ПОРШЕНЬ ДЛЯ ПЕЧИ

Полезная модель относится к отоплению, а именно к элементам бытовых печей, в частности к устройствам с каналами для подачи первичного воздуха, необходимого для горения.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является техническое решение, известное из патента RU 2459145, представляющее собой распределитель воздуха в виде поршня. В верхней части распределителя выполнен патрубок с выступами для крепления воздуховода и перемычкой для крепления тяги. В нижней части распределителя воздуха в виде конуса с углом раскрыва 150-160° выполнены отверстия, площадь которых вместе с площадью отверстий в нижней части труб должна приблизительно в три раза превышать площадь отверстий в верхней части труб.
Однако в данной конструкции не достигается равномерного распределения поступающего воздуха и, следовательно, его равномерного прогревания.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении КПД печи.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение степени разогрева зоны горения с целью повышения эффективности печи и сокращения удельного расхода топлива за счет предварительного нагрева балластных газов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что поршень содержит воздухозаборную трубу и основание, на одной стороне которого расположены распределительные каналы, соединенные с воздухозаборной трубой, а на другой стороне основания расположены фокусирующие каналы, соединенные с распределительными каналами и снабженные отверстиями.
Воздухозаборная труба может быть выполнена с регулятором подачи воздуха.
Распределительные и/или фокусирующие каналы могут быть выполнены L-образной формы.
Распределительные и/или фокусирующие каналы могут быть выполнены спиралевидной формы.
Распределительные и/или фокусирующие каналы могут быть выполнены концентрической формы.
Поршень с фокусирующими и распределительными каналами предназначен для повышения степени разогрева зоны горения с целью повышения эффективности печи и сокращения удельного расхода топлива за счет предварительного нагрева балластных газов. Данная конструкция обеспечивает повышение КПД печи за счет разогрева до высоких температур не только кислорода, но и балластных газов, являющихся «охладителем» для зоны горения. Увеличение диапазона регулировок мощности достигается за счет смещения нижней границы минимально возможной мощности печи. Идеальным вариантом является возможность регулировки мощности печи от нуля до максимума, однако в реальности это недостижимо. Например, для печи мощностью 10 кВт реальная минимальная мощность составляет около 4 кВт. Если попробовать уменьшить мощность, то печь погаснет, так как температура в камере сгорания станет меньше минимально допустимой для поддержания горения. Использование поршня с каналами позволяет растянуть диапазон по нижней границе мощности, т.е., например, для печи мощностью 10 кВт регулировка будет возможна не от 4 кВт до 10 кВт, а от 2,5 кВт до 10 кВт без опасения затухания пламени.
Возможность устанавливать жидкостной теплообменник в зону горения без опасения потерять нижний предел минимальных нагрузок по причине «просадки» зоны горения из-за появления мощного источника теплоотбора. Т.е. благодаря применению системы прогрева входящего воздуха в зоне горения появляется количественный запас теплоты, который позволяет ввести в зону горения жидкостной теплообменник без боязни переохладить зону до критических значений, после чего КПД резко падает или же вовсе происходит остановка печи, т.к. жидкостной теплообменник является для зоны горения мощным источником теплоотбора.
Избавление от недожога топлива при малых и средних нагрузках вследствие падения температуры в зоне горения обеспечивает избавление от вредных отложений в дымоходе, мешающих качественному теплообмену.
Наилучший вариант реализации заявляемой полезной модели показан на фигурах 1-6, на которых изображены:
Фиг. 1 - общий вид поршня;
Фиг. 2 - вид поршня снизу;
Фиг. 3 - вид поршня сбоку в разрезе, где стрелками показано направления движения воздуха;
Фиг. 4 - комбинированный поршень с жидкостным теплообменником;
Фиг. 5 - вид печи с поднятым поршнем;
Фиг. 6 - вид печи с опущенным поршнем;
Фиг. 7 - общий вид печи.
На фиг. 1-7 позициями 1-12 показаны:
1 - поршень;
2 - воздухозаборная труба;
3 - регулятор подачи воздуха;
4 - основание;
5 - распределительный канал;
6 - фокусирующий канал;
7 - теплообменник (водяная рубашка охлаждения?);
8 - печь;
9 - корпус печи;
10 - пластина-заглушка;
11 - крышка;
12 - люк розжига твердого топлива.
Поршень 1 содержит воздухозаборную трубу 2 с регулятором 3 подачи воздуха, в данном случае в виде заслонки-регулятора, основание 4, распределительные каналы 5 и фокусирующие каналы 6, выполненные в данном случае L-образной формы.
Регулятор 3 подачи воздуха может быть выполнен в виде шибера, дросселя, клапана осевого перемещения или клапана углового перемещения.
Смонтированные на основании 4 распределительные каналы 5 и фокусирующий каналы 6 образуют две линии подачи: распределительную и фокусирующую, что обеспечивает дробление потока входного воздуха, его разогрев и фокусировку в зоне горения.
Каналы 5-6 могут иметь спиралевидную форму (фиг. 4) и/или концентрическую форму. Каналы 5-6 также могут иметь любую форму, например распределительные 5 - спиралевидную, а фокусирующие 6 - прямую, и наоборот. Основание 4 и/или распределительные 5 и/или фокусирующие 6 каналы поршня 1 могут иметь водяную рубашку охлаждения (теплообменник) 7.
Поршень 1 предназначен для использования в печи 8 и размещения соосно корпусу 9 печи 8, которая комплектуется пластиной-заглушкой 10 при использовании твердого топлива. Поршень 1 выполнен с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси корпуса 9 печи 8.
Устройство работает следующим образом.
Регулятор 3 подачи воздуха полностью открывают, обеспечивая доступ кислорода в пространство под поршнем 1.
Твердое топливо размещают в корпусе 9 печи 8 в камере сгорания на пластине-заглушке 10. При отсутствии пластины-заглушки 10 топливо выпадет или будет подсос воздуха в камеру горения, минуя регулятор 3 подачи воздуха.
По мере выгорания топлива поршень 1 постепенно опускается на самое дно камеры сгорания печи 8 (фиг. 6). Для последующего запуска достаточно вынуть поршень 1, предварительно сняв крышки 11, и произвести новую закладку топлива. Розжиг осуществляют через люк 12 (фиг. 7).
Воздух благодаря разряжению в камере сгорания от дымохода всасывается через регулятор 3 подачи воздуха и далее по воздухозаборной трубе 2 попадает в распределительные каналы 5, которые дробят воздух на несколько направлений, в результате чего резко увеличивается площадь теплообмена, сильно снижается скорость прохождения кислорода и балластных газов от входного отверстия до зоны горения. В результате увеличения длины пути входящего воздуха и увеличения площади теплового обмена резко увеличивается степень разогрева воздуха, прежде чем он попадает в зону горения.
Таким образом, из фокусирующих каналов 6 выходит уже разогретый воздух, что максимально благоприятно сказывается на повышении энергонагруженности зоны горения при том же топливе и при тех же внешних условиях. Данная процедура позволяет увеличить коэффициент использования теплоты топлива, особенно на пределах низшей теплоты сгорания.
3
3
Н
Теплота сгорания является наиболее важной основной технической характеристикой топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания Qв называют количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м газообразного топлива. Низшая теплота сгорания Qн, отличается от высшей на теплоту испарения влаги топлива и влаги, образующейся при горении водорода. Чем больше влажность топлива, тем меньше будет величина Q. Низшая теплота сгорания рабочей массы определяется как результат разности высшей теплоты сгорания горючих элементов топлива и теплоты, затраченной на испарение всей влаги. Размерность теплоты сгорания Q выражается в кДж/кг или кДж/м. Иными словами, если топливо обводненное, то количество теплоты суммарно выделяемой печью будет меньше, т.к. часть энергии топлива уйдет на испарение влаги из топлива. Именно поэтому усиление тепловой плотности в зоне горения за счет каналов 5-6 позволяет избежать понижения температур в зоне горения. Таким образом, использование каналов позволяет увеличить коэффициент использования теплоты топлива, особенно при обводнении топлива, которое изменяет точку низшей теплоты сгорания.
Приведенные примеры являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций заявляемой полезной модели.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого устройства не изменяют сущность полезной модели, а лишь определяют его конкретные воплощения.