительную камеру и противодействует отработавшим газам, покидающим ее. В ходе эксплуатации было замечено, что углы решетки холоднее остальных частей корпуса. Воздух, привлекаемый или нагнетаемый в расширительную камеру, обозначен стрелками с литерой “В” на Фигуре 2. Внешний воздух смешивается с отработавшими газами и выбросами внутри расширительной камеры 7. Указанное противодавление сжимает продукты сгорания и выбросы внутри нее, тем самым удерживая их в течение периода времени, достаточного по меньшей мере для того, чтобы несгоревшие выбросы могли бы сгореть прежде, чем выйти в атмосферу из расширительной камеры через решетку 11. Отработавшие газы и выбросы будут покидать корпус через решетку и будут выходить как в вертикальном направлении, так и по спирали из-за воронки, образовавшейся в расширительной камере 7.
Считается, что при заземлении колпака сокращается уровень выбросов по сравнению с обратной ситуацией. Колпак может быть заземлен при установке на бетонный дымоход, кирпичный дымоход, дымоход с металлическим отражателем, баком для нагрева воды или при прохождении по крыше водопроводной трубы и т.д. Считается, что из-за быстрого сжигания выбросов, частицам выбросов сообщается электростатический заряд, а решетка отталкивает заряженные частицы выбросов, не позволяя им сгорать после их выхода через решетку.
Как видно на Фигурах 3 и 4, колпак 1 по второму предпочтительному варианту реализации показан установленным на уже существующем дымоходе 101. За исключением случаев, описанных ниже, признаки и применение считаются такими же, какими они представлены выше - применительно к первому варианту реализации. Для обозначения соответствующих позиций применяют подобные номера, с добавлением “200”.
Второй вариант реализации отличается от первого варианта тем, что рассеивающий конус 215 не присоединен к решетке 211. Во втором предпочтительном варианте реализации рассеивающий конус 215 присоединен к существующему каналу дымохода через опорную конструкцию 231. В показанном предпочтительном варианте реализации опорная конструкция 231 содержит кронштейны 233, которые поддерживают конус над верхней частью дымохода. В альтернативном варианте опорная конструкция может содержать компоненты, соединяющие конус, например, с корпусом или с решеткой.
Второй вариант реализации также отличается от первого варианта реализации тем, что решетка выполнена из сетчатого листа, а не из листа материала, в котором пробиты или прорезаны отверстия.
При применении колпака 1 по первому или второму предпочтительному варианту реализации на дымоходе давление внутри существующего канала дымохода будет понижено. Объем несгоревших частиц также будет ниже, по сравнению с дымоходом без колпака. Применение колпака 1 по первому или второму предпочтительному варианту реализации на дымоходе приводит к повышению КПД камина и дымохода, что приводит к уменьшению затрат древесного топлива по сравнению с дымоходом без колпака. Помимо этого, колпак по предпочтительному варианту реализации сокращает выбросы примерно в течение первых шести минут после зажигания огня.
Применение колпака 1 по первому или второму предпочтительному варианту реализации в сочетании с дымоходом ведет к повышению эффективности и позволяет подсоединить к дымоходу систему подогрева воды.
Предпочтительные варианты реализации изобретения были описаны только для примера, и могут быть сделаны их модификации, не выходящие за объем изобретения.
Например, в предпочтительном варианте реализации описан колпак для уже существующего дымохода, который прикрепляют к данному дымоходу. Однако колпак может быть изготовлен как часть дымохода, до его установки на здании.
В описанных предпочтительных вариантах реализации колпак имеет по существу квадратное поперечное сечение. В альтернативном варианте колпак может иметь любое подходящее поперечное сечение, прямоугольное или, например, округлое.
В описанных предпочтительных вариантах реализации воздушные впускные отверстия образованы в углах корпуса. В альтернативном варианте данные отверстия могут быть заранее предусмотрены в корпусе. Например, колпак может быть снабжен каналами или трубами для поступления воздуха в расширительную камеру.
Колпак можно применять на существующих дымоходах, имеющих не округлое поперечное сечение. Например, колпак можно применять на существующем дымоходе, который имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение.
Было бы предпочтительным, если бы размеры колпака, включая отверстия в корпусе и решетке, были бы выбраны или выполнены в зависимости от размеров или площади существующего дымохода.