ЭКОНОМАЙЗЕР (ВАРИАНТЫ)
ECONOMISER (VERSIONS)

Область техники
Изобретение относится к отрасли тепловой энергетики, в частности к вертикальным теплообменникам, которые используются для ускорения процесса обогрева помещения, при установке их в систему дымохода. Преимущественно, подобные устройства используются в банных печах.
Эффективное использование тепловой энергии, получаемой в результате горения твердого топлива является не маловажным вопросом, которым задаются многие изготовители отопительного оборудования. С целью обеспечения дополнительного конкурентного преимущества на современном рынке теплового оборудования, изготовители изобретают различные устройства, позволяющие увеличить производительность и эффективность отопительного устройства. В данном случае рассмотрим один из дополнений, который можно устанавливать в систему дымохода большинства печей - экономайзер тепловой энергии.
Обычная труба дымохода поддерживает высокую температуру лишь малого объема окружающего ее воздуха, не создавая движущихся потоков внутри отапливаемого помещения. Так как площадь обычной трубы-дымохода очень мала, то объем воздуха, способный нагреться от этой трубы, соответственно, очень мал. К тому же, воздух является плохим проводником тепловой энергии, как следствие, его прогрев очень медленный, если греть весь его объем, одновременно. Используя экономайзер, обогреваемый воздух, как бы, греется небольшими порциями, прогреваясь быстрее, до более высокой температуры и, создавая рециркуляцию воздушных потоков внутри помещения. Поэтому, без использования экономайзера, затраты на обогрев единицы объема воздуха единицей объема топочных газов будут гораздо больше, чем с использованием заявленного устройства.
Уровень техники
Известна полезная модель RU 188668 «ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО», имеющая цилиндрический корпус из нержавеющей стали, снабженный элементами жесткости, верхним раструбом с сужением и нижним раструбом с расширением для соединения с элементами дымохода. Вокруг корпуса установлен экран, в составе соединенных друг с другом встык продольных элементов, концы которых загнуты и выполнены в виде фигурных лепестков. Кроме того, стороны продольных элементов экрана снабжены продольными ребрами. Соединение продольных элементов осуществляется контактом с усилием (или прижимом) ребер смежных продольных элементов. Экран закреплен на корпусе, вблизи элементов жесткости посредством сварных соединений фигурных лепестков продольных элементов с корпусом с образованием окон для циркуляции воздушного потока. Элементы жесткости выполнены в виде кольцевого выпуклого рельефа. Теплообменное устройство дополнительно снабжено кольцевыми хомутами из жаропрочной высоколегированной нержавеющей стали для усиления жесткости конструкции и центровки продольных элементов экрана.
Недостатком устройства является отсутствие в системе элементов, способных аккумулировать проходящее тепло. Данное устройство удерживает тепло, останавливая его боковыми стенками, что является недостаточно эффективным, так как теплообмен связан с нагревом тонких листов металла, из которых выполнен корпус. Металл не способен отдавать тепло окружающему воздуху с той скоростью, с какой воздух его сможет поглощать. Как следствие, основной объем тепловой энергии улетучится по системе дымохода в окружающую среду, вне отапливаемого помещения. Также, данная модель не имеет никаких узлов регулировки объема проходящего воздуха, что влечет за собой неконтролируемый тепловой поток, и скорость обогрева отапливаемого помещения, (см. патент РФ № RU 188668 www.new.fips.ru)
Известна полезная модель RU 120195 «ЭКОНОМАЙЗЕР С ТЕПЛООБМЕННИКОМ», включающая в себя дымоход, выполненный из металла, в форме прямого цилиндра. Ограждение может быть выполнено в форме прямого цилиндра, соосного с трубой и имеющего диаметр больший диаметра трубы, из металлической сетки или металлического листа с просечками. Указанное выполнение ограждения позволяет добиться равномерности теплопередачи между трубой и теплоаккумулирующей загрузкой. Область между металлическим газоотводящим стволом и ограждением может заполняться теплоаккумулирующей загрузкой. Теплоаккумулирующая загрузка (например, природные камни) позволяет получить пар и позволяет сохранять тепло в помещении после прогорания топлива. Газоотводящий ствол, ограждение и теплообменник могут быть выполнены из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обладает необходимыми характеристиками жаропрочности и достаточно технологична. На внешней поверхности теплообменника могут быть установлены два штуцера, облегчающие присоединение других внешних потребителей нагретой воды, например, внешнего водного аккумулятора(бака).
Недостатком данной полезной модели является сложность изготовления герметичного бака для нагрева воды. Кроме того, холодная вода, поступающая в нагревательный бак, будет регулярно поглощать тепловую энергию не только от трубы дымохода, но еще и от окружающего воздуха в отапливаемом помещении, что приведет к понижению эффективности его прогрева, в целом. Также, одним из недостатков является отсутствие направленного потока нагреваемого воздуха, проходящего через аккумулирующие тепло камни и отсутствие возможности регулирования объема проходящего воздуха. Из-за ограниченности в габаритных размерах отапливаемых помещений, габарит данного устройства будет соответствовать габаритным размерам других устройств подобного типа. Разделение его на два модуля (с аккумулирующей каменной и водяной загрузкой), приведет к низкой эффективности и одного модуля и другого, (см. патент РФ № RU 120195 www.new.fips.ru)
Раскрытие изобретения
Основной задачей заявленного изобретения является разработка конструкции экономайзера для печи позволяющая повысит эффективность обогрева помещения, путем использования теплового излучения топочных газов во время их отведения из топочной камеры, а также, конструкция должна предусматривать возможность защищать окружение и пользователя от излишнего теплового излучения дымохода.
Поставленная задача достигается за счет конструкции экономайзера, предназначенного для установки, в систему отведения топочных газов.
Заявленный экономайзер во всех вариантах исполнения может быть установлен сразу в патрубок дымохода после печи, или в любом месте на протяжении всего дымохода, например, если отапливаемое здание имеет больше чем один этаж, экономайзер может быть установлен на другом этаже чем печь и обогревать дополнительное другое помещение.
Экономайзер, в зависимости от варианта исполнения, имеет два вида конструкции.
Экономайзер (1) во всех вариантах исполнения имеет дымоход (1.1) и корпус (1.2) фиг. 1-4. Дымоход (1.1) фиг. 1-4 во всех вариантах исполнения, расположен соосно внутри корпуса (1.2) и выполнен в виде полого цилиндра из жаропрочного материала, и имеет на концах патрубки (1.1.1) - посадочные места для монтажа в дымоход печи.
Также, корпус (1.2) во всех вариантах исполнения имеет, как минимум, одно основание, предпочтительно нижнее (1.2.1) фиг. 2, 4 (вид спереди, вид снизу).
Корпус (1.2) фиг. 1, 2 по первому варианту исполнения, выполнен в виде полого цилиндра из жаропрочной нержавеющей стали, у которого боковая поверхность имеет перфорацию фиг. 1.
Корпус (1.2) фиг. 2 имеет соединение с дымоходом (1.1) при помощи как минимум одной крепежной планки (1.3) фиг. 2 (вид спереди, вид сверху) имеющей минимальный и достаточный размер для фиксации конструкции, но не перекрывающий доступ к внутреннему пространству между дымоходом и корпусом.
Планка (1.3) фиг. 2 (вид спереди, вид сверху) в случае отсутствия верхнего основания или заполнения теплоаккумулирующим материалом пространства между дымоходом (1.1) и внешним корпусом (1.2) играет роль ребер жесткости конструкции, предотвращающих деформацию корпуса (1.2) под действием веса загрузочного материала, аккумулирующего тепловую энергию.
Перфорация боковой стенки корпуса (1.2) фиг. 1 способствует увеличению площади контакта окружающего воздуха с прогретым внутри экономайзера воздухом, что приводит к ускорению теплообмена между воздухом помещения и воздухом внутри экономайзера.
Перфорация боковой поверхности (1.2) фиг. 1 внешнего полого цилиндра может иметь хаотичный рисунок, например, много линий и отверстий расположенных хаотично, или закономерный, например, в виде ритмичного узора фиг. 1, или в виде геометрических фигур, например, в виде кругов, прямоугольников, квадратов, шестигранников, и т.д. или в виде узоров, например, в виде завитков, цветов, или силуэтов фигур, например, людей, животных, растений, сюжетов, например, из природы или из жизни человека. В любом из этих вариантов исполнения будет достигаться тот же технический результат, а именно через отверстия перфорации независимо от их формы будет осуществлен контакт окружающего воздуха с прогретым внутри экономайзера воздухом.
По второму варианту исполнения фиг. 3-4, корпус (1.2) фиг. 4 экономайзера (1) выполнен в виде боковой поверхности из вертикальных блоков соединяемых по краям и сверху и снизу направляющими фиг. 3.
В качестве блоков могут выступать минеральные блоки из камня, или могут быть выполнены из металла в том числе и с перфорацией или из любого негорючего материала не проводящего тепловое излучение. В любом из этих вариантов исполнения будет достигаться тот же технический результат, а именно защита от теплового излучения идущего от дымохода.
Нижнее основание (1.2.1) фиг. 1-4 во всех вариантах исполнения имеет перфорацию и соединяет собой корпус (1.2) и дымоход (1.1). Перфорация нижнего основания позволяет открыть подачу воздуха (2) в пространство экономайзера (1), за счет чего поступивший воздух (2) проходя через экономайзер прогревается и выходит через верх и отверстия перфорации если таковые есть, прогретым, что будет способствовать ускорению прогрева воздуха отапливаемого пространства.
В частном случае во всех вариантах исполнения, экономайзер (1) фиг. 1-4 может иметь не только нижнее (1.2.1), но и верхнее (1.2.2) основание. Верхнее основание(1.2.2) имеет перфорацию. Перфорация верхнего основания (1.2.2) способствует выходу прогретого в экономайзере (1) воздуху.
Дополнительно, во всех вариантах исполнения, верхнее (1.2.2) и нижнее (1.2.1) основания экономайзера (1) могут быть оборудованы задвижками (1.4) фиг. 1-4, при помощи которых возможно регулировать объем проходящего и выходящего воздуха (2) фиг. 2, 4 через экономайзер (1). Так открывая/перекрывая подачу/выход воздуха внутрь/из экономайзера можно регулировать степень прогрева воздуха.
Задвижка (1.4) фиг. 2, 4 выполнена в виде металлической пластины, имеющей в себе центральное отверстие, позволяющее соосно совместить его с дымоходом и закрепить около верхнего (1.2.2) и/или нижнего (1.2,1) основания.
Задвижка (1.4), кроме центрального отверстия, имеет технологические вырезы, позволяющие открывать перфорированные отверстия верхнего или нижнего оснований и располагаются таким образом, что при ее повороте вокруг оси дымохода, могут частично закрыть перфорированные отверстия основания (1.2.1) и/или (1.2.2).
Для осуществления безопасного поворота задвижки (1.4) фиг. 2, 4 во время эксплуатации, она оснащена рукояткой, выполненной из материала не подверженного нагреву до температуры, опасной для здоровья человека.
В частном случае исполнения во всех вариантах исполнения, пространство между дымоходом (1,1) и корпусом (1.2) может быть заполнен теплоаккумулирующим наполнителем, например, камнями фиг. 2 (1.5). При наличии теплоаккумулирующей загрузки, экономайзер (1) способен накапливать большой объем тепловой энергии, позволяющий осуществлять, прогрев окружающего воздуха продолжительное время, даже если топочные газы прекратили поступать в дымоход.
В результате, экономайзер (1) за счет своей конструкции защищает пользователя от теплового излучения дымохода, способного причинить вред здоровью. Кроме этого, устройство позволяет укорить процесс прогрева отапливаемого помещения, повысить эффективность использования тепловой энергии, полученной в результате горения твердого топлива, что приводит к сокращению финансовых затрат.
Краткое описание чертежей
фиг. 1 - общий вид экономайзера по первому варианту исполнения;
фиг. 2 - схематическое изображение вида спереди в сечения А-А, видов сверху, снизу экономайзера по первому варианту исполнения.
фиг. 3 - общий вид экономайзера по второму варианту исполнения;
фиг. 4 - схематическое изображение вида спереди в сечения В-В, видов сверху, снизу экономайзера по первому варианту исполнения.
Краткое описание конструктивных элементов:
1 - Экономайзер;
1.1 - дымоход;
1.1.1 - патрубок;
1.2 - корпус;
1.2.1 - нижнее основание;
1.2.2 - верхнее основание;
1.3 - планка;
1.4 - задвижка;
1.5 - камни;
2 - воздух;
2.1 - нагретый воздух;
3 - топочный газ.
Принцип работы
Для любого из вариантов исполнения, экономайзер (1) фиг. 1-4 устанавливается вместо участка дымохода, выходящего из печи, через посадочные места (1.1.1), предусмотренные под стандартные размеры дымоходов. Сверху на экономайзер, через аналогическое посадочное место (1.1.1), устанавливается продолжение дымохода.
При работе печи топочные газы (3) стремятся в дымоход и проходят через внутренний полый цилиндр (1.1), разогревая его, что в свою очередь приводит к прогреву воздуха внутри экономайзера, а в случае заполнения пространства внутри экономайзера теплоаккумулирующим наполнителем, прогревает и его.
Как известно, нагретый воздух (2.1) имеет более низкую плотность, чем холодный, как следствие, объем воздуха, попавший в экономайзер (1) снизу через отверстия в нижнем основании (1.2.1), расширяясь, устремится по мере своего нагрева вверх фиг. 2, 4, создавая направленный поток внутри экономайзера, создастся тяга внутри экономайзера, между внутренним и внешним цилиндрами. В высвобожденное горячим воздухом пространство экономайзера (1) поступит следующий объем воздуха, с более низкой температурой, который, в свою очередь, аналогичным образом прогреется и, также, устремится вверх, вдоль горячих стенок внутреннего полого цилиндра (1.1). Из-за ограниченного внутреннего пространства, поток воздуха будет иметь большую скорость, чем без использования заявленного устройства.
При желании замедлить скорость рециркуляции горячего воздуха, пользователь может прикрыть или полностью закрыть нижнюю задвижку (1.4) на экономайзере (1), а в случае исполнения с верхним основанием (1.2.2) и задвижкой на нем и перекрыть или закрыть верхнюю задвижку (1.4) фиг. 2, 4.