Усилитель тяги дымохода

Полезная модель относится к устройствам для усиления тяги при сжигании топлива. Существует проблема разжигания отопительных приборов, когда холодный воздух из прямого дымохода через топку поступает в помещение, в этом случае необходимо усилить тягу в прямом дымоходе, создать движение воздуха вверх, через трубу.
Устройство предназначено для создания искусственной тяги или усиления естественной тяги в дымоходах каминов или печей со сложной конфигурацией дымоходов, для создания тяги во время разжигания огня в каминах или печах до появления устойчивой естественной тяги, после чего устройство может быть отключено, для создания вытяжки и удаления дыма при устройстве мангалов, барбекю на дровах или углях в замкнутых помещениях, для удаления выброса едких веществ из лабораторных шкафов, которые могут разрушить вентилятор, для вытяжки из небольших окрасочных камер.
Известно изобретение, описанное в патенте России №2124163, опубликованном 27.12.1998 г. Сущностью изобретения является то, что в ствол дымовой трубы введен нагнетательный воздуховод, направленный соплом в сторону выхода дымовых газов, а ствол за соплом может принимать форму конфузора, который может завершаться камерой смешения или диффузором, а также камера смешения может располагаться между конфузором и диффузором. Получаемый технический результат заключается в создании разрежения, достаточного для удаления дымовых газов через дымовые каналы, имеющие большое аэродинамическое сопротивление.
Недостатками данного патента являются, то, что дымоход имеет большие габариты, что потребует высокое энергопотребление и затруднит естественную тягу.
Известна полезная модель, описанная в патенте России №18843, опубликованном 20.07.2001. Система для усиления тяги отопительной пламенной печи, включающая дымовую трубу, в которой установлено устройство усиления тяги отопительной пламенной печи, содержащее вентилятор, соединенный с источником электроэнергии, при этом он снабжен выключателем, расположенным в помещении, где установлена отопительная печь.
Недостатками данного патента являются, то, что высокая температура в дымоходе выведет из рабочего состояния осевой вентилятор и затруднит естественную тягу, установка центробежного вентилятора в ответвлении газохода в верхней части трубы так же не добавит тяги.
Известен патент на полезную модель №113558, опубликованный 26.07.2011 г. Устройство для отвода дымовых или промышленных газов в атмосферу, состоящее из дымовой трубы, установленной на фундаментном основании, и нагнетателя воздуха, выполненного в виде, по крайней мере, одного вентилятора, причем поток воздуха из нагнетателя направлен вверх вдоль внешней образующей трубы.
Применяется в промышленности для снижения проектной высоты трубы.
Известен патент на изобретение №2213906, опубликованный 29.07.2002 г. Устройство вывода в атмосферу дымовых газов и потоков вентиляционного воздуха, содержит дымовую трубу с сопловым участком, имеющий осесимметричный канал и выходное окно, вентиляционный короб с патрубком, оборудованным также выходным окном, дополнительно оснащено смесительной камерой с осесимметричным каналом, выведенным в атмосферу выходным окном и подключенным к выходным окнам вентиляционного патрубка и соплового участка трубы входным окном, причем в сопловой участок встроен вентиляционный патрубок с образованием кольцевого канала для прохода вентиляционного воздуха, а каналы смесительной камеры, вентиляционного патрубка и соплового участка трубы установлены вдоль общей оси симметрии.
В смесительной камере 8 выходящая из канала 3 сопла 2 струя дымовых газов эжектирует близ размещенные слои среды вентиляционных потоков, создавая скачок разрежения вблизи сопла 2 и дополнительный перепад давления (тяги) между выходным окном 10 смеси газов в атмосферу и окном 15 забора вентиляционных потоков воздуха.
При работе устройства активизируется процесс вентиляции воздуха в помещении, повышается эффективность использования энергии (динамического напора) отводимого потока дымовых газов.
Недостатком устройства вывода в атмосферу дымовых газов и потоков вентиляционного воздуха является то, что в случае попытки сброса потоков вентиляционного воздуха из помещения с подветренной стороны непосредственно в дымовую трубу, приводит к тому, что газы из дымовой трубы инвертируют в вентиляционный короб и в помещение.
Известен патент США на изобретение №4512264 опубликованный 31.10.1983 г., в котором решается задача выведения в атмосферу дымовых или промышленных газов с помощью эжекторов. В этой конструкции горячий воздух подается в ствол трубы, а воздух из окружающей среды - через эжектор.
Изобретение позволяет снизить высоту дымовой трубы, что не способствует дожиганию несгоревшего топлива, кроме того, материал из которого изготавливают трубу должен быть термостойким, что так же является недостатком
Известен патент на изобретение №2203453, опубликованный 17.07.2001 г. Устройство для отвода дымовых и/или промышленных газов в атмосферу содержит нагнетатель воздуха, выход которого подсоединен к нижней части вертикальной трубы. В стволе трубы установлено, по меньшей мере, два эжектора, разнесенных по ее высоте, при этом всасывающий вход, по меньшей мере, одного эжектора через газопроводы сообщен с устройствами забора отводимых газов.
В качестве нагнетателя воздуха может использоваться какое-либо высоконапорное устройство, например центробежный вентилятор, который гонит холодный, по сравнению с дымовыми или промышленными газами, воздух из окружающей атмосферы в ствол трубы. Этот воздух создает в стволе трубы поток, который увлекает подводимые в всасывающие входы эжекторов газы далее. При этом за эжектором происходит разбавление и перемешивание дымового или промышленного газа холодным воздухом.
Особенностью предлагаемого устройства является также то, что в стволе трубы установлено по меньшей мере две ступени эжекции, что позволяет, с одной стороны, забирать загрязненный воздух из разных точек производственного помещения и разных точек, где образуются промышленные или дымовые газы, с другой стороны, несколько ступеней эжекции позволяют лучше перемешивать газы между собой и с холодным воздухом и добиваться снижения концентрации вредных примесей уже в стволе трубы.
При этом не все ступени эжекции могут быть подсоединены к устройствам для отвода промышленных и/или дымовых газов. Некоторые всасывающие входы эжекторов могут быть соединены с атмосферой для подсоса атмосферного воздуха и снижения концентрации вредных веществ в газовом потоке ствола трубы, а также для создания ускоряющегося потока. Такая конструкция будет применяться в том случае, если отводить газы необходимо с малого числа точек, но при этом необходимо добиться малой концентрации вредных веществ на выходе трубы в атмосферу
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является патент на изобретение России №2365819, опубликованный 27.08.2009 г. Устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов состоит из вихревой воронки-конуса (вихревой камеры), установленной вершиной на всасывающий конус (приемную камеру), связанный с дымоходом (дымовые и агрессивные газы) и имеющей в нижней части тангенциальный патрубок для подвода сжатого воздуха, в верхней части на него установлен конус-карман, улавливающий конденсат и шлам. Конус-карман сопряжен со сборным конусом (смесительная камера), имеющим фланец для соединения с отводящим трубопроводом. Изобретение позволяет перемещать агрессивные и дымовые газы с высокой температурой за счет вихревых восходящих турбулентных потоков, используя энергетические ресурсы самих потоков.
Недостатками данного устройства безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов являются сложность устройства и недостаточная скорость удаления продуктов горения.
Задачей усилителя тяги дымохода является интенсификация процесса горения, повышение аэродинамической стабилизации путем улучшения степени смешения дыма с воздухом и повышение скорости удаления его, за счет сочетания эжекции и вихревых восходящих турбулентных потоков.
Технический результат в усилителе тяги дымохода достигается тем, что усилитель тяги дымохода содержит приемную камеру, связанную с дымоходом, вихревую камеру с отверстием для подвода воздуха, смесительную камеру, согласно полезной модели, приемная камера выполнена в виде приемной трубы, вихревая камера выполнена в виде воронки - конуса, одетой сверху на приемную трубу, с длиной меньшей длины приемной трубы, с диаметром меньшего основания больше диаметра приемной трубы, смесительная камера выполнена цилиндрической и установлена сверху в продолжение вихревой камеры, при этом между приемной трубой и местом соединения вихревой камеры со смесительной камерой образовано кольцевое сопло эжектора, а вихревая камера установлена большим основанием на плоскость крыши, и выполнена с центробежным вентилятором, который установлен ближе к большему основанию вихревой камеры, тангенциально к ее наружной поверхности, в которой сделано входное отверстие для воздуха, поступающего от центробежного вентилятора.
За счет того, что в усилителе тяги дымохода приемная камера выполнена в виде приемной трубы, вихревая камера выполнена в виде воронки - конуса, одетой сверху на приемную трубу, с длиной меньшей длины приемной трубы, с диаметром меньшего основания больше диаметра приемной трубы, смесительная камера выполнена цилиндрической и установлена сверху в продолжение вихревой камеры, при этом между приемной трубой и местом соединения вихревой камеры со смесительной камерой образовано кольцевое сопло эжектора, а вихревая камера установлена большим основанием на плоскость крыши, и выполнена с центробежным вентилятором, который установлен ближе к большему основанию вихревой камеры, тангенциально к ее наружной поверхности, в которой сделано входное отверстие для воздуха, поступающего от центробежного вентилятора, интенсифицируется процесс горения, повышается аэродинамической стабилизации путем улучшения степени смешения дыма с воздухом повышается скорость удаления его за счет сочетания эжекции и вихревых восходящих турбулентных потоков.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет интенсифицировать процесс горения, повысить аэродинамическую стабилизацию путем улучшения степени смешения дыма с воздухом, повысить скорость удаления его за счет сочетания эжекции и вихревых восходящих турбулентных потоков.
Заявляемый усилитель тяги дымохода обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Заявляемый усилитель тяги дымохода может найти применение для усиления тяги при сжигании топлива. Существует проблема разжигания отопительных приборов, когда холодный воздух из прямого дымохода через топку поступает в помещение, в этом случае необходимо усилить тягу в прямом дымоходе, создать движение воздуха вверх, через трубу.
Сущность усилитель тяги дымохода поясняется чертежами, где представлены:
на фиг. 1 - усилитель тяги дымохода, общий вид с вырезом;
на фиг. 2 - то же, вид спереди в разрезе;
на фиг. 3 - то же, вид сверху.
Усилитель тяги дымохода содержит приемную трубу 1, вихревую камеру 2 с длиной меньшей длины приемной трубы 1, в виде воронки - конуса, установленной большим основанием на плоскость крыши, центробежный вентилятор 3 и смесительную камеру 4, смесительная камера 4 выполнена в продолжение вихревой камеры 2, цилиндрической, соединена с ней неподвижно. Диаметр приемной трубы 1 меньше диаметра вихревой камеры 2 в месте соединения со смесительной камерой 4. Приемная труба 1 выходит в смесительную камеру 4. Между приемной трубой 1 вихревой камерой 2, смесительной камерой 4 в месте соединения вихревой камеры 2 со смесительной камерой 4 образовано кольцевое сопло 5 эжектора. Приемная труба 1 одевается на дымоход 6 печи, закрепляется на нем любым известным способом, например хомутом (на фиг. не показан).
Центробежный вентилятор 3 установлен ближе к основанию вихревой камеры 2, тангенциально к ее наружной поверхности, в которой сделано входное отверстие 7 для воздуха, поступающего от центробежного вентилятора 3, для вторичного тангенциального вихревого восходящего потока повышенного давления.
Размеры (диаметры и длины вихревой камеры 2, приемной трубы 1, смесительной камеры 4) выбирают исходя из конструкции помещения, печи и крыши на которую устанавливают усилитель тяги дымохода. Как правило, длина приемной трубы 1 больше длины вихревой камеры 2, длина смесительной камеры 4 меньше длины вихревой камеры 2.
Работа усилителя тяги дымохода. При подаче электропитания на центробежный вентилятор 3, расположенный на боковой стенке вихревой камеры 2, воздух из центробежного вентилятора 3 через отверстие 7 по касательной поступает в полость вихревой камеры 2, где за счет вращения струи выравнивается ее давление на всех участках и формируется первичный тангенциальный воздушный поток. Через кольцевое сопло 5 эжектора вращающаяся струя воздуха повышенного давления выбрасывается в полость смесительной камеры 4. Благодаря этому, в прилегающей к кольцевому соплу 5 эжектора полости приемной трубы 1 создается разряжение, которое и обеспечивает эжектирование среды дымовых газов из подсоединенного к приемной трубе 1 дымохода 6, формируя вторичный поток газов.
Выходящий из кольцевого сопла 5 эжектора спиралевидный восходящий первичный поток за счет силы трения закручивает вторичный поток дымовых газов в смесительной камере 4. С помощью центробежной силы смесь первичного и вторичного потоков прижимается к наружным стенкам смесительной камеры 4, усиливая разряжение, а также тягу в приемной трубе 1 и дымоходе 6.
В техническом решении прототипа патента на изобретение №2365819 описан энергообмен потоками с точки зрения первого закона термодинамики, применимый и к нашему техническому решению.
Первичный поток, попав в зону турбулентности вторичного тангенциального вихревого восходящего потока повышенного давления, имея значительные температурные перепады (Δ Т), участвует в турбулентном энергообмене и совместном закручивании восходящего потока, увеличивая их линейные скорости вращения и увлекая все новые теплые потоки газа. Эти явления энергообмена и создаваемой дополнительной работы можно объяснить согласно первому закону термодинамики:
2
dq=dh+d(c/2), где dq - теплота, подведенная к рабочему телу, движущемуся со скоростью с, идет на увеличение его энтальпии dh и кинетической энергии;
2
d(c/2)=-Vdp - кинетическая энергия рабочего тела равна технической работе в данном случае по увеличению скорости вращения совместных потоков.
Таким образом, используя энергетические ресурсы самих потоков и их кинетическую энергию, интенсифицируется процесс горения, повышается аэродинамическая стабилизация путем улучшения степени смешения дыма с воздухом и повышается скорость удаления его за счет вихревых восходящих турбулентных потоков.
В заявляемой полезной модели интенсифицируется процесс горения, повышается аэродинамическая стабилизация путем улучшения степени смешения дыма с воздухом, повышается скорость удаления его сочетанием эжекции и вихревых восходящих турбулентных потоков, за счет того что, приемная камера выполнена в виде приемной трубы, вихревая камера выполнена в виде воронки - конуса, одетой сверху на приемную трубу, с длиной меньшей длины приемной трубы, с диаметром меньшего основания больше диаметра приемной трубы, смесительная камера выполнена цилиндрической и установлена сверху в продолжение вихревой камеры, при этом между приемной трубой и местом соединения вихревой камеры со смесительной камерой образовано кольцевое сопло эжектора, а вихревая камера установлена большим основанием на плоскость крыши, и выполнена с центробежным вентилятором, который установлен ближе к большему основанию вихревой камеры, тангенциально к ее наружной поверхности, в которой сделано входное отверстие для воздуха, поступающего от центробежного вентилятора.