ОТОПИТЕЛЬНАЯ ЦИКЛОННО-ВИХРЕВАЯ ПЕЧЬ

Полезная модель относится к классу бытовых печей, работающих на твердом топливе, и может быть использована для обогрева и приготовления пищи в загородных домах, теплицах, дачах, замкнутых помещениях содержания животных и т.д.
Известны многочисленные устройства и конструкции печей, плит, отопительных котлов, и дополнительных устройств к ним (класс МПК F24F).
Известны патенты РФ №2408822 от 08.06.2000, №2362092 от 14.01.2008, №2359173 от 07.02.2008 и др.
Наиболее близким по сущности является решение по патенту №2408822, выбранное нами в качестве прототипа.
Недостатком указанных моделей является быстрое и неполное сгорание топлива, мелкие частицы не успевают сгорать, вылетая в атмосферу.
Специалистами установлены три стадии выгорания топлива (1-я, 2-я, 3-я), которые следующими процессами:
Первая стадия. В начале растопки топлива, при помощи легко горящей растопки (бумага, газета, щепки) температура доводится до 100-250°C. В этой начальной стадии твердое топливо (в частности поленья) дымят особенно сильно, отдавая пар, смолу и газы, такие как угарный (CO), метан (NH3) и водород (H2). Под действием тяги, они выходят в трубу.
Вторая стадия. С нижней стороны поленьев начинают вырываться вверх желтые огоньки с красными язычками. При достаточной подаче кислорода (O2), температура дров поднимается сначала от 300-550°C и ее достаточно для того, чтобы огонь поддерживался.
Когда температура в топке превысит 550-600°C, воспламеняются, наконец, также и летучие дымовые газы, которые содержат примерно половину тепловой энергии топлива. При t=600°C они полыхают синим пламенем.
Третья стадия. На нижней стороне топлива начинает образовываться уголь, который дает маленькие, голубые огоньки и совсем мало дыма. Затем они распадаются на тлеющие красно-оранжевые куски угля, которые содержат другую половину энергетического потенциала топлива. При дальнейшем выгорании они превращаются сначала в черные угли, затем в серую пеплообразную массу.
Исходя из этого предложено техническое решение, позволяющее более качественное использование теплотворной способности продуктов сгорания. За счет новой конструкции печи создается вихревая (циклонная) топка, а именно: в топке создается область пониженного давления с минимумом в центре. Твердые частицы несгоревшего топлива отделяются от газа, образуется камера завихрения.
Несгоревшие частицы отбрасываются к стенкам камеры, более легкие частицы осыпаются в зольник, а тяжелые, продолжая движение вместе с горячими газами, догорают.
В предлагаемой конструкции горение твердого топлива (дров, угля, брикетов и др.) происходит при ограниченно контролируемой подаче воздушного газа, содержащего водяные пары и кислород. В предложенном устройстве происходит медленное беспламенное горение за счет направленной циркуляции воздуха, в результате чего в камере сгорания происходит лучистый и конвективный теплообмен. Конструкция позволяет создавать высокую температуру в камере (до 2000°C), уменьшает время нагрева помещения, а эффективность работы печи (КПД) достигает 95%.
Кроме того, созданный режим безопасного горения позволяет печи работать на одной закладке топлива более 24 часов, что приводит к значительной экономии топлива и времени обслуживания.
Существенным преимуществом перед аналогами является также безопасность данного процесса горения, т.к. практически отсутствуют языки пламени, возникающие при открытом горении.
Сварной корпус печи (1) выполнен из стали и представляет собой 2 основные рабочие камеры - топочную, включающую колосниковую решетку и дозаторы воздуха (2) и газовую камеру (3). В данной конструкции газовая камера играет существенную роль для достижения поставленной цели, а именно продолжительного беспламенного горения топлива за счет направленной циркуляции воздуха, в результате чего в камере сгорания происходит лучистый и конвективный теплообмен.
Для этого рабочая камера разделена стальным листом (4), расположенным в задней части камеры. Разделительный стальной лист приваренный вертикально к стенкам камеры внизу доходит до уровня верхней части зольника (5), таким образом, что внизу, под колосниковой решеткой образуется воздушное пространство по всему периметру корпуса печи.
В верхнюю панель корпуса печи вмонтирована дымовая труба (6). Нижней своей частью она приварена к разделительному листу (4) в пропорции пространства 30% для топочной камеры и 70% для газовой камеры.
Внутрь дымовой камеры, в верхней ее части вмонтирован клапан-регулятор отходящих газов поворотного типа (7) для изменения направления потока отходящих газов и несгоревших мельчайших частиц. Клапан представляет собой металлический сегмент, приваренный к ручке 0 регулятору (8).
Топочная камера разделена колосниковой решеткой на верхнюю, где происходит горение основного топлива и нижнюю топку-зольник. Над топкой-зольником расположен воздушный канал, представляющий собой трубу с соплами для равномерной подачи воздуха (9). Количество и размер отверстий воздушного канала регулируется в зависимости от объема камеры сгорания. Подача воздуха в канал регулируется задвижкой (10).
В передней части печи расположена дверца (11) для закладки топлива. Дверца изготавливается круглой, овальной или прямоугольной формы, исходя из пожеланий заказчика. В верхней части она закреплена 2-мя шарнирами, а в нижнюю часть вмонтирован регулятор подачи воздуха - смотровое окно (12). Запирается дверца плотно с помощью механического фиксатора, а уплотнение осуществляется за счет асбестового шнура. По необходимости и желанию заказчика на дверце может устанавливаться термометр для контроля температуры и поддержания ее в заданном режиме с помощью регулятора процесса горения.
Процесс горения происходит следующим образом: Твердое топливо закладывается через люк (11). Перед розжигом основного топлива в топке для тяги воздуха открывается заслонка (7) регулятором-ручкой (8). Процесс розжига составляет 10-15 минут. Процесс горения основного топлива в верхней топке наблюдается через смотровое окно (12). При полном воспламенении заслонка полностью закрывается, при этом горячие дымовые газы направляются вверх в дымовую камеру, но за счет перекрытия трубы клапаном-регулятором с помощью тяги направляются из топочной камеры вниз через уголь и колосниковую решетку обратно в газовую камеру.
Таким образом раскаленные газы циркулируют в топке до полного сгорания топлива, а за счет медленного беспламенного горения в камере температура достигает более 2000°C, печь на одной закладке топлива работает свыше 24 часов, повышается эффективность работы печи и создается безопасный режим горения.