КОТЕЛ ОТОПЛЕНИЯ, РАБОТАЮЩИЙ НА ДРОВАХ
HEATING BOILER OPERATING ON FIREWOOD

Изобретение относится к водонагревательным устройствам и может использоваться для обогрева малоэтажных зданий, индивидуальных домов, а также различных бытовых и промышленных объектов.
Известен водогрейный котел по авторскому свидетельству №365533, содержащий заключенные в водяную рубашку топку и дымоход, расположенную в топке водоохлаждаемую колосниковую решетку и дымовую трубу, при этом с целью увеличения поверхности нагрева и повышения давления воды в системе отопления дымовая труба заключена в водоохлаждаемый кожух, соединенный по воде с рубашкой, а нижняя часть кожуха выполнена в виде конфузора.
Известен водогрейный котел по патенту №2133413, содержащий дымовую трубу, снабженную водяной рубашкой с патрубком отвода воды в верхней части рубашки, трубу подвода холодной воды, топку с расположенными в ней водоохлаждаемыми верхней, задней и двумя боковыми секциями, между которыми размещены верхняя группа теплообменных элементов на выходе дымовых газов и нижняя группа теплообменных элементов, при этом верхняя водоохлаждаемая секция выполнена с подъемом под углом 3-5° к горизонтали, а верхняя группа теплообменных элементов и труба подвода холодной воды установлены под углом 8-10° к противоположным стенкам боковых секций.
Известен водогрейный котел по патенту №2409793, содержащий дымовую трубу, снабженную водяной рубашкой с патрубком отвода воды в верхней части рубашки, трубу подвода холодной воды, топку с расположенными в ней водоохлаждаемыми верхней, задней и двумя боковыми секциями, между которыми размещены верхняя группа теплообменных элементов и нижняя группа теплообменных элементов с колосником, причем верхняя водоохлаждаемая секция выполнена с подъемом под углом 3-5° к горизонтали, а верхняя группа теплообменных элементов установлена под углом 8-10° к противоположным стенкам боковых секций, при этом котел дополнительно содержит нижнюю водоохлаждаемую секцию, а верхняя группа теплообменных элементов состоит из двух теплообменных элементов, каждый из которых выполнен из труб, соединенных между собой пластинами, и расположенных один над другим, причем нижний теплообменный элемент установлен с зазором относительно задней водоохлаждаемой секции, а верхний теплообменный элемент установлен с зазором по отношению к передней стенке. Водогрейный котел по патенту №2409793 может быть принят за прототип.
Недостатком всех вышеупомянутых водогрейных котлов является низкая производительность из-за быстрого сгорания топлива.
Технические результаты, достигаемые при использовании заявляемого изобретения:
- снижение расхода топлива;
- повышение производительности, то есть увеличение длительности горения топлива более чем в 2 раза;
- универсальность;
- повышение экономичности при использовании.
Технические результаты достигаются за счет того, что в котле отопления, работающем на дровах, содержащем корпус с как минимум одной дверцей, патрубки подвода и отвода воды и дымовую трубу, причем верхняя, нижняя, задняя и боковые стенки корпуса, а также стенки дымовой трубы выполнены полыми, при этом внутренние полости вышеуказанных стенок выполнены с возможностью сообщения как между собой, так и с патрубками подвода и отвода воды, корпус разделен горизонтальными полыми перегородками на топки, причем перегородки в длину выполнены короче длины корпуса и прикреплены к передней или задней части корпуса в шахматном порядке, полости перегородок сообщаются с полостями в стенках корпуса; котел содержит вентиляционные трубы, горизонтально прикрепленные к корпусу, предназначенные для подачи воздуха в зону начала горения каждой топки.
Корпус котла может быть разделен на топки двумя горизонтальными полыми перегородками.
Горизонтальные полые перегородки могут быть прикреплены к передней или задней части корпуса в шахматном порядке.
Дымовая труба может быть расположена в передней части корпуса.
Корпус может быть разделен как минимум на две топки.
На дымовой трубе может быть установлен теплообменник.
Вентиляционные трубы могут быть снабжены ограничителями из арматурной проволоки.
Вентиляционные трубы могут быть снабжены заслонками, расположенными на корпусе.
Корпус котла может быть выполнен из металла.
Разделение корпуса котла горизонтальными перегородками позволяет получить несколько топок. Горизонтальные перегородки выполнены полыми и предназначены для заполнения водой. Такое решение позволяет отделить одну топку от другой и обеспечить независимое горение топлива в каждой из топок благодаря водной изоляции. Кроме того, вода в полостях перегородок очень быстро нагревается благодаря непосредственной близости к огню. Таким образом, наличие полых горизонтальных перегородок позволяет не только получить несколько топок в одном корпусе, но и повысить эффективность работы котла за счет быстрого нагревания воды в полостях перегородок.
Полости горизонтальных перегородок должны сообщаться с полостями корпуса и дымовой трубы для обеспечения циркуляции холодной и горячей воды.
Крепятся горизонтальные перегородки к передней или задней стенке корпуса, а также к боковым стенкам корпуса. В длину перегородки выполнены короче длины корпуса для того, чтобы между передней или задней стенкой корпуса (в зависимости от того, к какой из стенок - передней или задней - прикреплена перегородка) и краем самой перегородки оставался зазор. Таким образом, перегородки крепятся к корпусу с трех сторон - передней или задней и двух боковых, а одна и сторон отстает от стенки корпуса. Этот зазор необходим для сообщения топок между собой, то есть для обеспечения непрерывного процесса горения. Этой же цели служит и шахматное размещение горизонтальных перегородок внутри корпуса, то есть перегородки поочередно крепятся то к передней, то к задней стенкам корпуса. Таким образом общая топка внутри корпуса принимает зигзагообразный вид, и горение топлива происходит непрерывно, переходя из одной топки в другую через зазор. Такой процесс горения позволяет экономить топливо за счет того, что дрова горят не целиком, а поочередно в каждой из топок, то есть время горения одного и того же объема дров увеличивается и за это время успевает нагреться больший объем воды.
Работа всего котла основана на обеспечении возможности горения только конечной части дров. Под конечной частью понимается стык целая часть полена - сгоревшая часть полена. Таким образом, горение дров начитается в зоне начала горения первой (самой верхней) топки, в месте начального поджигания дров, а потом горение продолжается только на стыке целая часть полена - сгоревшая часть полена, то есть горят только концы дров. Это позволяет значительно экономить топливо и увеличивать продолжительность горения, а значит, повышать экономичность использования заявляемого котла.
Для обеспечения возможности такого горения дымовая труба может быть расположена в передней части корпуса, ближе к дверцам. Благодаря такому расположению трубы начало горения происходит в зоне тяги от дверцы до дымовой трубы, то есть дрова поджигаются около дверцы. После этого гореть продолжают только концы дров, и пламя по мере горения продвигается к задней стенке котла. После того как топливо в первой топке прогорает, пламя через зазор перекидывается во вторую (сверху) топку. Для обеспечения возможности подачи кислорода в зону начала горения второй топки, которая находится около задней стенки котла, для создания необходимой тяги в заявляемом решении предусмотрено наличие вентиляционных труб. Целесообразно выполнять котел таким образом, чтобы вентиляционные трубы крепились к передней части корпуса. Это позволит повысить удобство при эксплуатации. Вентиляционная труба должна быть такой длины, чтобы она могла обеспечить доступ кислорода именно в зону начала горения каждой из топок. Таким образом, если зона начала горения топки расположена ближе к передней части корпуса, вентиляционная труба должна быть по длине соизмерима с зазором между краем перегородки и стенкой корпуса. Если же зона начала горения топки расположена около задней части корпуса, вентиляционная труба должна быть по длине соизмерима с длиной горизонтальной перегородки.
Для обеспечения возможности расположения дымовой трубы как в передней части корпуса, так и в задней, в верхней топке также предусмотрено наличие вентиляционной трубы. При расположении дымовой трубы в передней части корпуса наличие вентиляционной трубы, соизмеримой с зазором между краем перегородки и стенкой корпуса, позволяет обеспечить свободный доступ кислорода к входу дымовой трубы для создания необходимой тяги при плотно закрытой дверце. При расположении дымовой трубы в задней части корпуса вентиляционная труба должна быть соизмерима с длиной горизонтальной перегородки, чтобы обеспечить доступ кислорода к входу дымовой трубы и создать необходимую тягу.
При расположении дымовой трубы в задней части корпуса дрова закладываются в верхнюю топку около задней стенки, то есть у основания дымовой трубы, и поджигаются. Пока эти дрова разгораются, топливо закладывается в оставшуюся свободную часть верхней топки и в топки, которые расположены ниже. После этого горение дров происходит так же, как если бы труба располагалась в передней части котла, то есть постепенно, переходя из верхних топок в нижние.
Таким образом, длина вентиляционной трубы той или иной топки будет зависеть от расположения перегородки и дымовой трубы так, чтобы обеспечить подачу кислорода именно к зоне начала горения и создать необходимую тягу для обеспечения постепенного горения топлива. При этом зона начала горения самой верхней топки расположена у основания дымовой трубы, а зона горения нижележащей топки расположена вблизи свободного края вышележащей перегородки.
Для более удобного использования заявляемого котла вентиляционные трубы могут быть дополнительно снабжены ограничителями из арматурной проволоки. Такие ограничители необходимы при использовании пыжей из бумаги, картона или других легковоспламеняющихся материалов. Пыжи могут вставляться в вентиляционные трубы, во-первых, для перекрывания поступления воздуха в нижние топки и обеспечения начала подачи воздуха в нужный момент. Для этого они выполняются по диаметру вентиляционных труб, вставляются в вентиляционные трубы нижних топок и продвигаются при помощи шомпола до конца трубы. В данном случае и необходим ограничитель, чтобы пыж не вывалился из вентиляционной трубы в топку. Во-вторых, использование пыжей позволяет ускорить возгорание топлива в зоне начала горения нижних топок. Когда в верхней топке все дрова прогорают, угли через зазор между краем перегородки и стенкой корпуса попадают в топку, расположенную ниже. При наличии в этой топке пыжа искры попадут на легковоспламеняемый материал, и пыж выполнит функцию растопки.
Ограничители на вентиляционных трубах целесообразно выполнять из арматурной проволоки из-за ее высокой жаропрочности.
Вентиляционные трубы могут быть дополнительно снабжены заслонками, расположенными на корпусе заявляемого технического решения. Заслонки необходимы для регулирования количества поступаемого по вентиляционным трубам в топку воздуха.
Заявляемый котел может быть дополнительно снабжен теплообменником, расположенным на дымовой трубе. Такой теплообменник устанавливается на дымовую трубу с образованием кольцевой полости, если дымовая труба круглая, или полости иной формы, в зависимости от формы трубы. Также теплообменник снабжен патрубками для подвода и отвода воды, причем патрубки для подвода и отвода воды сообщаются с полостью, образованной внутри теплообменника. Теплообменник позволяет обеспечить, в случае необходимости, дополнительный подогрев воды для горячего водоснабжения. Целесообразно приваривать теплообменник к дымовой трубе и корпусу котла для герметизации и улучшения теплопередачи.
Заявляемый котел может работать и на угле. В этом случае он будет работать как обычный котел без эффекта постепенного горения топлива. Для этого корпус котла должен быть дополнительно снабжен колосником, установленным в днище котла, и зольником. Зольник может быть выполнен из металла или кирпича.
Корпус котла целесообразно выполнять из металла, поскольку металлы обладают высокой температурой плавления и большой теплопроводностью.
На фиг.1 показан общий вид заявляемого котла отопления, работающего на дровах.
На фиг.2 показан продольный разрез заявляемого котла отопления, работающего на дровах.
На фиг.3 показан поперечный разрез заявляемого котла отопления, работающего на дровах.
На фиг.4 показан продольный разрез заявляемого котла отопления, работающего на дровах, с дымовой трубой, расположенной в задней части корпуса.
Согласно чертежам заявляемый котел отопления, работающий на дровах, состоит из корпуса (1) с полостями внутри стенок (2), патрубка для подвода холодной воды (4), расположенного в нижней части корпуса (1), и дымовой трубы (3) также с полостями внутри стенок (2). Дымовая труба (2) расположена в передней части корпуса (1). В верхней части дымовой трубы (3) расположен патрубок отвода горячей воды (5). На передней стенке корпуса (1) снаружи размещены дверцы (6), предназначенные для закладки дров.
Внутри корпуса (1) образованы три топки (9), (10) и (11). Эти топки получены путем разделения внутреннего пространства корпуса (1) на три части при помощи горизонтальных перегородок (7) и (8). Причем горизонтальные перегородки (7) и (8) внутри выполнены полыми и эти полости сообщаются с полостями в стенках корпуса (1). Горизонтальная перегородка (7) прикреплена к стенкам корпуса (1) в передней его части, а горизонтальная перегородка (8) прикреплена к стенкам корпуса (1) в задней его части. Внутри топки (10) размещена вентиляционная труба (12), а внутри топки (11) - вентиляционная труба (13). Вентиляционные трубы (12) и (13) одним концом прикреплены к передней стенке корпуса (1), а на другом конце каждой из труб размещены ограничители (14) и (15), которые изготовлены из арматурной проволоки. Снаружи на передней стенке корпуса (1) в месте крепления к нему вентиляционных труб (12) и (13) расположены заслонки (16) и (17), предназначенные для регулирования количества воздуха, поступающего в топки (10) и (11).
На дымовой трубе (3), в нижней ее части расположен теплообменник (18) с полостями внутри стенок. В нижней части теплообменника (18) расположен патрубок для подвода холодной воды (19), а в верхней его части расположен патрубок для отвода горячей воды (20). Полости внутри стенок дымовой трубы (3) сообщаются с патрубками (19) и (20) для обеспечения возможности циркуляции холодной и горячей воды.
Котел отопления может различаться размещением горизонтальных перегородок, но принцип горения топлива в таких котлах используется один и тот же. В качестве топлива могут использоваться дрова любых пород древесины. Размер самого котла также может быть различным в зависимости от объема помещения, необходимого температурного режима, теплоизоляции помещения, необходимой продолжительности горения топлива при разовой закладке дров и желании потребителя.
Вода в полости (2) корпуса котла (1), полости горизонтальных перегородок (7) и (8), а также в полости дымовой трубы (3) подается через патрубок подвода воды (4). Дрова закладываются во все топки как можно плотнее, нижняя дверца закрывается плотно, а в вентиляционные трубы (12) и (13) вставляются бумажные пыжи, скатанные в шар по диаметру труб. Бумажные пыжи продвигаются при помощи шомпола до конца каждой вентиляционной трубы до упора в ограничители (14) и (15), которые изготовлены из арматурной проволоки и приварены на концы вентиляционных труб. Таким образом, поступление воздуха в топки (10) и (11) перекрыто. Дрова, находящиеся в топке (9), поджигаются, верхняя дверца закрывается не плотно, обеспечивая доступ воздуха к месту горения. Дымовая труба (3) расположена в передней части котла, поэтому горение происходит в зоне тяги от верхней дверцы до дымовой трубы. Поскольку доступ воздуха в топку (9) ограничен верхней дверцей, кислород сгорает в зоне тяги до тех пор, пока дрова, находящиеся между верхней дверцей и дымовой трубой, не прогорают полностью. После этого горят только концы дров, так как дымовая труба находится позади зоны горения. Таким образом, пламя по мере горения дров продвигается к задней стенке котла. Дрова, находящиеся в топке (10), отделены от дров в топке (9) горизонтальной перегородкой (7), полость которой заполнена водой. Между перегородкой (7) и задней стенкой котла имеется зазор, соединяющий топки (9) и (10). Когда горение дров в топке (9) дойдет до задней стенки котла, горящие угли упадут на дрова, находящиеся в топке (10), эти дрова воспламенятся, бумага в вентиляционной трубе (12) сгорит и воздух начнет поступать в топку (10). Поскольку воздух будет поступать в конец топки (10) и в ограниченном количестве, гореть будут только концы дров. Так огонь постепенно будет продвигаться по топке (10) к передней стенке котла. Дрова, находящиеся в топке (11), отделены от дров в топке (10) горизонтальной перегородкой (8), полость которой также заполнена водой. Между перегородкой (8) и передней стенкой котла имеется зазор, соединяющий топки (10) и (11). Когда горение дров в топке (10) дойдет до передней стенки котла, угли упадут на дрова, находящиеся в топке (11). Дрова, которые находятся в топке (11), воспламенятся, бумага в вентиляционной трубе (13) сгорит и воздух начнет поступать в топку (11). Горение дров в топке (11) будет происходить аналогично горению в топке (10). Вода, нагретая в корпусе котла (1), горизонтальных перегородках (7) и (8), а также в дымовой трубе (3), будет подниматься вверх к патрубку отвода воды (5), соединенному с системой отопления.
На котле дополнительно установлен теплообменник (18), через который проходит дымовая труба (3). Холодная вода подается под постоянным давлением через патрубок подвода воды (19), нагревается она от дымохода (3), а затем нагретая вода поднимается вверх теплообменника и выходит через патрубок отвода воды (20).
Если дымовая труба (3) расположена в задней части котла, дрова закладываются в конец топки (9) и поджигаются. Пока дрова разгораются, топливом заполняются оставшаяся часть топки (9) и топка (10). В топку (9) воздух будет поступать через вентиляционную трубу (12), а в топку (10) - через вентиляционную трубу (13). Горение дров в топках (9) и (10) будет происходить, как уже было описано выше.
Заявляемое техническое решение устраняет все недостатки, имеющиеся в аналогах, и, кроме того, является простым в производстве.