УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к устройствам для комбинированного, преимущественно воздушного, обогрева помещений различного назначения и может найти применение в быту, в строительстве, в сельском хозяйстве и для оборудования бань стационарного и мобильного типов при использовании всех видов твердого топлива.
Известно воздушно-отопительное устройство на твердом топливе (патент ЕР №0231424, опубл. 30.07.1987), содержащее цилиндрическую камеру сгорания, корпус которой окружен трубчатыми дугами, расположенными одна за другой с одинаковым перекрытием. Верхние и нижние торцы конвективных трубчатых дуг открыты в направлениях, параллельных горизонтальной плоскости. В передней торцовой стенке камеры сгорания имеется дверца для загрузки топлива, а в верхней зоне ее задней торцевой стенки выполнен свод для дымовых газов. Верхняя зона перед задней торцевой стенкой отгорожена листом, в которую подается вторичный подогретый воздух, поступающий от передней торцевой стенки через камеру сгорания по подающему патрубку.
Недостатками этого отопительного устройства являются:
- узкое функциональное назначение;
- расположение конвективных труб в шахматном порядке у поверхности корпуса обеспечивает не более 25% возможной площади теплопередачи;
- высокая трудоемкость из-за нетехнологичности конструкции корпуса и относительно большого количества сварочных работ.
Известна печь конвекционная (пат. РФ №2097660, опубл. 30.08.1995), которая содержит корпус с верхней плитой, передней стенкой с дверцей для загрузки топлива, задней и боковыми стенками с вертикально расположенными каналами, горизонтальной подвижной перегородкой, имеющей ручку для ее перемещения. Под подвижной перегородкой наклонно в шахматном порядке установлены внутренние прямые воздухопроводящие каналы, одним концом соединенные с соответствующими внешними воздухопроводящими каналами боковых стенок, выведенные другим концом на противоположную сторону печи над отверстиями внешних воздухопроводящих каналов. Дно выполнено с наклоном в сторону передней стенки и снабжено воздухопроводящими каналами, соединенными с воздухопроводящими каналами задней стенки. Таким образом, комбинированное использование наружных вертикально расположенных и внутренних наклонных, на 100% расположенных в зоне топливника, конвективных воздухопроводов повышает эффективность теплоотдачи и расширяет сферу применения.
Недостатками этой печи конвекционной являются:
- прямые, без компенсации на тепловое расширение, внутренние воздухопроводящие каналы, герметично приваренные к корпусу, что снижает надежность сварочных швов при перепадах температур;
- недостаточно высокий КПД из-за практического отсутствия дымооборота и расположения очага горения преимущественно в передней части топливника в основном режиме, при нахождении подвижной перегородки в крайнем заднем положении;
- засорение золой нижней части топливника из-за отсутствия колосниковой решетки и зольника, что исключает из теплообмена поддонные воздухопроводящие каналы и усложняет повседневную эксплуатацию устройства.
Известна печь с воздушными теплообменниками - «регистрами» конструкции Кондратьева В. (Бани и сауны. Строительство и оборудование. - Авт./сост. B.C.Левадный - М.: Аделант, 2004, стр.195-199, рис.119), содержащая корпус-топливник с внутренними трубчатыми, расположенными вдоль боковых стенок, герметично закрепленными в отверстиях крышки и днища воздушными регистрами. На крышке размещена емкость для теплоаккумулирующей загрузки с устройством «колена» дымохода. Корпус печи имеет наружную футеровку, выложенную кирпичом. Бак горячей воды конструктивно выносной с подогревом за счет трубчатого теплообменника, вмонтированного в верхнюю часть топливника печи. Печь довольно проста, но используется только для бань и саун, а также имеет следующие недостатки:
- конструктивное ориентирование на изготовление индивидуальных экземпляров;
- недостаточно высокий КПД из-за небольшой утилизации топочных газов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому универсальному отопительному устройству является отопительное устройство (пат. - РФ №2134844, опубл. 12.02.1998), содержащее корпус, включающий переднюю стенку с дверцей для загрузки топлива, заднюю и боковые стенки, крышку, дымоход и размещенный внутри топливник. Дверца для загрузки топлива имеет патрубок с регулируемой подачей воздуха в топливник. Задняя стенка имеет патрубок регулируемого дымоотвода. Внутри корпуса вдоль боковых стенок расположены перекрещивающиеся под крышкой и закрепленные в шахматном порядке в отверстиях на нижней горизонтальной поверхности и в отверстиях на противоположных боковых стенках теплообменные трубы с открытыми торцами, сообщенными с окружающим воздухом. Под перекрещивающимися теплообменными трубами размещен свод топливника, выполненный в виде горизонтальной перегородки, содержащей люк и отделяющий от топливника газоходную камеру. Люк свода размещен со стороны задней стенки и снабжен размещенным над ним коробом с открытым торцом и образующим дополнительную полость-камеру дожигания топочных газов, сообщенную как с топливником, так и с газоходной камерой. На входе в камеру дожигания топочных газов размещены воздуховоды, обеспечивающие поступление в полость короба воздуха из окружающей среды. Таким образом, отопительное устройство-прототип наиболее эффективно из всех рассмотренных по применению конвективных труб и использованию внутреннего пространства корпуса для сжигания топлива и утилизации топочных газов, однако оно имеет недостатки:
- узкое функциональное использование, направленное на бытовое предназначение с воздушным отоплением;
- сложность настройки подачи вторичного воздуха в полость камеры дожигания из-за подбора сменных шайб с разными внутренними диаметрами;
- недостаточно высокий КПД из-за неравномерности распределения температуры в топочной камере при подаче воздуха в топливник через патрубок в дверце, а также из-за плоского свода и люка свода, размещенного со стороны задней стенки, что снижает эффективность нагрева конвективных труб.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в увеличении КПД, расширении функциональности, упрощении эксплуатации печи, увеличении пожарной безопасности печи.
Для достижения указанного технического результата в универсальном отопительном устройстве, содержащем корпус, образованный передней стенкой с дверкой для загрузки топлива, боковыми, верхней и задней стенками, подом, дымоход, колосниковую решетку, зольник, газоходную камеру, топливник с выполненным в виде перегородки и имеющим люк сводом, расположенные вдоль боковых стенок и перекрещивающиеся над сводом теплообменные трубы с открытыми торцами, сообщенными с окружающей средой, причем эти трубы закреплены на поде в шахматном порядке, перегородка свода выполнена с перегибом по центру с образованием конической формы, дополнительно установлены с образованием в направлении дымохода тупого угла газонаправляющие щитки, имеющие по одному люку и закрепленные по линии перегиба перегородки свода с помощью дополнительно введенных жиклеров и с образованием между перегородкой свода и щитками двух газоходов, причем в перегородке свода дополнительно установлен второй люк, при этом оба люка перегородки свода расположены со стороны задней стенки и ближе к боковым стенкам, а люки газонаправляющих щитков расположены со стороны передней стенки и ближе к центру, в топливнике параллельно боковым стенкам к перегородке свода прикреплена духовка с вентилятором и со съемными тепловыми экранами, в дымоходе установлен вентилятор, механически соединенный с вентилятором духовки, в топливнике под духовкой установлена выполненная в виде змеевика и имеющая открытые и сообщенные с окружающей средой торцы труба-теплообменник, на верхней стенке установлена емкость для нагрева воды, вдоль боковых и задней стенок установлены конвективные панели. Кроме того, газоходная камера имеет коническую форму, передняя стенка корпуса снабжена расположенным в ее верхней части окном наблюдения из огнеупорного стекла, съемные тепловые экраны духовки расположены на передней и задней стенках устройства, конвективные панели установлены с зазором и имеют отверстия напротив открытых торцов теплообменных труб и трубы-теплообменника, емкость для воды выполнена с отверстием, через которое проходит дымоход, зольник выполнен выдвигающимся.
Отличительными признаками предлагаемого универсального отопительного устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие:
- перегородка свода выполнена с перегибом по центру с образованием конической формы, что увеличивает площадь теплоотдачи,
- дополнительно установлены с образованием тупого угла в направлении дымохода газонаправляющие щитки,
- газонаправляющие щитки закреплены по линии перегиба перегородки свода с помощью дополнительно введенных жиклеров,
- между перегородкой свода и щитками образованы два газохода, что позволяет более полно использовать тепло топочных газов, т.к. происходит удлинение пути следования топочных газов, а, следовательно, способствует повышению КПД устройства,
- газоходы имеют по одному люку,
- в перегородке свода дополнительно установлен второй люк,
- оба люка перегородки свода расположены со стороны задней стенки и ближе к боковым стенкам, а люки газонаправляющих щитков расположены со стороны передней стенки и ближе к центру, это удлиняет путь топочных газов, что способствует более полной отдаче тепла и повышению КПД устройства,
- в топливнике вдоль боковых стенок к перегородке свода прикреплена духовка с вентилятором и со съемными тепловыми экранами, что расширяет функциональность печи,
- в дымоходе установлен вентилятор,
- вентилятор дымохода механически соединен с вентилятором духовки, при этом он под действием поднимающихся вверх по дымоходу горячих газов приходит во вращение, а вместе с ним начинает вращаться вентилятор в духовке, что позволяет обеспечивать равномерный прогрев воздуха как в самой духовке, когда съемные тепловые экраны духовки не сняты, так и регулировать нагрев воздуха в помещении в случае, когда съемные тепловые экраны духовки сняты,
- в топливнике под духовкой установлена выполненная в виде змеевика и имеющая открытые и сообщенные с окружающей средой торцы труба-теплообменник, что дополнительно позволяет быстрее осуществлять прогрев помещения,
- на верхней стенке установлена емкость для нагрева воды, что увеличивает функциональность печи,
- вдоль боковых и задней стенок с зазором установлены конвективные панели, имеющие отверстия напротив открытых торцов теплообменных труб и трубы-теплообменника, панели позволяют предотвратить тепловой травматизм. Регулировку подачи воздуха осуществляют путем выдвигания зольника, что значительно упрощает эксплуатацию печи.
Предлагаемое универсальное отопительное устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства, на фиг.2 - поперечный разрез А-А с фиг.1.
Универсальное отопительное устройство содержит корпус (не обозначен). Корпус образован передней стенкой 1 с дверкой 2 для загрузки топлива, боковыми стенками 3, задней стенкой 4, верхней стенкой 5, подом 6 (фиг.1, 2). Устройство имеет выдвигающийся зольник 7, колосниковую решетку 8, дымоход 9. В дымоходе 9 установлен вентилятор 10. Вдоль боковых стенок 3 и задней стенки 4 с зазором установлены конвективные панели 11. На верхней стенке 5 установлена емкость 12 для нагрева воды (или камней). Емкость 12 для нагрева воды выполнена с отверстием (не обозначено), через которое проходит дымоход 9. Внутри корпуса размещена перегородка 13 свода 14 (фиг.2). Перегородка 13 выполнена с перегибом по центру, поэтому свод 14 имеет коническую форму. Под сводом 14 расположен топливник 15. Над сводом 14 установлены два газонаправляющих щитка 16 (фиг.2). Газонаправляющие щитки 16 установлены с образованием тупого угла (не обозначен) в направлении дымохода 9. Газонаправляющие щитки 16 закреплены по линии перегиба перегородки 13 свода 14 с помощью жиклеров 17. Между перегородкой 13 свода 14 и газонаправляющими щитками 16 образованы два газохода 18 (фиг.2). Над газонаправлояющими щитками 16 расположена газоходная камера 19. В топливнике 15 параллельно боковым стенкам 3 к перегородке 13 свода 14 прикреплена духовка 20. Духовка 20 имеет два съемных тепловых экрана 21, 22 (фиг.1). Тепловой экран 21 расположен на передней стенке 1, тепловой экран 22 расположен на задней стенке 4 корпуса устройства (фиг.1). В духовке 20 установлен вентилятор 23. Вентилятор 23 духовки 20 механически соединен с вентилятором 10 дымохода 9. В топливнике 15 под духовкой 20 установлена труба-теплообменник 24 (фиг.1, 2). Труба-теплообменник 24 выполнена в виде змеевика и предназначена для дополнительного быстрого нагрева воздуха в помещении. Труба-теплообменник 24 имеет открытые торцы 25, 26 (фиг.1). Открытые торцы 25, 26 сообщены с внешней окружающей средой. Открытый торец 25 расположен внизу у пода 6. Открытый торец 26 расположен непосредственно под духовкой 20. Вдоль боковых стенок 3 расположены теплообменные трубы 27 (фиг.2). Теплообменные трубы 27 имеют открытые торцы 28, 29, а именно: 28 - открытые торцы, расположенные вверху устройства, 29 - открытые торцы, расположенные внизу устройства. Открытые торцы 28, 29 сообщены с окружающей средой. Над перегородкой 13 свода 14 теплообменные трубы 27 перекрещиваются. Теплообменные трубы 27 закреплены на поде 6 в шахматном порядке. В конвективных панелях 11 выполнены отверстия (не обозначены) напротив открытых торцов 28 и 25, 26 (фиг.1, 2). Перегородка 13 свода 14 имеет два люка 30 (фиг.1). Люки 30 расположены со стороны задней стенки 4 и ближе к боковым сторонам 3. Каждый газонаправляющий щиток 16 имеет по одному люку 31. Люки 31 расположены со стороны передней стенки 1 и ближе к центру. Люки 30 и люки 31 расположены на возможно максимальном расстоянии друг от друга, что удлиняет путь топочных газов и способствует более полной теплоотдаче. Передняя стенка 1 в верхней части снабжена окном наблюдения 32 (фиг.1). Окно наблюдения 32 выполнено из огнеупорного стекла и с возможностью открывания.
Работа универсального отопительного устройства осуществляется следующим образом.
Открывают дверку 2 в передней стенке 1 и укладывают на колосниковую решетку 8 топливо, например дрова, и поджигают его. Регулировку тяги с целью оптимизации процесса горения осуществляют путем выдвигания на необходимую величину зольника 7. Горячие топочные газы омывают теплообменные трубы 27, трубу-теплообменник 24, боковые и нижнюю поверхность духовки 20 и свод 14 топливника 15 и отдают часть своего тепла. Далее топочные газы через люки 30 перегородки 13 свода 14 поступают в газоходы 18, где при турбулизации отдают еще часть тепла и через люки 31 газонаправляющих щитков 16 поступают в газоходную камеру 19. В газоходной камере 19 скорость движения газов замедляется, т.к. газоходная камера 19 имеет коническую форму, т.е. является расширительной. Это увеличивает время теплообмена между элементами устройства и омывающими их газами. Кроме того, в газоходной камере 19 дополнительно происходит окисление топочных газов при поступлении вторичного воздуха через жиклеры 17 из духовки 20, что существенно увеличивает КПД устройства. В случае недостатка первичного воздуха, поступающего через зольник 7, так называемый режим экономии, топливо начинает тлеть. Выделяемые при этом горючие топочные газы поднимаются вверх и поступают через люки 30, 31 к дымоходу 9, по пути окисляются в камере 19 под действием вторичного воздуха, который поступает через жиклеры 17 из духовки 20. При этом дополнительно выделяется тепло. Кинетическая энергия дымовых газов в дымоходе 9 приводит во вращение вентилятор 10. Вентилятор 10 в свою очередь приводит в движение вентилятор 23 духовки 20. Это способствует выравниванию температуры в самой духовке 20, когда съемные тепловые экраны 21, 22 закрыты. В случае, когда съемные тепловые экраны 21, 22 сняты с духовки 20, это ведет к ускорению теплообмена с помещением.
Во время работы устройства холодный воздух из помещения поступает через нижние открытые торцы 29 в теплообменные трубы 27 и, нагреваясь, поступает через верхние открытые торцы 28 в помещение. Подобным образом воздух нагревается проходя через трубу-теплообменник 24: холодный воздух поступает из помещения в открытый торец 25, а нагретый выходит из открытого торца 26. Все это существенно ускоряет процесс нагрева помещения, при этом значительно более полно используется тепло топочных газов, а это позволяет экономить топливо. В емкость 12 на верхней стенке 5 предварительно перед растопкой наливают воду (можно загружать и теплоаккумулирующую нагрузку - камни), которая нагревается в процессе работы устройства и используется по назначению. Это существенно увеличивает функциональность устройства.
Окно 32 обеспечивает возможность наблюдения за работой устройства, обнаружения потенциальных мест скопления сажи и при необходимости прочистку, а также вентиляцию помещения. Конвективные панели 11 защищают от раскаленных стенок устройства, что уменьшает опасность получения термических ожогов. При этом выполненные отверстия (не обозначены) в конвективных панелях 11 напротив открытых торцов 28 и 25, 26 обеспечивают поступление нагретого воздуха из теплообменных труб 27 и трубы-теплообменника 24 в помещение.
Заявленная полезная модель довольна проста в эксплуатации, изготовлении и надежна, а также расширена ее функциональность, при этом довольно высок КПД устройства, что обеспечивает быстрый нагрев помещения и экономное расходование топлива путем регулирования режимов сжигания топлива.