ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для обогрева помещений, в частности к отопительным устройствам с внутренними воздуховодами, и может применяться с использованием твердого топлива, преимущественно дров.
Известно устройство для воздушного обогрева помещений по патенту РФ на изобретение 2134844, МПК F24B 5/06, F24B 7/02, опубл. 20.08.1999, содержащее корпус, образованный передней, задней, верхней, боковыми стенками и подом, и размещенными в нем перекрещивающимися теплообменными трубами, колосниковую решетку, зольник с дверцей. Внутренний объем корпуса разделен перегородкой на две сообщающиеся полости - топливник и газоходную камеру.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы. Это объясняется неудачным расположением теплообменных труб, которые почти не омываются пламенем, а нагрев их происходит в основном в газоходной камере. Кроме того, встречное расположение труб, при котором верхние участки труб перекрещиваются, не позволяет установку труб в ряду с зазором, меньшим диаметра трубы, что также снижает поверхность теплообмена и теплоотдачу.
Известно устройство для воздушного обогрева помещений по патенту РФ на полезную модель 82821, МПК F24B 5/06, F24B 7/02, опубл. 20.10.2008, содержащее корпус, топку, люк дымохода, колосниковую решетку, прямые воздуховоды, выполненные в виде труб с открытыми торцами, сообщающимися с атмосферным воздухом, установленные вдоль задней и выступающей части передней стенок внутри корпуса, причем торцы прямых воздуховодов, расположенных у задней стенки, жестко закреплены в отверстиях донной и верхней частей корпуса, а торцы прямых воздуховодов, расположенных у передней стенки, жестко закреплены в отверстиях верхней плоскости корпуса и дна выступающей верхней части корпуса. Вдоль боковых стенок корпуса в шахматном порядке расположены изогнутые воздуховоды с открытыми торцами, сообщающимися с атмосферным воздухом, при этом торцы их прямой части жестко закреплены в отверстиях днища корпуса, а противоположные торцы изогнутой части жестко закреплены в отверстиях противолежащих верхних частей боковых стенок корпуса. Перекрещивающиеся верхние части образуют топочную камеру, состоящую двух зон: нижней - топки, снабженной дверцей на передней стенке корпуса, и верхней зоны топочной камеры. Устройство снабжено верхними и нижними экранами, образующими газоходные каналы.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы. Это объясняется перекрещивающимся расположением теплообменных труб, которые не эффективно омываются пламенем, что снижает теплообмен в топке.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототипом является отопительное устройство по патенту РФ на изобретение 2242679 F24B 5/06, F24B 7/02, 20.12.2004, состоящее из корпуса, имеющего боковые, заднюю и передние стенки, крышку и днище, а также колосниковой решетки, зольника, зольного ящика, дверцы топочной камеры, дымохода, газонаправляющих щитков и конвективных труб, расположенных внутри корпуса рядами вдоль боковых стенок и герметично закрепленных нижними торцами в отверстиях днища, а верхними торцами - в отверстиях наклонных частей крышки. Конвективные трубы расположены так, что их верхние части перекрещиваются, формируя свод топочной камеры. Кроме боковых имеются также передние и задние конвективные трубы.
Устройство имеет тот же недостаток, что и предыдущее - встречное расположение труб, при котором верхние участки труб перекрещиваются, не позволяет установку труб в ряду с зазором, меньшим диаметра трубы, что ограничивает эффективность работы устройства из-за недостаточной поверхности теплообмена.
Так же как и в предыдущем устройстве, сложная геометрия боковых конвективных труб, требующая гибки в двух не перпендикулярных плоскостях, приводит к высокой трудоемкости их изготовления и установки в корпусе устройства.
Трудоемок и процесс сборки и сварки передних и задних стенок и подгонки их к боковым стенкам и крышке из-за угловой стыковки граней и большой длины сварных швов.
Задачей полезной модели является оптимизация конструкции отопительного устройства и повышение эффективности его работы.
Техническим результатом, достигаемым данной полезной моделью является увеличение площади теплообмена и снижение трудоемкости изготовления деталей, входящих в устройство, и его сборки.
Указанный технический результат достигается тем, что отопительное устройство по варианту 1, содержащее корпус, образованный днищем, боковыми, передней, задней и верхней стенками; дымоход, расположенный в верхней части корпуса; колосниковую решетку, установленную в днище корпуса; зольник с зольным ящиком, расположенные под колосниковой решеткой; верхние и нижние газонаправляющие щитки; трубки для подачи вторичного воздуха; вдоль боковых стенок внутри корпуса расположены изогнутые конвективные трубы, разделяющие топочное пространство на топку и верхнюю зону, конвективные трубы открытыми торцами сообщаются с атмосферным воздухом, при этом нижние торцы труб герметично закреплены в отверстиях днища корпуса, а верхние торцы конвективных труб герметично закреплены в наклонных частях боковых стенок, согласно формуле полезной модели, боковые стенки корпуса в нижней части выполнены вертикальными, в средней - части вогнутыми внутрь, образующими зауженную область корпуса, а верхние части боковых стенок выполнены наклонными и соединены с верхней стенкой, передняя и задняя стенки корпуса выполнены плоскими, дополнительно содержит конвективные экраны расположенные снаружи корпуса и закрепленные на его боковых, передней и задней стенках корпуса, зольный ящик выполнен с возможностью герметичного закрывания и передняя его стенка оснащена, по меньшей мере, одним шибером регулировки подачи воздуха, установленные, по меньшей мере, в один ряд вдоль боковых стенок, гнутые в одной плоскости конвективные трубы, выполнены с прямыми и криволинейными участками, сближающимися в зауженной области корпуса, образуя свод топки и, расходящимися в верхней части корпуса, образуя верхнюю зону, на всем протяжении трубы повторяют геометрию вогнутых боковых стенок корпуса и эквидистантны им или близко к этому, при этом нижние и верхние торцы каждой из труб находятся по одну сторону печи, верхние газонаправляющие щитки представляют согнутую под углом пластину с отверстиями по линии гиба.
Технический результат достигается также благодаря тому, что конвективные экраны выполнены составными и п-образными. Конвективные трубы установлены вдоль боковых стенок в шахматном порядке.
Указанный технический результат достигается тем, что отопительное устройство по варианту 2, содержащее корпус, образованный днищем, боковыми, передней, задней и верхней стенками; дымоход, расположенный в верхней части корпуса; колосниковую решетку, установленную в днище корпуса; зольник с зольным ящиком, расположенные под колосниковой решеткой; верхние и нижние газонаправляющие щитки; трубки для подачи вторичного воздуха; вдоль боковых стенок внутри корпуса расположены изогнутые конвективные трубы, разделяющие топочное пространство на топку и верхнюю зону, конвективные трубы открытыми торцами сообщаются с атмосферным воздухом, при этом нижние торцы труб герметично закреплены в отверстиях днища корпуса, а верхние торцы конвективных труб герметично закреплены в наклонных частях боковых стенок, согласно формуле полезной модели, установленные, по меньшей мере, в один ряд вдоль боковых стенок гнутые в одной плоскости конвективные трубы, выполнены с прямыми и криволинейными участками, сближающимися к средней плоскости корпуса, образуя свод топки и, расходящимися в верхней части корпуса, образуя верхнюю зону, при этом нижние и верхние торцы каждой из труб находятся по одну сторону печи, боковые стенки корпуса выполнены плоскими с наклонной верхней частью и соединены с верхней стенкой, передняя и задняя стенки корпуса выполнены плоскими, дополнительно содержит конвективные экраны расположенные снаружи корпуса и закрепленные на его боковых, передней и задней стенках корпуса, зольный ящик выполнен с возможностью герметичного закрывания и передняя его стенка оснащена, по меньшей мере, одним шибером регулировки подачи воздуха, верхние газонаправляющие щитки представляют собой согнутую под углом пластину с отверстиями по линии гиба.
Указанный технический результат достигается также благодаря тому, что конвективные экраны выполнены составными и п-образными. Конвективные трубы установлены вдоль боковых стенок в шахматном порядке.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков тождественных всем признакам заявленного технического решения отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».
В отопительном устройстве по варианту 1 установка боковых конвективных экранов позволяет повысить конвективный теплообмен от наиболее нагреваемых частей боковых стенок корпуса. Установка переднего и задних конвективных экранов позволяет увеличить теплообмен от передней и задней стенок корпуса. Траектория конвективных труб и геометрия боковых стенок подобрана так, чтобы максимально повысить площадь контакта пламени со стенками труб, что повышает температуру и скорость проходящего по трубам воздуха. Кроме того, данная траектория труб позволяет установить в ряду большее их количество с минимальным зазором по сравнению с прототипом при одних и тех же размерах корпуса отопительного устройства. Возможен также вариант установки труб вдоль каждой боковой стенки в шахматном порядке. Эквидистантное расположение конвективных труб и боковых стенок создают лабиринтный поток пламени и газов на всем протяжении труб. Все перечисленные признаки способствуют повышению теплообмена в отопительном устройстве и, следовательно, повышению его КПД,
Выполнение зольного ящика с возможностью герметичного закрывания и оснащенного одним или несколькими шиберами позволяет регулировать величину притока воздуха в топочную камеру при разных режимах работы отопительного устройства и обеспечить режим длительного горения, что также повышает эффективность его работы.
Траектория конвективной трубы предложенного устройства, в отличие от аналогичной прототипа, лежит в одной плоскости, что облегчает изготовление трубы.
Выполнение передней и задней стенок корпуса плоскими упрощает процесс сборки и сварки устройства.
Установка верхних и нижних газонаправляющих щитков удлиняет путь топочных газов, замедляя их движение. Выполнение отверстий в верхнем газонаправляющем щитке по линии гиба, позволяет облегчить розжиг отопительного устройства и его очистку от сажи.
В отопительном устройстве по п.2 установка боковых конвективных экранов позволяет повысить конвективный теплообмен от наиболее нагреваемых частей боковых стенок корпуса. Установка переднего и задних конвективных экранов позволяет увеличить теплообмен от передней и задней стенок корпуса. Траектория конвективных труб и их геометрия подобрана так, чтобы максимально повысить площадь контакта пламени со стенками труб, что повышает температуру и скорость проходящего по трубам воздуха. Кроме того, данная траектория труб позволяет установить большее их количество по сравнению с прототипом при одних и тех же размерах корпуса отопительного устройства. Возможен также вариант установки труб вдоль каждой боковой стенки в шахматном порядке. Выполнение боковых стенок плоскими, повышает технологичность изготовления устройства. Выполнение зольного ящика с возможностью герметичного закрывания и оснащенного одним или несколькими шиберами позволяет регулировать величину притока воздуха в топочную камеру при разных режимах работы отопительного устройства, что также повышает эффективность его работы.
Траектория конвективной трубы предложенного устройства, в отличие от аналогичной прототипа, лежит в одной плоскости, что облегчает изготовление трубы.
Выполнение передней и задней стенок корпуса плоскими упрощает процесс сборки и сварки устройства.
Установка верхних и нижних газонаправляющих щитков удлиняет путь топочных газов, замедляя их движение. Выполнение отверстий в верхнем газонаправляющем щитке по линии гиба, позволяет облегчить розжиг отопительного устройства и его очистку от сажи.
Сущность заявляемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где показано по первому варианту полезной модели:
на фиг.1 - вид спереди; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - разрез А-А; на фиг.4 - схема расположения отверстий в днище с шахматным расположением конвективных труб по первому и второму варианту полезной модели; по второму варианту полезной модели:
на фиг.5 - вид спереди; на фиг.6 - вид сверху; на фиг.7 - поперечный разрез А-А
По первому варианту полезной модели отопительное устройство состоит из корпуса 1 имеющего боковые 2 заднюю 3, переднюю 4, верхнюю 5 стенки и днище 6 а также колосниковой решетки 7, зольника 8, зольного ящика 9, дверцы 10, дымохода 11 с заслонкой (поз. не обозначена), верхних газонаправляющих щитков 12. В корпусе 1 вдоль боковых стенок 2 герметично закреплены в отверстиях днища бив отверстиях наклонной части боковых стенок 2 конвективные трубы 13, имеющие вертикальные и наклонные прямолинейные участки, а также радиусные участки (поз. не обозначены). Трубы 13 разделяют топочное пространство на топку 14 и верхнюю зону 15. Внутреннее пространство труб 13 сообщается с окружающим пространством, как в нижних их торцах, так и в верхних. Количество и расположение труб 13 определяется расчетами и опытно-конструкторскими испытаниями и зависит от типоразмера устройства. На наружной поверхности задней стенки 3 корпуса 1 установлены составной конвективный экран 16. Для дожигания газообразных продуктов горения под сводом топки 14 установлена трубка 17 для подачи вторичного воздуха из внутреннего пространства заднего конвективного экрана 16. Дымоход 11 с поворотной заслонкой (поз. не обозначена) установлен в отверстии верхней стенки 5. На передней стенке 4 корпуса 1, над дверцей 10 установлен передний составной конвективный экран 18. Повторяя форму зауженной области 19 на боковых стенках 2 корпуса 1 крепятся боковые конвективные экраны 20. Колосниковая решетка 7, выполненная из элементов 21 устанавливается на уголок (поз. не обозначена) зольника 8 и заднюю площадку (поз. не обозначена) днища 6 корпуса 1. Передняя стенка зольного ящика 22 выполнена с возможностью герметизации зольного ящика 9 и оснащена одним или несколькими шиберами 23 подачи воздуха. Дверца 10 имеет окно, закрытое прозрачным огнеупорным стеклом 24. Верхние газонаправляющие щитки 12 располагаются в верхней зоне 15 над конвективными трубами 13 и имеют отверстия 26, а нижние газонаправляющие щитки 25 располагаются под сводом топки.
По второму варианту полезной модели отопительное устройство состоит из корпуса 1 имеющего боковые 2 заднюю 3, переднюю 4, верхнюю 5 стенки и днище 6 а также колосниковой решетки 7, зольника 8, зольного ящика 9, дверцы 10, дымохода 11 с заслонкой (поз. не обозначена), верхних газонаправляющих щитков 12 и нижних газонаправляющих щитков 19. В корпусе 1 вдоль боковых стенок 2 герметично закреплены в отверстиях днища бив отверстиях наклонной части боковых стенок 2 конвективные трубы 13, имеющие вертикальные и наклонные прямолинейные участки, а также радиусные участки (поз. не обозначены). Трубы 13 разделяют топочное пространство на топку 14 и верхнюю зону 15. Внутреннее пространство труб 13 сообщается с окружающим пространством, как в нижних их торцах, так и в верхних. Количество и расположение труб 13 определяется расчетами и опытно-конструкторскими испытаниями и зависит от типоразмера устройства. На наружной поверхности задней стенки 3 корпуса 1 установлены составной конвективный экран 16. Для дожигания газообразных продуктов горения под сводом топки 14 установлена трубка 17 для подачи вторичного воздуха из внутреннего пространства заднего конвективного экрана 16. Дымоход 11 с поворотной заслонкой (поз. не обозначена) установлен в отверстии верхней стенки 5. На передней стенке 4 корпуса 1, над дверцей 10 установлен передний составной конвективный экран 18. На боковых стенках 2 корпуса 1 крепятся боковые конвективные экраны 20. Колосниковая решетка 7, выполненная из элементов 21 устанавливается на уголок (поз. не обозначена) зольника 8 и заднюю площадку (поз. не обозначена) днища 6 корпуса 1. Передняя стенка зольного ящика 22 выполнена с возможностью герметизации зольного ящика 9 и оснащена одним или несколькими шиберами 23 подачи воздуха. Дверца 10 имеет окно, закрытое прозрачным огнеупорным стеклом 24. Верхние газонаправляющие щитки 12 располагаются в верхней зоне 15 над конвективными трубами 13 и имеют отверстия 26, а нижние газонаправляющие щитки 19 располагаются под сводом топки 14.
Отопительное устройство по первому и второму варианту работает следующим образом.
Устройство устанавливают на горизонтальной площадке из несгораемого материала, к дымоходу 11 подсоединяют дымовую трубу высотой от 2 до 5 метров.
Растопку устройства осуществляют стандартным способом: на колосниковую решетку 7 укладывают растопочный материал, поджигают его, дверцу 10 закрывают и шибером (шиберами) 23 открывают доступ воздуха в топку 14. Заслонку дымохода 11 полностью открывают. После того, как растопочный материал разгорелся и установилась тяга, в топку 14 укладываются дрова или другой вид твердого топлива, дверцу 10 закрывают и шиберами 23 добавляют приток воздуха.
Языки пламени и газообразные продукты сгорания топлива соприкасаясь со стенками конвективных труб 13 и стенками корпуса 1 нагревают их, при этом нагревается воздух, поднимающийся по трубам и вдоль конвективных экранов, обогревая помещение.
Наблюдение за процессом горения ведут через прозрачное окно 24 дверцы 10. По мере сгорания топлива, в топочную камеру 14 добавляют новые порции его. При необходимости проводят регулировку подачи воздуха в топку 14 шиберами 23.
После растопки и разогрева наружных поверхностей, устройство переводят в режим тления, уменьшая подачу воздуха шиберами 23 и прикрывая заслонку дымохода 11. При этом режиме, газообразные продукты неполного сгорания, поднимаясь к своду топки, дожигаются с помощью насыщенного кислородом вторичного воздуха, поступающего через трубку 17 из заднего конвективного экрана 15.
Устройство имеет простую в изготовлении и надежную в эксплуатации конструкцию.
Благодаря реализации совокупности признаков, описанных в предлагаемом техническом решении, обеспечивается повышение технологичности изготовления, повышение КПД устройства и снижение трудозатрат на его изготовление.