ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ КОТЕЛ
SOLID FUEL BOILER

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам обогрева, и может быть использовано для нагрева воды и отопления помещений в качестве твердотопливных котлов бытового или промышленного назначения.
Из существующего уровня техники известен водогрейный твердотопливный котел (Патент RU 121042 U1, 10.10.2012, F24H1/00), содержащий корпус, камеру топки, теплообменник, колосниковую решетку. Корпус котла представляет собой конструкцию, образованную из стальных листов и труб, снаружи покрыт щитами с термоизоляционным материалом, камера топки представляет собой трубный каркас, чередуемый с шамотным кирпичом, горизонтальные трубы теплообменника образуют два пакета труб, между которыми приварен разделительный щит, причем трубы сварены под наклон в сторону движения отходящих газов, в трубах теплообменника установлены извлекаемые турбулизаторы, дверца теплообменника выполнена полой, в трубе возвратной воды установлена перегородка, а возвратную воду подают в самую горячую зону топки.
Из уровня техники также известен котел водогрейный с многоходовым теплообменником (Патент RU 168146 U1, 19.01.2017, F24H1/00), состоящий из металлического корпуса, содержащего топочную камеру с дверцей и заслонкой, жидкостный контур с вводным и выводным патрубками, зольник с заслонкой подачи воздуха, колосники, многоходовой теплообменник и дымоход, причем теплообменник выполнен трехходовым и как минимум один его ход расположен с наклоном относительно горизонтальной плоскости.
Общими недостатками вышеописанных технических решений является невысокая производительность вследствие неэффективного и неравномерного теплообмена между топочными камерами и жидкостными контурами данных котлов.
Наиболее близким техническим решением является водогрейный котел (Патент RU 2736687 C1, 19.11.2020, F24H1/40), включающий корпус, камеру топки с дверцей, дымоход, водяную рубашку с патрубками ввода и вывода воды, выполненную по боковым и задней стенкам топочного пространства, при этом в верхней части топочной камеры водяная рубашка дополнена водонаполненным шипом, который в нижней плоскости имеет среднее ребро, расположенное ниже боковых ребер по высоте, тем самым образуя две наклонные поверхности к боковым стенкам топки.
Основными недостатками прототипа являются низкий КПД вследствие высоких потерь тепла при работе устройства и большие габаритные размеры.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение КПД твердотопливного котла, снижение потерь тепла при работе, повышение компактности устройства с одновременной реализацией удобства и повышенной безопасности эксплуатации устройства в целом, а также выполнение топочной камеры увеличенных размеров в сравнении с известными устройствами из уровня техники и, как следствие, возможности загрузки большего количества топлива и увеличении временного интервала между актами загрузки топлива в котел.
Указанный технический результат достигается за счет того, что твердотопливный котел, состоящий из корпуса со стенками, в котором размещены зольная камера, топочная камера с колосниковой решеткой и переходным патрубком, камера дымохода с регулятором тяги воздуха и выходным патрубком, жидкостный контур водяной рубашки, выполненный с возможностью подключения к гидросистеме отопления посредством входного и выходного патрубков, при этом на одной из стенок котла расположены дверки зольной камеры и топочной камеры, причем жидкостный контур водяной рубашки в корпусной части устройства выполнен опоясывающим корпуса топочной камеры и камеры дымохода, а камера дымохода выполнена с возможностью тяги дыма в горизонтальной плоскости посредством разделения на отсеки, по меньшей мере, одной вертикальной перегородкой, таким образом, что отсеки дымохода выполнены сообщающимися между собой через, по меньшей мере, одно отверстие.
В частности, котел может быть оснащен, по меньшей мере, одной системой защиты от перегрева, состоящей, по меньшей мере, из одного перепускного клапана, подключенного к жидкостному контуру водяной рубашки и, по меньшей мере, к одному переливному трубопроводу, выполненного с возможностью тушения огня в топочной камере посредством, по меньшей мере, одной трубы. Также на одной из стенок котла может быть размещена, по меньшей мере, одна дверка камеры дымохода. Дверки зольной камеры и/или топочной камеры и/или камеры дымохода соответственно могут быть оснащены по крайней мере одним запирающим устройством, выполненным в виде поворотной ручки с полукруглой запирающей пластиной. Переходной патрубок топочной камеры может быть выполнен прямоугольного, квадратного, треугольного или круглого сечения, а отверстие вертикальной перегородки камеры дымохода может быть выполнено прямоугольного, квадратного, треугольного или круглого сечения. Выходной патрубок дымохода может быть выполнен прямоугольного, квадратного, треугольного или круглого сечения. Регулятор тяги воздуха в камере дымохода может быть расположен над отверстием вертикальной перегородки камеры дымохода, заслонка которого может быть выполнена в форме прямоугольника или треугольника или квадрата или круга, а корпус котла может быть оснащен, по меньшей мере, одним защитным кожухом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен частный случай исполнения заявляемого твердотопливного котла:
на фигуре 1 представлен вид котла спереди; на фигуре 2 - вид котла сверху; на фигуре 3 - вид котла сзади; на фигуре 4 - изометрическая проекция с вырезом части котла; на фигуре 5 - развернутый разрез А-А вида котла спереди; на фигуре 6 - разрез Б-Б вида котла сверху; на фигуре 7 - развернутый разрез В-В вида котла сверху; на фигуре 8 - общий вид запирающего устройства дверок, где:
1 - корпус котла;
2 - зольная камера;
3 - топочная камера;
4 - колосниковая решетка;
5 - камера дымохода;
6 - жидкостный контур водяной рубашки;
7 - передняя стенка;
8 - задняя стенка;
9 - дверка зольной камеры;
10 - дверка топочной камеры;
11 - запирающие устройства;
12 - контурные отверстия водяной рубашки;
13 - левый радиатор жидкостного контура водяной рубашки;
14 - правый радиатор жидкостного контура водяной рубашки;
15 - выходной патрубок гидросистемы отопления;
16 - регулятор тяги воздуха в камере дымохода;
17 - входной патрубок гидросистемы отопления;
18 - левый защитный кожух корпуса;
19 - правый защитный кожух корпуса;
20 - вертикальная перегородка камеры дымохода;
21 - правый отсек дымохода;
22 - левый отсек дымохода;
23 - выходной патрубок камеры дымохода;
24 - отверстие переходного патрубка верхней части топочной камеры;
25 - переходной патрубок верхней части топочной камеры;
26 - отверстие вертикальной перегородки камеры дымохода;
27 - дверка камеры дымохода;
28 - система защиты котла от перегрева;
29 - перепускной клапан;
30 - переливной трубопровод;
31 - труба переливного трубопровода, расположенная в верхней части топочной камеры;
32 - отверстия трубы переливного трубопровода, расположенной в верхней части топочной камеры;
33 - поворотная ручка запирающих устройств;
34 - полукруглая запирающая пластина запирающих устройств.
Частный случай реализации твердотопливного котла может быть выполнен следующим образом: твердотопливный котел состоит из корпуса 1, в котором размещены зольная камера 2, топочная камера 3 с колосниковой решеткой 4, камера дымохода 5, жидкостный контур 6 водяной рубашки, с передней стенкой 7 и задней стенкой 8, при этом на передней стенке 7 расположены дверки 9, 10 зольной камеры 2 и топочной камеры 3 с запирающими устройствами 11 соответственно, а на задней стенке 8, содержащей контурные отверстия 12 водяной рубашки, размещены левый 13 и правый 14 с выходным патрубком 15 гидросистемы отопления радиаторы жидкостного контура 6 водяной рубашки, причем, на верхней части корпуса 1 расположены регулятор 16 тяги воздуха в камере дымохода 5 и входной патрубок 17 гидросистемы отопления, а на левой и правой частях корпуса 1 могут быть закреплены защитные 18,19 кожухи соответственно. Жидкостный контур 6 водяной рубашки в корпусной 1 части устройства выполнен опоясывающим корпуса топочной 3 камеры и камеры дымохода 5. В верхней части корпуса котла выполнена камера дымохода 5 таким образом, что она разделена в вертикальной плоскости посредством вертикальной перегородки 20 на два отсека - правый 21 и левый 22. Камера дымохода может быть разделена на три, четыре и более отсеков с возможностью тяги дыма в горизонтальной плоскости. Отсеки дымохода выполняются сообщающимися между собой. Сообщение отсеков может осуществляться путем выполнения отверстия между отсеками. Отверстие может быть выполнено путем установки более короткой перегородки, закрывающей не весь отсек дымохода, а может быть выполнено в самой перегородке. На передней стенке 7 дополнительно может быть расположена дверка 27, функцией которой является обеспечение реализации возможности удобства, доступности и безопасности чистки дымохода от нагара и сажи. Дверка может быть оснащена с запирающим устройством 11 камеры дымохода 5. Также устройство может быть оснащено системой 28 защиты котла от перегрева, состоящей из перепускного клапана 29, вмонтированного стороной входного патрубка в стенку левого 13 радиатора жидкостного контура 6 водяной рубашки, а со стороны выходного патрубка соединенного с переливным трубопроводом 30, выполненного с возможностью тушения огня посредством трубы 31, расположенной в верхней части топочной камеры 3, с отверстиями 32.
Запирающие устройства 11 дверок 9, 10, 27 зольной камеры 2, топочной камеры 3 и камеры дымохода 5 соответственно могут быть выполнены в виде поворотной ручки 33 с полукруглой запирающей пластиной 34. Отверстие 24 переходного патрубка 25 верхней части топочной камеры 3 и отверстие 26 перегородки 20 камеры дымохода 5 могут быть выполнены круглого, треугольного или квадратного сечения. Регулятор 16 тяги воздуха в камере дымохода 5 может быть расположен в верхней части корпуса котла.
Твердотопливный котел работает следующим образом: первоначально оператор подключает котел к гидросистеме водяного отопления с естественной или принудительной циркуляцией через входной 17 и выходной 15 патрубки гидросистемы отопления. Из гидросистемы отопления вода через входной 17 патрубок заполняет жидкостный контур 6 водяной рубашки, а через контурные отверстия 12 задней стенки 8 - левый 13 и правый 14 радиаторы жидкостного контура 6 водяной рубашки. Затем, открывают дверку 10, расположенную корпусе 1, на колосниковую решетку 4 кладут топливо (сухие дрова, торфяные, опилочные брикеты или каменный уголь). Производят розжиг растопочного материала и топочной камеры 3. Регулировка тяги воздуха может быть произведена посредством заслонки регулятора 16 тяги воздуха в камере дымохода. С целью безопасности эксплуатации оператором котел дополнительно может быть оборудован левым 18 и правым 19 защитными кожухами. При сжигании топлива происходит выделение тепловой энергии, в результате которого внутренняя поверхность топочной камеры 3 и часть задней стенки 8 нагреваются, и осуществляется ее передача воде, циркулирующей в жидкостном контуре 6 водяной рубашки. При этом топочные газы, образующиеся при сгорании топлива, в виде дыма через поступают в дымоход 5, затем в горизонтальной плоскости через отверстие 26 вертикальной перегородки 20 камеры дымохода 5 переходят в левый 22 отсек дымохода 5 и выходят через выпускной патрубок дымохода 5. Причем, благодаря тому, что жидкостный контур 6 водяной рубашки в корпусной 1 части устройства выполнен опоясывающим корпуса топочной 3 камеры и камеры дымохода 5, обеспечивается эффективный теплообмен и более равномерный нагрев водяной рубашки котла не только за счет непосредственного сжигания топлива, но и за счет топочных газов, проходящих через камеру дымохода 5 в горизонтальной плоскости, что позволяет экономить на сжигании топлива. Кроме этого, устройство может быть оборудовано системой 28 защиты котла от перегрева. В случае оборудования устройства системой защиты от перегрева, при превышении давления в гидросистеме водяного отопления более 3 атмосфер вода посредством перепускного клапана 29 начинает поступать из левого 13 радиатора жидкостного контура 6 водяной рубашки в переливной трубопровод 30 и тушит огонь через отверстия 32 трубы 31, расположенной в верхней части топочной камеры 3. Как только давление становится ниже 3 атмосфер, перепускной клапан 29 замыкается, вода перестает поступать в переливной трубопровод 30 и тушить огонь через отверстия 32 трубы 31. Остатки сгоревшего топлива, в виде золы, попадают в зольную камеру 2. Чистка зольной камеры 2 осуществляется непосредственно через дверку 9, а чистка камеры дымохода 5 от нагара и сажи - через дверку 27 . По мере сгорания топлива, топочную камеру 3 загружают заново и процесс повторяется.
Указанный технический результат достигается за счет того, что, во-первых, расположение дымохода котла в горизонтальной плоскости позволяет обеспечить удобство, доступность, безопасность и своевременность (нагар и сажа препятствуют равномерному прогреву котла, в результате чего значительно снижается КПД; возгорание сажи в дымоходе, может привести к сильной обратной тяге, в результате которой огонь может пойти внутрь помещения) чистки дымохода, а также позволяет увеличить объем топочной камеры, что дает возможность реже подтапливать котел. Реализация в устройстве рационального соотношения объемов между топочной камерой, водяным контуром и дымоходом котла в общем объеме корпуса, с одной стороны, позволяет реализовать возможность эффективного и равномерного теплообмена между топочной камерой и жидкостным контуром водяной рубашки котла, дополнительного обогрева верхней части водяной рубашки камеры дымохода, что обеспечивает максимальный эффект от расхода энергии при сжигании топлива на обогрев, снижает потери тепла и позволяет экономить расход топлива, тем самым, повышает КПД, с другой стороны, - обеспечивает компактность устройства, что дает возможность реализации меньших габаритов устройства по сравнению с известными аналогами. Во-вторых, наличие в устройстве системы защиты котла от перегрева позволяет обеспечить удобство и безопасность эксплуатации, повышение КПД устройства вследствие реализации возможности посредством данной системы поддержания оптимальных рабочих параметров котла в автономном режиме, без участия оператора и снижения потерь тепла, что в целом также обеспечивает компактность устройства и дает возможность реализации меньших габаритов устройства по сравнению с известными аналогами. И, в-третьих, наличие в заявляемом решении запирающих устройств дверок в виде поворотных ручек с полукруглыми запирающими пластинами позволяет обеспечить удобство и безопасность эксплуатации котла вследствие минимизации усилий и плавности хода при закрывании/открывании данных дверок.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «новизна».
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень».