ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ

ОТОПИТЕЛЬНЫЙ КОТЕЛ
Полезная модель относится к теплотехническому оборудованию и может быть использована для отопления помещений, а также получения горячей воды для бытовых нужд.
Известен отопительный котел по патенту EP 005303, содержащий камеру сгорания, в двойной стенке которой сформирована емкость, заполненная водой, с отверстием выхода дыма, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, патрубки подвода и отвода воды. Указанная камера сгорания установлена вертикально и выполнена в виде цилиндра или призмы. В верхней части камеры расположено отверстие, в которое вставлена  свободно вверх-вниз перемещающаяся труба подачи воздуха, заканчивающаяся распределителем воздуха, опирающимся на топливо, при этом  распределитель  воздуха  выполнен  в виде  пустотелого  диска,  в  верхней  части  которого выполнен наконечник  для соединения с трубой подачи воздуха, а в нижней части - головка,  при  этом  в  периферийной  части диска, в узком конце головки и на боковой поверхности  головки,  а  также  в  наконечнике  выполнены  отверстия, сообщающиеся  с  внутренней  полостью  распределителя воздуха.
Недостатком приведенного технического решения является низкая эффективность сжигания топлива и, как следствие, низкий КПД устройства. Данное положение объясняется следующим: для эффективного сжигания пиролизных газов, выделяющихся из очага первичного горения, необходимо тщательное перемешивание указанных газов с воздухом для формирования максимальной площади их контакта с окислителем. В приведенном техническом решении воздух для сжигания пиролизных газов подается через радиальные отверстия распределителя в виде отдельных струй, что не обеспечивает требуемого качества перемешивания окислителя с указанными газами.
Для эффективного перемешивания воздуха (окислителя) с топливом (газообразным, жидким, диспергированным твердым) в конструкциях горелочных устройств применяются распределители воздуха (завихрители) - устройства, обеспечивающие закручивание изначально осевого потока воздуха в зоне контакта его с топливом.
Так, известен завихритель воздуха по патенту SU 187920, содержащий направляющий аппарат с неподвижными лопатками и цилиндрический шибер, обеспечивающие возможность закручивания воздушного потока с разной интенсивностью и направлением, при этом весь осевой поток трансформируется в турбулентный тангенциальный.
Недостатком приведенного технического решения является отсутствие возможности деления выходящего из завихрителя воздушного потока на осевой и тангенциальный. Как следствие, будучи примененным в отопительном котле, указанный завихритель может обеспечить перемешивание пиролизных газов с воздухом только вблизи стенок камеры сгорания, где будет наблюдаться интенсивное вращательное движение среды, в то время как непосредственно над завихрителем, будет наблюдаться застойная зона, что снижает качество перемешивания топлива с воздухом и уменьшает КПД устройства.
Указанный недостаток можно исправить, если часть воздуха, выходящего из завихрителя, будет перемещаться вверх (под воздействием тяги, создаваемой дымоходом) и перемешиваться с закрученным потоком, частично отраженным от стенок топливника.
Задачей полезной модели является повышение КПД отопительного котла путем более эффективного сжигания пиролизных газов, выделяющихся из очага первичного горения.
Технический результат достигается тем, что в отопительном котле, содержащем установленную вертикально и выполненную в виде цилиндра или призмы имеющую двойную наружную стенку с образованием в ней полости для воды камеру сгорания с  отверстиями  для выхода  дыма, загрузки топлива, удаления золы и отверстием для подачи воздуха,  в  которое  вставлена  свободно вверх-вниз перемещающаяся телескопическая труба, заканчивающаяся распределителем воздуха, опирающимся на топливо, распределитель  воздуха  состоит из верхнего и нижнего дисков, имеющих осевые отверстия, указанные диски соединены между собой лопатками, расположенными от центральной оси к внешним краям дисков, отверстие верхнего диска соединено с трубой подачи воздуха посредством втулки, отверстие нижнего диска продлено наконечником, опирающимся на топливо, при этом диаметр верхнего диска меньше, чем нижнего.
В заявляемом отопительном котле лопатки могут иметь криволинейную форму.
Также в заявляемом отопительном котле лопатки могут быть расположены с равным угловым шагом по окружности дисков.
Также в отопительном котле лопатки могут быть установлены под наклоном (не перпендикулярно) относительно плоскости дисков.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез котла, на фиг.2 - конструкция распределителя воздуха.
Котел отопления состоит из следующих основных частей: камеры 1 сгорания, телескопической трубы 2 подачи воздуха, распределителя 3 воздуха, наружного теплоизолирующего корпуса 4 и воздушной камеры 5.
Камера сгорания 1 снабжена отверстиями 6, 7 и 8, соответственно, загрузки топлива, удаления золы и выхода дымовых газов. Пространство между камерой 1 сгорания и теплоизолирующим корпусом 4 заполнено водой, циркуляция воды через котел осуществляется посредством входного и выходного патрубков 9 и 10. Воздушная камера 5 снабжена отверстием 11 входа воздуха, в котором размещена заслонка регулирования расхода воздуха (на чертеже не показана). Дополнительно котел содержит устройство перемещения (взвода) и удержания телескопической трубы (также не показано).
Распределитель воздуха имеет следующую конструкцию: втулка 12 (фиксируемая на телескопической трубе 2) соединена с верхним диском 13, нижний диск 14 (имеющий диаметр больший, чем 13), соединен с верхним диском 13 лопатками 15. Лопатки могут иметь разный профиль, располагаться с постоянным или переменным шагом по окружности дисков 13 и 14. Осевые отверстия, имеющиеся в обоих дисках, формируют осевой канал 16, продленный наконечником 17, в котором выполняются радиальные отверстия.
Котел отопления функционирует следующим образом.
Предварительно телескопическая труба 2 подачи воздуха вместе с распределителем 3 воздуха позиционируется в крайнее верхнее положение, камера сгорания 1 через отверстие 6 загрузки топлива заполняется топливом, далее топливо поджигается, и отверстие 6 закрывается дверцей. Отверстие 7 удаления золы также закрыто, и единственным источником поступления воздуха, необходимого для поддержания горения, является отверстие 11 входа воздуха. По мере увеличения температуры формируется тяга, под воздействием которой воздух поступает через отверстие 11 в воздушную камеру 5 и далее по каналу телескопической трубы 2 подачи воздуха в осевой канал 16 распределителя 3. В указанном осевом канале 16 происходит разделение воздушного потока: часть его перемещается по каналу наконечника 17, выходит непосредственно в очаг горения через всегда имеющийся зазор между топливом и торцом наконечника 17, а также через радиальные каналы в указанном наконечнике. Другая часть воздуха, попав в каналы, образованные диском 13, диском 14 и лопатками 15, выходит в радиальном направлении из распределителя 3, и в свою очередь, делится на два потока - один, вследствие крутки потока лопатками 15 циркулирует у стенки камеры 1 сгорания, второй - отделяется от первого по кромке верхнего диска 13, диаметр которого меньше, чем у нижнего диска 14, и совершая некоторое вращательное движение, поднимается вверх под действием тяги.
Выделяемое при горении в очаге тепло, преимущественно в виде излучения, передается стенке камеры 1 сгорания и далее, за счет конвекции, нагреваемой воде.
При горении в очаге неизбежно выделяются горючие (пиролизные) газы, которые, в силу недостаточного перемешивания с первичным, то есть поступающим через наконечник 17 воздухом не сгорают в очаге. Указанные газы вместе с продуктами сгорания в очаге (наличие продуктов сгорания еще больше уменьшает концентрацию воздуха в среде), под воздействием тяги перемещаются вверх по периферии камеры 1 сгорания, стремясь к отверстию 8 выхода дымовых газов. Поток данных газов, встретившись с циркулирующим у стенки потоком воздуха (как это описано выше), насыщается кислородом, интенсивно с ним перемешивается и воспламеняется, генерируя дополнительное тепло, которое также передается стенке камеры сгорания 1. Необходимая при этом температура воспламенения достигается нагревом пиролизных газов дымовыми газами первичного очага, а также подогревом воздуха от элементов конструкции распределителя 3. Перемещаясь выше, продукты сгорания контактируют еще с одним восходящим потоком подогретого воздуха, отделенным от распределителя 3 по кромке верхнего диска 13. При наличии в продуктах сгорания все еще несгоревших пиролизных газов, они могут быть сожжены посредством данного третьего потока, обеспечивающего окисление свежим воздухом.
Таким образом, применение распределителя воздуха указанной конструкции позволяет осуществлять трехступенчатое сжигание топлива: первичное - в очаге, вторичное - в крутящемся у стенки камеры сгорания потоке, третичное - в восходящем потоке дымовых газов.
Указанный процесс сжигания топлива может протекать с разной интенсивностью, то есть выделяемой мощностью, что обеспечивается регулированием проходного сечения отверстия 11 входа воздуха.
По мере уменьшения уровня топлива в камере сгорания, распределитель воздуха вместе с элементами телескопической трубы 2 будут опускаться под действием собственного веса, обеспечивая постоянный контакт наконечника 17 с топливом, и процесс горения будет протекать идентично описанному выше.
Циркуляция воды через контур котла осуществляется посредством патрубков 9 и 10, принудительным или гравитационным способом.
По окончании цикла протопки зола удаляется из камеры сгорания через отверстие 7.
Заявляемый отопительный котел позволяет производить эффективное сжигание топлива, повышая тем самым КПД, а также высокую степень дожигания  пиролизных газов.