ПИРОЛИЗНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЙ КОТЕЛ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно - к бытовым печам для твердого топлива.
Твердотопливные котлы с пиролизным сжиганием также известны, как газогенераторные, главными достоинствами которых является высокий КПД до 85% и возможности регулирования мощности в диапазоне от 30 до 100%.
Основным отличием котлов с пиролизным сжиганием является то, что в них горят не только само твердое топливо, но и пиролизный газ, выделяющийся из него при определенных условиях, которыми являются высокая температура и дефицит кислорода, процесс газогенерации.
Известно, что процессу газовой генерации подвержены любые органические виды твердого топлива, которое горит в несколько раз дольше.
Благодаря этому свойству оборудование получило свое название - пиролизный котел длительного горения.
Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. В процессе пиролизного горения образуется минимальное количество сажи и золы, поэтому котел реже, чем обычный, нуждается в чистке.
Известен пиролизный газогенераторный котел на твердом топливе длительного горения, содержащий корпус в виде обшивки из листового металла, в котором размещены пиролизная камера с колосниковой решеткой в ее нижней части, сопряженная с теплообменником, выполненным в виде ряда секций с пустотами, пиролизная камера имеет с внешней водяную рубашкой с жидким теплоносителем, ограниченную листами обшивки корпуса и теплообменника, в котором между секциями, образован дымоход, выполненный с возможностью прохождения по нему отработавших газов, и зольный отсек; загрузочное устройство с дверцей; система подачи воздуха с воздухонагнетателем и дымоотвод, связанный с вытяжной трубой, причем в корпусе в зоне пиролизной камеры над колосниковой решеткой и под ней - в зоне зольного отсека выполнены вырезы, в которые вставлены рамки с дверцами и, систему рециркуляции жидкого теплоносителя, включающую в себя входной и выходной патрубки, сообщенные с водяной рубашкой и секциями теплообменника, а также блок управления, связанный с элементами системы отопления (сайт http://gion-teplo.com/kotly-tverdotoplivnye/18-kotly-tverdotoplivnye-defro-optima-komfort. Твердотопливные котлы DEFRO, 2013 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к полезной модели, поэтому принято за прототип.
Недостатками прототипа являются невысокая эффективность вследствие неравномерного прогрева теплообменника и меньшей площади водяной рубашки, а также ограниченная производительность из-за невозможности увеличения объема пиролизной камеры.
Технический результат от использования заявленного технического решения заключается в повышении эффективности путем равномерного прогрева теплообменника и дополнительных частей водяных рубашек и повышении производительности за счет возможности расширения пиролизной камеры.
Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь полезной модели с указанным техническим результатом.
Пиролизный газогенераторный котел на твердом топливе длительного горения содержит корпус в виде обшивки из листового металла, в котором размещены пиролизная камера с колосниковой решеткой в ее нижней части, сопряженная с теплообменником, выполненным в виде ряда секций с пустотами. Пиролизная камера имеет внешнюю водяную рубашку с жидким теплоносителем, ограниченную листами обшивки корпуса и теплообменника, в котором между секциями, образован дымоход, выполненный с возможностью прохождения по нему отработавших газов. Устройство содержит: зольный отсек; загрузочное устройство с дверцей; система подачи воздуха с воздухонагнетателем и дымоотвод, связанный с вытяжной трубой, причем в корпусе в зоне пиролизной камеры над колосниковой решеткой и под ней - в зоне зольного отсека выполнены вырезы, в которые вставлены рамки с дверцами и, систему рециркуляции жидкого теплоносителя, включающую в себя входной и выходной патрубки, сообщенные с водяной рубашкой и секциями теплообменника, а также блок управления, связанный с элементами системы отопления. Воздухонагнетатель снабжен регулятором подачи воздуха, пиролизная камера и теплообменник сопряжены и разнесены в горизонтальной плоскости на расстояние, ограниченное равномерно распределенными распорками с возможностью образования между ними внутренней водяной рубашки, сообщенной с внешней водяной рубашкой. Омываемая наружная поверхность теплообменника образована его обшивкой, а наружная поверхность упомянутых водяных рубашек ограничена листами обшивки корпуса и смежным с теплообменником листом пиролизной камеры и герметично замкнута поддоном, совмещенным с листом днища или верха зольного отсека, или отдельным листом, расположенным на расстоянии от указанных листов днища или верха зольного отсека с возможностью образования полости, сообщенной с упомянутыми водяными рубашками. Пиролизная камера расположена с передней, а прикрепленный к ней теплообменник размещен с задней стороны котла. Секции теплообменника расположены вертикально, а ширина части его дымохода, ориентированного к пиролизной камере в 1,5-3 раза превышает ширину последующих частей дымохода. Упомянутая колосниковая решетка выполнена из труб, отверстия которых с обеих концов сообщены с внешней водяной рубашкой. Загрузочное устройство размещено на наклонной поверхности среза, выполненного в верхней части корпуса, где во внутренней обшивке над пиролизной камерой и над теплообменником размещены люки для их прочистки, охваченные одной общей герметично соединенной с листом обшивки корпуса рамкой, снабженной крышкой, разъемно соединенной с последней посредством резьбового соединения. Крышка с внутренней стороны снабжена прокладкой из термостойкого материала, в нижней части корпуса со стороны теплообменника смонтирована кольцевая муфта, один торец которой приварен к теплообменнику. На другом торце разъемно закреплена крышка со сливной пробкой, средство подачи воздуха в пиролизную камеру выполнено в виде двух коробов П-образного поперечного сечения - основного и дополнительного, прикрепленных открытой частью к боковым сторонам корпуса над вертикальным рядом сквозных отверстий в корпусе соединенных с пиролизной камерой посредством распорных втулок герметично прикрепленных к листам обшивки последней и корпуса. На основном коробе установлен упомянутый воздухонагнетатель, противолежащий которому конец основного короба и оба конца дополнительного короба закрыты заглушками. В нижней части основного короба выполнен выходной при верхнем расположении воздухонагнетателя или выходной и входной проемы при нижнем расположении воздухонагнетателя, а в нижней части дополнительного короба - входной проем, сообщенные с зольным отсеком, дверца в котором, дверца в загрузочном устройстве пиролизной камеры и дверца в пиролизной камере шарнирно прикреплены одной стороной к корпусу и снабжены резьбовой рукояткой, сопряженной с вырезом в пластине, прикрепленной к дверце и - с резьбовым пальцем, шарнирно прикрепленным к корпусу. Каждая дверца с внутренней стороны имеет слои: усилитель, жаростойкий шнур, асбестовые листы и огнезащитный лист, сопрягаемые с рамкой дверцы в ее закрытом состоянии. Секция теплообменника, расположенная у пиролизной камеры имеет Г-образную форму, короткая полка которой, внедрена в пиролизную камеру, а секция, расположенная около дымоотвода, выполнена с наклонным срезом в верхней части, ориентированным в сторону выхода из котла. Секция теплообменника, расположенная около дымоотвода, выполнена с наклоном в сторону выхода из котла. Передняя и задняя стенки корпуса выполнены наклонными с возможностью его расширения вверх. Указанный воздухонагнетатель расположен в верхней части основного воздуховода. Указанный воздухонагнетатель расположен в нижней части основного воздуховода.
Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлен общий вид устройства в изометрии; на фиг. 2 - схема подогрева теплоносителя; на фиг. 3 - схема управления; на фиг. 4 - продольный разрез котла с расширяющимся корпусом и вариантами III и IV конструкции теплообменника; на фиг. 5 - продольный разрез котла, вариант теплообменника; на фиг. 6 - вид V на фиг. 4; на фиг. 7 - вид сбоку котла с частичным разрезом; на фиг. 8 - вид I на фиг. 6; на фиг. 9 - вид А-А на фиг. 9; на фиг. 10 - вид Б-Б на фиг. 9; на фиг. 11 - вид II на фиг. 6; на фиг. 12 - вид В на фиг. 6; на фиг. 13 - вид Д-Д на фиг. 12; на фиг. 14 - схема средства подачи воздуха, вариант расположения воздухонагнетателя; на фиг. 15 - схема движения воздуха в теплообменнике; на фиг. 16 - продольный разрез пиролизной камеры; на фиг. 17 - вид Ж на фиг. 15; на фиг. 18 - вид Г-Г на фиг. 6 вариант, котел с внешней водяной рубашкой ограниченной высоты; на фиг. 19 - вид Д-Д на фиг. 12, вариант теплообменника; фиг.20 - вид Г-Г на фиг. 6, вариант водяной рубашки; на фиг. 21 - дверца, вид снизу; на фиг. 22 - поперечный разрез дверцы; на фиг. 23 - вид И на фиг. 22; на фиг. 24 - рамка дверцы, в изометрии; на фиг. 25 - вид Д-Д на фиг. 12, вариант водяной рубашки; на фиг. 26 - рамка люка, в изометрии; на фиг. 27 - крышка люка, в изометрии; на фиг. 28 - вид К на фиг. 27; на фиг. 29 - заглушка, в изометрии; на фиг. 30 - вид Д-Д на фиг. 12, вариант водяной рубашки; на фиг. 31- дверца в сборе с петлями; на фиг. 32 - вид Л-Л на фиг. 31; на фиг. 33-вид М-М на фиг. 12; на фиг. 34 - вид VI на фиг. 32.
Пиролизный газогенераторный котел на твердом топливе длительного горения содержит корпус 1 в виде обшивки из листового металла, в котором размещены пиролизная камера 2 с колосниковой решеткой 3 в ее нижней части, сопряженная с теплообменником 4, выполненным в виде ряда секций с пустотами. Пиролизная камера 2 имеет внешнюю водяную рубашку F с жидким теплоносителем, ограниченную листами обшивки корпуса 1 и теплообменника 4, в котором между секциями, образован дымоход, выполненный с возможностью прохождения по нему отработавших газов, и зольный отсек 5; загрузочное устройство с дверцей 6.
Устройство содержит систему подачи воздуха с воздухонагнетателем 7 и дымоотвод 8, связанный с вытяжной трубой 9.
В корпусе 1 в зоне пиролизной камеры 2 над колосниковой решеткой 3 и под ней - в зоне зольного отсека 5 выполнены вырезы, в которые вставлены рамки 10 с дверцами 6 и имеется система рециркуляции жидкого теплоносителя, включающая в себя входной 11 и выходной 12 патрубки, сообщенные с водяной рубашкой и секциями теплообменника 4, а также блок управления 13, связанный с элементами системы отопления. Воздухонагнетатель 7 снабжен регулятором 14 подачи воздуха.
Пиролизная камера 2 и теплообменник 4 сопряжены и разнесены в горизонтальной плоскости на расстояние, ограниченное равномерно распределенными распорками 15 с возможностью образования между ними внутренней водяной рубашки L, сообщенной с внешней водяной рубашкой F.
Омываемая поверхность теплообменника 4 образована его обшивкой, а наружная поверхность упомянутых водяных рубашек F и L ограничена листами обшивки корпуса 1 и смежным с теплообменником 4 листом 16 пиролизной камеры 2 и герметично замкнута поддоном, совмещенным с листом днища 17 (фиг. 19) или листом верха 18 (фиг. 25) зольного отсека 5, или отдельным листом 19 (фиг. 13, фиг. 30), расположенным на расстоянии от указанных листа днища 17 (фиг. 13) или листа верха 18 (фиг. 30) зольного отсека 5 с возможностью образования полости N. сообщенной с упомянутыми водяными рубашками F и L.
Пиролизная камера 2 расположена с передней, а прикрепленный к ней теплообменник 4 размещен с задней стороны котла.
Секции теплообменника 4 расположены вертикально, а ширина D части его дымохода, ориентированного к пиролизной камере в 1,5-3 раза превышает ширину d последующих частей дымохода.
Упомянутая колосниковая решетка 3 выполнена из труб, отверстия которых с обоих концов сообщены с внешней водяной рубашкой F, загрузочное устройство размещено на наклонной поверхности среза, выполненного в верхней части корпуса 1.
Во внутренней обшивке над пиролизной камерой 2 и над теплообменником 4 размещены люки для их прочистки, охваченные одной общей герметично соединенной с листом обшивки корпуса 1 рамкой 20, снабженной крышкой 21, разъемно соединенной с последней посредством резьбового соединения.
Крышка 21 с внутренней стороны снабжена прокладкой 22 из термостойкого материала.
В нижней части корпуса 1 со стороны теплообменника 4 смонтирована кольцевая муфта 23, один торец которой приварен к теплообменнику 4, а на другом торце разъемно закреплена крышка 24 со сливной пробкой 25.
Средство подачи воздуха в пиролизную камеру 2 выполнено в виде двух коробов П-образного поперечного сечения - основного 26 и дополнительного 27, прикрепленных открытой частью к боковым сторонам корпуса 1 над вертикальным рядом сквозных отверстий 28 в корпусе 1 соединенных с пиролизной камерой 2 посредством распорных втулок 29 герметично прикрепленных к листам обшивки последней и корпуса.
На основном коробе 26 установлен упомянутый воздухонагнетатель 7, который может быть расположен в верхней или нижней части основного воздуховода.
При расположении воздухонагнетателя 7 сверху (фиг. 7), в нижней части основного короба 26 выполнен выходной проем, а в нижней части дополнительного короба 27 - входной проем (не показано), сообщенные с зольным отсеком 5, дверца 6 в котором, дверца 6 в загрузочном устройстве пиролизной камеры и дверца 6 в пиролизной камере 2 шарнирно прикреплены одной стороной к корпусу 1 и снабжены резьбовой рукояткой 30, сопряженной с вырезом в пластине 31, прикрепленной к дверце 6 и - с резьбовым пальцем 32, шарнирами 33 прикрепленным к корпусу 1.
При расположении воздухонагнетателя 7 снизу (фиг. 14), в нижних частях основного 26 и дополнительного 27 коробов расположены входные проемы (не показано), сообщенные с зольным отсеком 5.
Секция 34 теплообменника 4, расположенная у пиролизной камеры 2 может иметь Г-образную форму (фиг. 11), короткая полка которой, внедрена в пиролизную камеру, а секция 35, расположенная около дымоотвода 8, может быть выполнена с наклонным срезом в верхней части, ориентированным в сторону выхода из котла. Секция 35 теплообменника 4, расположенная около дымоотвода, может быть выполнена с наклоном в сторону выхода из котла (фиг. 4) из положения III в положение IV.
Передняя и задняя стенки корпуса 1 могут быть выполнены наклонными с возможностью его расширения вверх (фиг. 4).
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известными из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения, т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано в отопительных печах.
Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат - повышение эффективности путем равномерного прогрева теплообменника и дополнительных частей водяных рубашек и повышение производительности за счет возможности расширения пиролизной камеры и теплообменника, т.е. являются существенными.
Полезная модель в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". Устройство реализуется следующим образом.
Пиролизный газогенераторный котел на твердом топливе длительного горения собирается из двух основных узлов пиролизной камеры 2 и теплообменника 4, между которыми и вокруг них формируется водяная рубашка для жидкого теплоносителя, в качестве которого может использоваться вода или незамерзающие жидкости типа тосола. Также прикрепляется зольный отсек 10.
Горизонтальное расположение подсборок пиролизной камеры 2 и теплообменника 4 расширяет эксплуатационные возможности, т.к. позволяет прикреплять пиролизные камеры 2 различного размера, в зависимости от необходимой мощности.
Устройство работает следующим образом.
Котел 1 встраивается в жидкостную систему обогрева и может длительно работать без обслуживания до закладки следующей порции топлива за счет системы управления (фиг. 2), включающей в себя: блок управления (компьютер) 13, связанный с насосом 36 и посредством разъема 37 - с воздухонагнетателем 7.
В котел 1 подводится холодный теплоноситель, а отводится подогретый через трубчатые выпуски. Контроль работы осуществляется через цифровой датчик 38.
Электрическая схема устройства (фиг. 3) предусматривает питание системы управления или от сети или от аккумулятора 39 через преобразователь 40, соединенный с блоком управления 13, регулирует работу воздухонагнетателя (вентилятора) 7 и насоса 36 за счет цифрового датчика 38, связанного с расширительным баком 41 через краны 42.
При открытии крана 43 теплоноситель начинает протекать через радиаторы 44 отопления, в магистрали которых предусмотрен перепускной клапан 45.
При розжиге насос 36 отключен пока температура жидкости в котле не поднимется до температуры 60°, при этом вентилятор 7 работает на повышенных оборотах, а при достижении 60 градусов включается насос 36, который отключается при охлаждении жидкости ниже 65°. Это нужно для полноценного горения пиролизного газа.
При значительном снижении температуры огонь может потухнуть. (замедлить розжиг).
После поднятия температуры до 60° включается насос 36, поддерживая горение в пиролизной камере.
После полного прогрева жидкости насос 36 отключается при температуре 40°.
При температуре, достигшей 60°, вентилятор ступенчато сбавляет обороты через каждый градус и отключается при понижении температуры на 5 градусов от установленной.
При понижении температуры вентилятор 7 включается и увеличивает с каждым градусом по 10% оборотов на каждый градус.
Автомеханических клапанов в данном устройстве системе применять нельзя, т.к. при наклоне отопительной системы, клапан может пропускать жидкость и при выключенном насосе, при этом прекращается процесс пиролизного горения. За счет автоматического плавного управления достигается экономия топлива до 30%.
Котел может устанавливаться на опоры 46.
Для обеспечения работы устройства каждая дверца 6 с внутренней стороны имеет слои: усилитель 47, жаростойкий шнур 48, асбестовые листы 49 и огнезащитный лист 50, сопрягаемые совместно с ободом 51 с рамкой 10 дверцы 6 в ее закрытом состоянии. При этом под крышкой 21 установлена заглушка 52 с пружиной 53.
Устройство имеет следующие преимущества перед известными котлами: большая камера загрузки, водопропускающие колосники, перегородки омываются жидкостью, т.е. нечему перегорать, удобная наклонная дверца для загрузки, автоматическое управления температурой не механическим регулятором тяги, а компьютерным блоком управления, котел благодаря правильной подачей воздуха горит на любом качестве угля и не требует калиброванного угля в сравнении с другими аналогами пиролизных котлов.
Расположение теплообменника с задней стороны пиролизной камеры позволяет сделать котел большой мощности - 530 квт - площадь отопления 5000 квадратных метров. С задним расположением теплообменника можно делать большую камеру загрузки - что увеличивает время работы котла до 7 суток.
Использование полезной модели позволяет повысить эффективность путем равномерного прогрева теплообменника и дополнительных частей водяных рубашек и производительность за счет возможности расширения пиролизной камеры.