ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

Изобретение относится к устройствам для систем теплоснабжения микровайонов, обогрева частный домов и помещений.
Известна печь "Аква-Буллерьян", содержащая корпус, топку с камерой газификации и регулятором мощности - регулируемым поддувалом, регулятор-газификатор, установленные между топкой и корпусом водяные трубы, опоясывающие топку (Горбов A.M., Печи и камины, М., ACT; Донецк, Сталкер, 2005, с. 209-211, рис. 130).
Недостаток - печь имеет низкий КПД.
Известна отопительная печь по патенту РФ на изобретение №2225589, МПК F24B 1/02, опубл. 27.05.2008, прототип.
Признаки общие с прототипом: отопительная печь содержит корпус с топкой и вытяжной трубой, систему подачи топлива с трубопроводом жидкого топлива форсункой и теплообменник-подогреватель, установленный в топке.
Недостатком является низкий КПД и относительно большой расход топлива.
Задачей создания полезной модели является уменьшение расхода топлива
Достигнутый технический результат: повышение полноты сгорания и увеличение КПД печи, вследствие сжигания в топке водорода, полученного при разложении воды.
Указанный технический результат достигается в отопительной печи, содержащей корпус с топкой и вытяжной трубой, систему подачи топлива с топливопроводом, форсункой и теплообменником-подогревателем, установленным в топке, тем, что система подачи топлива содержит смеситель-эмульгатор, предназначенный для смешения воды с топливом и систему подачи воды с баком-накопителем, трубопроводом низкого давления, причем к входу в смеситель-эмульгатор присоединен топливопровод, к выходу - система подачи эмульсии с водо-топливной форсункой, а в топке против водо-топливной форсунки установлен катализатор и устройство нагрева катализатора. В качестве катализатора может быть использован шунгит. Смеситель-эмульгатор может быть размещен непосредственно в накопительной емкости, которая, в свою очередь установлена в топке. Водяная форсунка может быть выполнена на входе в смеситель. В топке может быть установлен нагреватель катализатора. Нагреватель может быть выполнен в виде нагревательного элемента, например, спирали, размещенной внутри катализатора. Нагреватель может быть выполнен в виде трансформатора, к вторичной обмотке которого присоединен катализатор. Нагреватель катализатора может быть выполнен в виде дополнительной топливной форсунки с ориентацией факела пламени на поверхность катализатора. Система подачи эмульсии может быть снабжена активатором воды. Активатор может быть выполнен магнитным. Активатор может быть выполнен электрическим. Активатор может быть выполнен в виде вихревой улитки со спиралью Архимеда внутри. Печь может быть дополнительно снабжена системой подачи озона, содержащей озонатор, подсоединенной к ее топке.
Озонатор может быть выполнен в виде диэлектрического корпуса в рабочей камере которого установлены параллельно два электрода, к которым присоединен регулируемый блок высокого электрического напряжения. Регулируемый блок высокого электрического напряжения и полая рабочая камера могут быть размещены снаружи печи. Оба электрода озонатора могут быть размещены в топке печи, причем одним из них является металлический катализатор, а второй электрод озонатора размещен параллельно катализатору. На входе озонатора может быть установлен вентилятор, а выход рабочей камеры озонатора соединен трубкой с дополнительной воздушной форсункой. Накопительная емкость может быть выполнена металлической и плотно размещена на верхней металлической поверхности печи. Водяная форсунка может быть выполнена вихревой. Система подачи воды может содержать активатор. Активатор может быть выполнен из шунгита. Катализатор может быть выполнен металлическим из магниево-дюралевого сплава. Катализатор может быть выполнен в виде пластины. Катализатор может быть выполнен в виде перфорированного цилиндра. Катализатор может быть выполнен в виде металлической гребенки, содержащим основание, размещенное горизонтально в топке печи и как минимум три вертикальные пластины, размещенные на основании этой гребенки.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг. 1…18, где:
- на фиг. 1 приведен чертеж печи с цилиндрическим горизонтально расположенным корпусом,
- на фиг. 2 приведена печь с цилиндрическим вертикально расположенным корпусом,
- на фиг. 3 приведена печь с корпусом в виде приямоугольного параллелепипеда,
- на фиг. 4 приведена схема подключения озонатора к печи,
- на фиг. 5 приведена схема подключения дополнительно форсунки горючего (пусковой) к печи,
- на фиг. 6 приведена схема озонатора,
- на фиг. 7 схема рабочей камеры озонатора,
- на фиг. 8 приведена схема рабочей камеры озонатора, второй вариант,
- на фиг. 9 приведена схема подогрева катализатора (первый вариант),
- на фиг. 10 приведена схема подогрева катализатора, второй вариант,
- на фиг. 11 приведена схема подогрева катализатора, третий вариант,
- на фиг. 12 приведена конструкция катализатора, первый вариант,
- на фиг. 13 приведен конструкция катализатора, второй вариант,
- на фиг. 14 приведен конструкция катализатора, третий вариант,
- на фиг. 15 приведен конструкция катализатора, четвертый вариант,
- на фиг. 16 приведен конструкция катализатора, пятый вариант,
- на фиг. 17 приведен смеситель,
- на фиг. 18 приведен смеситель-эмульгатор с подачей озона.
Отопительная печь (фиг. 1…18) состоит из корпуса 1, топки 2, расположенной внутри корпуса 1 и выхлопной трубы 3. Между корпусом 1 и топкой 2 установлен теплообменник-подогреватель воды 4 с входным патрубком 5 и выходным патрубком 6. Теплообменник - подогреватель 4 предназначен для обеспечения горячей водой потребителей, например, для нужд отопления. Теплообменник-подогреватель воды 4 имеет форму спирали (Возможны и другие варианты его конструкции). Может быть применено несколько теплообменников - подогревателей воды 4. Система подачи топливной эмульсии содержит топливопровод 7, смеситель-эмульгатор 8, трубопровод эмульсии 9, кран 10, теплообменник-испаритель 11 и водо-топливную форсунку 12, концентрично которой установлена воздушная форсунка 13. Воздушная форсунка 13 выполнена на дверце 14. В нижней части корпуса 1 дополнительная выполнена дополнительная воздушная форсунка 15 для подвода озонируемого воздуха.
Печь может быть оборудована кожухами 16 и 17 для ускорения движения потока продуктов сгорания с перепускными окнами 18.
Особенность система подачи топливной эмульсии является наличие системы подачи воды 19, которая содержит бак-накопитель 20 для воды, трубопровод низкого давления 21, насос 22, трубопровод высокого давления 23 и смеситель-эмульгатор 8. К входу смесителя-эмульгатора 8 присоединен топливопровод 7 и трубопровод высокого давления 23, подающий воду. Смеситель-эмульгатор 8 предназначен для приготовления водотопливной эмульсии. После смесителя-эмульгатора 8 может быть установлен активатор 24 для активации водотопливной эмульсии или активатор 25 для активации воды. Насос 22, активатор 24, предназначенный для активации водотопливной эмульсии и смеситель 24 (эмульгатор) могут быть размещены непосредственно в накопительной емкости 20, которая, в свою очередь установлена в топке 2.
В топке 2 против топливоводяной форсунки 12 установлен катализатор 26. Катализатор 26 может быть выполнен металлическим из магниево-дюралевого сплава или шунгита. Катализатор может быть выполнен различной конструкции. Наиболее простой вариант его выполнения в виде прямоугольного параллелепипеда (фиг. 1) или в виде плоской пластины (фиг. 12) или в виде криволинейной пластины (фиг. 13 и 14). Катализатор 26 может быть выполнен в виде перфорированного цилиндра (фиг. 15) или в виде гребенки (фиг. 16). Около катализатора 26 может быть установлен нагреватель 27 (фиг. 1) для обеспечения запуска печи. Это необходимо потому, что водо-топливная эмульсия при низких температурах может не воспламениться.
Нагреватель 27 может быть различной конструкции (фиг. 9…11). В первом варианте (фиг. 9) он выполнен в виде индуктора, содержащего трансформатор 28, имеющего первичную и вторичную обмотки 29 и 30. Вторичная обмотка 30 соединена по выходу электрическими проводами 31 с обмоткой возбуждения 32, внутри которой установлен катализатор 26. Обмотка возбуждения 32 разогревает катализатор 26.
В качестве нагреватель 27 может быть использован сам катализатор 26, для этого его подключают к вторичной обмотке 30. Нагреватель 27 может быть выполнен в виде нагревательного элемента 33 (нагревательной спирали), подключенного к вторичной обмотке 30, которая может быть размещена внутри катализатора 26 (фиг. 11). Первичная обмотка 29 этого трансформатора 28 размещена за пределами топки 2 печи и электрически присоединена к электрической сети 220 В.
Нагреватель 27 катализатора 26 может быть выполнен в виде дополнительной топливной форсунки 34 (фиг. 5) с ориентацией факела пламени на поверхность катализатора 26. Концентрично дополнительной топливной форсунка 34 может быть выполнена вторая дополнительная воздушная форсунка 35. Дополнительная топливная форсунка 34 присоединена трубкой 36 к топливопроводу 7.
Система подачи воды, как упоминалось ранее, может быть снабжена активатором 25. Активатор 25 может быть выполнен магнитным. Активатор 25 может быть выполнен электрическим. Активатор 25 может быть выполнен в виде вихревой улитки со спиралью Архимеда внутри (на фиг. 1…18 такой вариант не показан.).
Печь может быть дополнительно снабжена электрическим озонатором воздуха 37, подсоединенным к ее топке 2. Озонатор воздуха 37 (фиг. 6…8) содержит регулируемый блока высокого напряжения 38, диэлектрический корпус 39 с рабочей камерой 40, имеющей подводящий патрубок 41 с вентилятором 42 и отводящий патрубок 43. Внутри рабочей камеры 40 установлены два электрода 44 и 45, электрически присоединенными к выходу регулируемого блока высокого напряжения 38. Возможен вариант с дополнительным выходным патрубком 46 (фиг. 8).
Оба электрода 44 и 45 озонатора воздуха 37 могут быть размещены в топке 2 печи, причем одним из них электродом 45 является катализатор 26 (совмещение функций), а второй электрод озонатора 45 размещен параллельно на расстоянии от катализатора 26, обеспечивающим устойчивый коронный электрический разряд в рабочем зазоре между ними при конкретной величине выходного высокого напряжения, (на фиг. 1…18 такой вариант не показан).
Накопительная емкость 15 может быть выполнена металлической и плотно размещена на верхней стенке корпуса 1 печи. (фиг. 3). Это необходимо для предварительного подогрева воды, используемой для создания эмульсии, чтобы более качественно подготовить эмульсию и облегчить ее испарение в топке 2. Бак-накопитель 20 содержит 2…3 л. воды и периодически пополняется. (Система пополнения бака-накопителя 20 водой на фиг. 1…18 не показана).
Возможны несколько вариантов исполнения катализатора 26. На фиг. 12…16 показаны пять вариантов. Катализатор 26 может быть выполнен в виде пластины 47 (или пакета таких пластин) и размещен горизонтально в топке 2 на опоре 48, к которой прикреплен винтом 49 (фиг. 12). Пластина 47 может быть выполнена криволинейной (фиг. 13 и 14). На пластине 47 могут быть выполнены перфорирующие отверстия 50. Катализатор может быть выполнен в виде цилиндра (фиг. 15).
Катализатор 26 может быть выполнен в виде металлической гребенки, содержащей основание 51, размещенное горизонтально в топке 2 печи и как минимум три вертикальные пластины 52, размещенными на основании 51 этой гребенки (фиг. 16).
Смеситель-эмульгатор 8 (фиг. 17) содержит корпус 53, полость 54, форсунку воды 56 и форсунку топлива 56. Второй вариант смесителя 24 (фиг. 18) дополнительно содержит форсунку озона 57.
РАБОТА ПЕЧИ
Отопительная печь работает следующим образом. Предварительно подогревают катализатор 26 при помощи подогревателя 27. В смесителе-эмульгаторе 8 подготавливают водо-топливную смесь. В топку 2 при помощи водо-топливной форсунки 12 на поверхность катализатора 26 вводится эмульсия, содержащая воду и топливо. Вода, содержащаяся в эмульсии разлагается на кислород и водород, а топливо сгорает. Образовавшийся водород также сгорает в топке 2. Полученные продукты сгорания обтекают теплообменник нагрева 4 и подогревают в нем воду для технических нужд, например для отопления микрорайона, помещения или частного дома. Подогретая вода выходит к потребителю через выходной патрубок 6 (фиг. 1). Через входной патрубок 5 охлажденная вода возвращается в теплообменник нагрева 4.
При наличии озонатора 37 его включают в работу, для этого включают вентилятор 42 и регулируемый блок высокого напряжения 38, который по электрическим проводам 31 подает напряжение на электроды 44 и 45 (фиг. 3). Между электродами 44 и 45 возникает коронный разряд в рабочей камере 40, при этом образуется озон, обладающий более высокими окислительными свойствами, чем кислород. Смесь воздуха с озоном подается в дополнительную воздушную форсунку 15, при этом озон имеет более лучшие окислительные свойства, чем кислород, полнота сгорания топлива значительно увеличивается. Это в итоге повышает КПД печи и уменьшает расход топлива.
Применение отопительной печи данной компоновки позволит:
- повысить КПД печи за счет увеличения полноты сгорания топлива, сжигания водорода, полученного при разложении воды, содержащейся в водотопливной эмульсии и использования озона в качестве окислителя в процессе горения,
- сжигать низкосортное жидкое топливо или топливо, содержащее примеси воды..