ОТОПИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРХНЕГО ГОРЕНИЯ
OVERHEAD COMBUSTION HEATER

Предложение относится к системе локального отопления, в частности к конструкции водогрейных котлов, используемых для обогрева помещений и снабжения потребителей горячей водой.
Известна топка, содержащая металлический корпус, колосниковую решетку, трубу для подвода вторичного воздуха, с возможностью перемещения относительно поверхности решетки. Боковая стенка корпуса имеет отверстие, снабженное наружным клапаном. [A.C. 1048250 F23L 9/02]. Существенным недостатком конструкции является незначительная тепловая отдача топки ввиду ее малых размеров, ограниченного объема загрузки и быстрого сгорания топлива. Это требует частых остановок топки и отключения потребителей от теплоснабжения.
Известна также топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагрева воздуха помещений, состоит из камеры сгорания, в ее центр вставлены трубы подачи воздуха и шнековое устройство. Воздух в очаг сгорания подают сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу [US 4782765, F23L 1/00].
Недостатком такой конструкции топки является постоянное наличие электропитания и потребления энергии, сложность конструкции воздуховодов, ненадежность шнекового устройства, применения только гранулированного топлива, что требует дополнительного гранулирующего пресса.
Наиболее близким по технической конструкции и достигаемому результату является отопительный аппарат верхнего горения, содержащий корпус, в котором выполнена камера сгорания, колосниковая решетка, окна с герметизируемыми дверцами для загрузки топлива и для удаления золы, устройства для подачи воздуха и распределения его в камере сгорания[ЕА 005303, F23L 9/02, 2004].
Недостатком данной конструкции является осуществление контроля воздуха, которое происходит посредством электронных датчиков, что снижает надежность конструкции, аппарат при использовании выделяет неочищенные продукты горения, которые загрязняют среду обитания.
Технической задачей и положительным результатом заявленного отопительного аппарата является снижение вредных выбросов, увеличение надежности рабочих узлов аппарата без использования электропитания.
Указанная задача и достигаемый технический результат решены за счет того, что отопительный аппарат верхнего горения содержит корпус, в котором выполнена камера сгорания, колосниковая решетка, окна с герметизируемыми дверцами для загрузки топлива и для удаления золы, полость теплоносителя и отвода его потребителю, устройство для подачи воздуха и распределения его по камере сгорания, в котором распределитель воздуха соединен с помощью телескопической трубы или сильфону с камерой нагрева воздуха, нагнетаемого в эту камеру с помощью пневмонасоса или естественной тяги дымохода, с полостью камеры соединена труба, подведенная снизу под колосниковую решетку, магистрали ввода теплоносителя и отвода его потребителю оснащены трехходовыми клапанами, между которыми закреплена труба для рециркуляции теплоносителя в его полости, а распределитель воздуха выполнен в виде конусообразного наконечника, в верхней части которого смонтирован полый диск, образующий между собой и внутренней стенкой камеры сгорания кольцевой зазор, в стенках диска выполнены отверстия в виде сопел для равномерного распределения расходуемого объема воздуха, подаваемого по полости упомянутой телескопической трубы или сильфона.
Отопительный котел представлен на чертежах, где:
на фиг.1 показан общий вид с разрезом по вертикальной оси;
на фиг.2 - деталь А - распределитель воздуха на фиг.1;
на фиг.3 - узел Б на фиг.1;
на фиг.4 - деталь В - сменный каталитический картридж на фиг.1;
на фиг.5 - узел Г на фиг.1;
на фиг.6 - узел Д на фиг.5;
на фиг.7 - узел контроля воздухоподачи.
Отопительный аппарат верхнего горения, содержащий корпус, в котором выполнена камера сгорания, колосниковая решетка, окна с герметизируемыми дверцами для загрузки топлива и для удаления золы, газоотвод, полость для теплоносителя с патрубками ввода и отвода его потребителю, устройство для подачи воздуха и распределения его в камере сгорания, в котором распределитель воздуха соединен с камерой нагрева воздуха, нагнетаемого в эту камеру, при этом полость камеры нагрева воздуха соединена каналом с подколосниковой камерой, характеризуется тем, что патрубки ввода и отвода теплоносителя снабжены трехходовыми термозависимыми регулируемыми клапанами для рециркуляции теплоносителя в его полости, распределитель воздуха выполнен в виде усеченного пустотелого конуса, в верхней части которого смонтирован полый диск с отверстиями в стенках для сменных сопел, ориентированных под различными углами к топливу и стенкам, кольцевой зазор, образуемый диском и внутренней стенкой камеры сгорания, составляет 10-20% от площади поперечного сечения камеры сгорания, газоотвод имеет сменный картридж для очистки газов, образованных в процессе сжигания топлива, регулирование количества подаваемого воздуха в аппарат осуществляется механической воздушной заслонкой, а распределение подаваемого воздуха ведут в соотношении 30-40% - через распределитель и 60-70% - через канал, подведенный в подколосниковую камеру.
Отопительный аппарат характеризуется также тем, что распределитель воздуха соединен с камерой нагрева воздуха посредством сильфона или телескопической трубы.
Отопительный аппарат характеризуется также тем, что сменный картридж имеет катализатор для очистки топливных газов.
Отопительный аппарат характеризуется тем, что устройство для подачи воздуха имеет узел контроля, выполненный в виде механического рычага со штоком и регулировочным винтом, взаимодействующими с воздушной заслонкой.
Отопительный аппарат содержит камеру сгорания 1, выполненную в виде вертикально ориентированного цилиндра или многогранника. Камера имеет двойную стенку, образуя полость 2 для теплоносителя, и наружную стенку 3 с теплоизоляцией, экранированную металлическим листом. В полости аппарата имеется камера нагрева воздуха 4, соединенная с телескопической трубой или сильфоном 5, на конце которой закреплен распределитель воздуха 6. С камерой 4 соединена труба 7 для подачи воздуха снизу. В верхней части аппарата имеется дымоход со съемным каталитическим картриджем 8, а с наружной стороны аппарата располагается труба возврата теплоносителя 9, идущая от регулируемого трехходового клапана 10. Камера 4 аппарата оснащена заслонкой 11 для переключения направления потока воздуха по трубе 7. Нижняя часть аппарата оснащена колосниковой решеткой 12. Вывод теплоносителя из аппарата осуществляется посредством патрубка 13, а подачу теплоносителя ведут по трубе 14. Отопительный аппарат оснащен электрической воздушной заслонкой 15, с помощью которой контролируют количество воздуха, подаваемого в аппарат; воздух нагнетается пневмонасосом или вентилятором 16, который управляется датчиком терморегулятора 17. В стенке отопительного аппарата выполнено отверстие 18, в которое введен термометр. В стенке аппарата выполнены два проема с герметично закрывающимися дверцами 19 и 20, предназначенными для загрузки топлива - 19 и удаления золы - 20. Аппарат оснащен тросом 21, часть его длины находится снаружи корпуса, а конец троса соединен с телескопической трубой или сильфоном 6. На стенке аппарата трос 21 фиксируется крючком 22. Отопительный аппарат загружается топливом 23 любого рода.
Распределитель 6 воздуха состоит из конусообразного наконечника 24 с воздухоподающим каналом 25, на верхней части которого смонтирован полый металлический диск 26 таким образом, чтобы получилось открытое кольцевое пространство в виде кольцевого зазора между диском 26 и внутренней стенкой камеры сгорания 1; этот зазор по площади кольца составляет 20-30% от площади поперечного сечения камеры 1. Полый диск имеет отверстия 27 в виде сопел для расхода воздуха: через наконечник 24 около 40%, и около 60% - сопла 27. Распределитель имеет опорные ножки 28 для установки на топливо 23 с некоторыми зазорами. В корпусе сменного каталитического картриджа 29 расположена многоканальная, пористая система катализатора 30, каналы выполнены из металла или керамики, расположены вдоль корпуса 29 и покрыты химическим составом, выступающим катализатором, предпочтительно Pd палладий или аналоги, для продуктов горения аппарата. К корпусу аппарата посредством винта 31 прикреплен термонезависимый шток 32, снизу соединенный с плоским рычагом механической воздушной заслонки 33, сверху рычаг придавлен регулирующим винтом 34, вставленным в опорное колено 35.
Работа топливного аппарата осуществляется следующим образом. В камеру 1 через дверцу 19 загружают топливо 23, сверху укладывают немного материала растопки и поджигают. Кольцо металлического троса 21 снимают с крючка 22 и поднимают наверх, таким образом распределитель воздуха 6 опускается на топливо 23. Дверцу 19 плотно закрывают. Включают вентилятор 16 и нагнетают воздух через электрическую воздушную заслонку 15 и механическую 33 в камеру нагрева 4. Из камеры нагрева 4 воздух распределяется на 2 потока - верхний и нижний в пропорциях: 30-40% через распределитель 6 и 60-70% через трубу 7. Нагретый в камере 4 воздух стремится вниз по телескопической трубе или сильфону к распределителю 6, обеспечивая зону горения кислородом сверху. Распределитель 6 на телескопической трубе или сильфоне опускается вниз по мере прогорания топлива 23, обеспечивая горение только в верхней зоне. Нижний поток воздуха, проходя по трубе 7 в полости камеры 1, сильно нагревается и, попадая под колосники 12, устремляется вверх, по пути высушивая топливо 23 и обеспечивая зону горения кислородом. Таким образом, КПД увеличивается на 10-20%, топливо просушивается, нагревается и энергия не требуется. Вывод продуктов горения происходит через дымоход с каталитическим картриджем 8, остатки несгоревших веществ СО, СН, NO, проходя по каналам катализатора 30, взаимодействуют с его поверхностью и окисляются - дожигаются, во время окисления выделяется тепло, которое способствует еще большему процессу окисления и очищению продуктов горения, выделяемых при работе аппарата, таким образом, улучшается экологическая безопасность данного отопительного аппарата. На патрубке 13 подачи теплоносителя установлен трехходовой терморегулируемый клапан 10, который служит для обеспечения быстрого нагрева и стабильной работы аппарата. В момент нагревания аппарата клапан 10 направляет поток теплоносителя по трубе рециркуляции 9. При достижении рабочей температуры аппарата, клапан 10 постепенно начинает отдавать нагретый теплоноситель в систему отопления, при этом аппарат работает стабильно и экономично. После того как аппарат набирает рабочую температуру, терморегулятор отключает вентилятор 17, а электрическая воздушная заслонка 15 перекрывает попадание воздуха в полость аппарата. В случае внезапного отключения электропитания от аппарата и предотвращения его закипания и повреждения, аппарат оснащен механической заслонкой 33. Металлический корпус аппарата, используя физические свойства металла, при нагревании расширяется, часть аппарата, расположенная выше крепления 31, вытягивается вверх, а термонезависимый шток 32 остается на том же положении, при этом давление от штока 32 на рычаг 33 ослабевает и он опускается, перекрывая заслонкой доступ воздуха в аппарат. Диапазон хода рычага 33 регулируется винтом 34. Таким образом аппарат может контролировать рабочую температуру без электропитания, что существенно расширяет места его применения и безопасность. Отопительная система функционирует стабильно, а при понижении температуры теплоносителя процесс работы данного аппарата активизируется, как отмечено выше.