ОГНЕВОЙ КАЛОРИФЕР НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Предлагаемая полезная моделей относится к теплоэнергетике и касается огневого калорифера на твердом топливе, который может быть использован для нагрева воздуха в помещении.
Известен рекуперативный воздухонагреватель, защищенный патентом на изобретение DE 717396 В, опубл. 13.02.1942 г., содержащий цилиндрическую воздушную рубашку, внутри которой установлена цилиндрическая камера сгорания, ось которой совпадает с осью рубашки, и концентрично расположенные вокруг нее дымогарные трубы, имеющие ось, параллельную оси камеры сгорания, поперек оси рубашки установлены воздушные экраны, которые состоят из последовательно расположенных колец, с проходом воздуха через центр кольца и дисков с периферийным проходом воздуха, на одной оси с камерой сгорания установлен вентилятор, направляющий поток воздуха по оси воздушной рубашки. В процессе движения воздух неоднократно пересекает дымогарные трубы, направление движения дымовых газов в трубах противоположно движению газов в камере сгорания.
Недостатком известного воздухонагревателя является то, что он оптимизирован для сжигания жидкого или газообразного топлива и не приспособлен для сжигания твердого топлива. Другим недостатком данного аналога является аэродинамический шум от вентилятора, поскольку размер и тип вентилятора (небольшого диаметра, высокоскоростной, двухступенчатый, осевой) выбраны из соображений компактности, а не малошумности. Кроме этого, противоток движения дымовых газов в камере сгорания и дымогарных трубах затрудняет установку простой системы механической очистки дымогарных труб от сажи. При данной компоновке, движение газов в ней снизу-вверх, а в дымогарных трубах сверху - вниз. Соответственно выход газов из дымогарных труб должен быть отделен от камеры сгорания. В итоге, при очистке труб, ссыпающаяся сажа не попадает в камеру сгорания, и не может быть удалена штатной системой очистки камеры сгорания. Требуется дополнительное устройство удаления сажи. Все это приводит к усложнению системы очистки дымогарных труб.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является генератор горячего воздуха, защищенный патентом на изобретение FR 904541, опубл. 05.03.1945 г., принятый за ближайший аналог (прототип).
Устройство по прототипу содержит вертикальную цилиндрическую воздушную рубашку, внутри которой установлена вертикальная цилиндрическая камера сгорания и выходящие из нее вертикальные дымогарные трубы. Поперек оси рубашки установлены воздушные экраны, которые состоят из поочередно расположенных фигурных колец с проходом воздуха через центр кольца и экранов в виде квадратных пластин с периферийным проходом воздуха. В процессе движения воздух неоднократно пересекает дымогарные трубы. Радиальный вентилятор, подающий воздух в генератор, установлен снаружи генератора. В камере сгорания установлена колосниковая решетка для сжигания твердого топлива, выполнено одно большое окно для ручной загрузки топлива и очистки камеры сгорания, а также небольшое окно для удаления золы.
Преимуществом и общими признаками с предлагаемой полезной моделью, в первую очередь, является возможность использования твердого топлива. Наличие вертикальных дымогарных труб, выходящие из вертикальной камеры сгорания обеспечивает последовательное движение, снизу - вверх, дымовых газов в камере сгорания и дымогарных трубах, что позволяет установить простой механизм очистки труб от сажи. При очистке дымогарных труб, сажа попадает в камеру сгорания, и потенциально удаляется системой очистки камеры сгорания. Наличие экранов, распределяющих воздушный поток поперек дымогарных труб, в воздушной рубашке обеспечивает рациональное движение воздуха и эффективное снятие тепла с дымогарных труб. Наличие окон для загрузки топлива и инспекции в камере сгорания повышает удобство использования, очистку и ремонт.
Однако, прототип не лишен недостатков:
во-первых, аэродинамический шум и вибрация из-за внешнего расположения радиального вентилятора, поскольку при таком расположении вентилятора появляется необходимость в дополнительных воздуховодах, соответственно увеличиваются необходимая мощность вентилятора, скорость и давление воздуха;
во-вторых, большие габариты из-за внешнего расположения радиального вентилятора;
в-третьих, неравномерное обтекание внешним воздухом камеры сгорания из-за разного размера и расположения окон в камере сгорания, пересекающих воздушную рубашку, затрудняющих движение внешнего воздуха, приводит также к увеличению необходимой мощности вентилятора.
В задачу предлагаемой полезной модели положено усовершенствование огневого калорифера на твердом топливе.
Технический результат от использования полезной модели заключается в снижении шума, в уменьшении габаритов и необходимой мощности вентилятора.
Это достигается тем, что в огневом калорифере на твердом топливе, содержащем воздушную рубашку, выполненную в виде вертикально установленного цилиндра, внутри которой установлена вертикальная цилиндрическая камера сгорания и вертикальные дымогарные трубы, выходящие из нее, экраны для распределения воздушного потока, установленные поочередно в верхней части воздушной рубашки над камерой сгорания и закрепленные на дымогарных трубах перпендикулярно оси воздушной рубашки, одни из которых выполнены в виде колец для прохода воздуха через центр воздушной рубашки, а другие в виде дисков, диаметр которых меньше диаметра воздушной рубашки, для периферийного прохода воздуха, колосниковую решетку, установленную в камере сгорания, радиальный вентилятор, окно для подачи топлива и инспекционное окно, выполненные в камере сгорания, радиальный вентилятор выполнен с вертикальной осью вращения и установлен непосредственно снизу на камере сгорания, окно для подачи топлива и инспекционное окно выполнены напротив друг друга; камера сгорания выполнена из двух соосных цилиндров большого и малого диаметра, установленных один на другом; экраны для распределения воздушного потока выполнены в виде вертикальной спирали; радиальный вентилятор установлен в перевернутом виде; содержит механическое устройство подачи топлива на колосниковую решетку, установленное в окне подачи топлива.
На фиг.1 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе с проходом воздуха снизу - вверх, вертикальный разрез поперек оси окон камеры сгорания.
На фиг.2 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе с проходом воздуха снизу - вверх, вертикальный разрез вдоль оси окон камеры сгорания.
На фиг.3 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе, горизонтальный разрез С-С в области камеры сгорания.
На фиг.4 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе, горизонтальный разрез А-А в области дымогарных труб.
На фиг.5 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе, горизонтальный разрез В-В в области радиального вентилятора.
На фиг.6 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе со ступенчатой камерой сгорания, вертикальный разрез поперек оси окон камеры сгорания.
На фиг.7 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе с расположением экранов для распределения воздушного потока по спирали, вертикальный разрез поперек оси окон камеры сгорания.
На фиг.8 приведен чертеж огневого калорифера на твердом топливе с проходом воздуха сверху - вниз, вертикальный разрез поперек оси окон камеры сгорания.
Конструктивно предлагаемое устройство огневого калорифера на твердом топливе на фиг.1-8 содержит:
1 - воздушную рубашку;
2 - камеру сгорания;
3 - дымогарные трубы;
4 - экраны для распределения воздушного потока в виде колец;
5 - экраны для распределения воздушного потока в виде дисков;
6 - колосниковую решетку;
7 - радиальный вентилятор;
8 - окно для подачи топлива;
9 - инспекционное окно;
10 - экраны для распределения воздушного потока в виде вертикальной многозаходной спирали;
11 - устройство подачи твердого топлива.
Воздушная рубашка 1 выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, внутри которой установлена вертикальная цилиндрическая камера сгорания 2 и вертикальные дымогарные трубы 3, выходящие из нее.
Экраны для распределения воздушного потока 4, 5 установлены поочередно в верхней части воздушной рубашки 1 над камерой сгорания 2 и закреплены на дымогарных трубах 3 перпендикулярно оси воздушной рубашки 1.
Одни из экранов для распределения воздушного потока выполнены в виде колец 4 для прохода воздуха через центр воздушной рубашки 1, а другие в виде дисков 5, диаметр которых меньше диаметра воздушной рубашки 1, для периферийного прохода воздуха.
Колосниковая решетка 6 установлена в камере сгорания 2.
Радиальный вентилятор 7 выполнен с вертикальной осью вращения и установлен снизу непосредственно на камере сгорания 2.
Окно для подачи топлива 8 и инспекционное окно 9 выполнены в камере сгорания 2 напротив друг друга.
Камера сгорания 2 может быть выполнена из двух соосных цилиндров большого и малого диаметра, установленных один на другом.
Экраны для распределения воздушного потока могут быть выполнены в виде вертикальной спирали 10.
Радиальный вентилятор 7 может быть установлен в перевернутом виде.
Дополнительно калорифер может содержать механическое устройство подачи топлива 11 на колосниковую решетку 6, установленное в окне подачи топлива 8.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
На поверхность колосниковой решетки 6, например посредством устройства подачи твердого топлива 11, подается топливо. Топливо, сгорая на поверхности колосниковой решетки 6, выделяет тепло в виде излучения и горячих дымовых газов, которые поднимаются снизу вверх, нагревают стенки камеры сгорания 2 и дымогарных труб 3. Экраны для распределения воздушного потока в виде колец 4 и в виде дисков 5 направляют движение воздуха, заставляя его многократно пересекать дымогарные трубы 3, тем самым эффективно снимая с них тепло. Наружный воздух забирается радиальным вентилятором 7 и подается в воздушную рубашку 1.
Расположение окна для подачи топлива 8 и инспекционного окна 9 напротив друг друга организует оптимальное охлаждение камеры сгорания 2, равномерно распределяет воздух для охлаждения в дальнейшем дымогарных труб 3, уменьшает сопротивление движению воздуха и улучшает равномерность обтекания внешним воздухом камеры сгорания 2. В результате оптимального движения воздуха снижаются требования к радиальному вентилятору 7, в плане давления и скорости воздуха.
Установка радиального вентилятора 7 снизу непосредственно на камере сгорания 2 позволяет уменьшить габариты устройства, снизить шумность за счет увеличения диаметра вентилятора и уменьшения его оборотов, а также за счет закрытия его внутренними перегородками устройства.
Конструкция огневого калорифера легко разбирается. Для доступа в камеру сгорания 2. из окна подачи топлива 8 вынимают колосниковую решетку 6. При совместно открытом инспекционном окне 9 в камере сгорания 2 образуется свободный доступ с двух сторон, что облегчает проведение регламентных и ремонтных работ. Для доступа и инспекции дымогарных труб 3, с калорифера снимают крышку воздушной рубашки 1 и крышку камеры дымогарных труб 3 (на фиг. не показаны). В результате обеспечивается прямой доступ к дымогарным трубам 3 сверху и снизу, со стороны камеры сгорания 2, что в свою очередь, обеспечивает легкость очистки и ремонтопригодность.
Если камеру сгорания 2 выполняют из двух соосных цилиндров большого и малого диаметра, установленных один на другом (ступенчатая камера сгорания 2), то это позволяет при малом объеме камеры сгорания 2 сохранять относительно большой ее диаметр, большой размер вентилятора 7, размеры окна для подачи твердого топлива 8 и инспекционного окна 9. При этом, обеспечивается интенсивный проход воздуха вокруг камеры сгорания 2 и эффективное снятие с нее тепла. Такой вариант исполнения камеры сгорания 2 предназначен для калориферов малой и средней мощности до 40 квт.
Если экраны для распределения воздушного потока выполняют в виде спирали 10, то это организовывает более спокойное истечение воздуха, что приводит к уменьшению аэродинамического шума, но усложняет конструкцию котла.
Если радиальный вентилятор 7 устанавливают в перевернутом виде, то это организовывает поток внешнего воздуха сверху - вниз, т.е. получают противоток между движением дымовых газов и внешнего воздуха. При противотоке увеличивается интенсивность теплообмена, что позволяет сократить размеры котла. Иногда это является конструктивным требованием.
Таким образом, конструкция предлагаемой полезной модели обеспечивает снижении шума, необходимой мощности вентилятора и габаритов устройства.