Универсальный отопительный аппарат верхнего и нижнего горения

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно к конструкции водогрейных котлов, предназначенных для выработки теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения.
Известна топка (см. SU №1048250, кл. F23L 9/02, F23B 1/00, опубл. 15.10.1983), содержащая металлический корпус, колосниковую решетку, трубу для подвода вторичного воздуха, с возможностью перемещения относительно поверхности решетки. Боковая стенка корпуса имеет отверстие, снабженное наружным клапаном. 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.
Известны конструкции топок с верхней подачей воздуха, например, топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагрева воздуха помещений (см. US №4782765, кл. F23L 1/00; F23L 9/02; F23K 3/00; F23K 3/14; F23L 9/00; F23H 005/18, опубл. 08.11.1988), состоящая из камеры сгорания, в центре которой вставлены трубы подачи воздуха и шнековое устройство. Воздух в очаг сгорания подают сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу. Недостатком подобной конструкции топки является постоянная энергозависимость, сложность конструкции воздуховодов, ненадежность шнекового устройства, необходимость применения только гранулированного топлива и др.
Наиболее близким по технической конструкции и достигаемому результату является отопительный аппарат верхнего горения (см. RU №139341, кл. F23B 101/00, F24H 1/24, F23B 60/00, F23L 9/02, F23L 1/00, F23L 15/00, опубл. 20.04.2014), содержащий корпус, в котором выполнена камера сгорания, с двумя окнами с герметично закрывающимися дверцами для загрузки топлива и для удаления золы, полость для подачи теплоносителя и отвода его потребителю, устройство для подачи воздуха и распределения его в камере сгорания, в котором распределитель воздуха соединен с помощью телескопической трубы с камерой для нагрева воздуха, с которой соединена труба, подведенная снизу под колосниковую решетку, труба ввода теплоносителя и патрубок 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 с помощью пневмонасоса.
Недостатком известного решения является осуществление контроля воздуха, которое происходит посредством ручного (механического) управления, что снижает надежность и безопасность горения топлива. Кроме того, конструкция имеет полое дно, что небезопасно при использовании и дополнительно требует устройства бетонного покрытия и герметизации стыков, что, в свою очередь, влечет к снижению надежности конструкции и возникновению рисков перегрева теплоносителя и деформации элементов конструкции. Отсутствие специальной зольной камеры, например, с контейнером для сбора золы, увеличивает время растопки котла, что ведет к остыванию теплоносителя и перепадам микроклимата в помещениях. Вследствие особенностей конструкции у аппарата невозможно произвести нижнюю растопку в период сезонных потеплений.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение условий эксплуатации отопительного аппарата за счет стабилизации рабочего режима и повышения надежности в использовании при любых климатических условиях.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в устройстве отопительного котла, позволяющего существенно повысить надежность конструкции и упростить обслуживание аппарата, автоматизировать управления процессом горения, регулировать режимы горения топлива в зависимости от климатических условий.
Для решения поставленной задачи отопительный аппарат верхнего и нижнего горения, содержащий корпус с камерой сгорания и колосниковой решеткой, окнами с герметично закрывающимися дверцами для загрузки топлива и удаления золы, полостью для подачи теплоносителя и отвода его потребителю, устройство для подачи и распределения воздуха в камере сгорания, причем распределитель воздуха соединен с камерой для нагрева воздуха посредством телескопической трубы, отличается тем, что корпус выполнен с герметичным днищем, при этом зольная камера снабжена выносным контейнером, и с дополнительным окном для загрузки топлива для верхнего горения, снабженным герметично закрывающимися дверцами, а распределитель воздуха выполнен в виде соплового устройства, состоящего из центральной вертикально ориентированной трубы, на конце которой приварены рассеивающие потоки воздуха наклонно-вертикальные пластинки и три трубы с боковыми отверстиями, приваренные равноудаленно к центральной трубе под углом 30°, при этом устройство регулирования тяги снабжено механическим регулятором тяги с внутренним термостатическим элементом, связанным через рычаг с заслонкой подачи воздуха. Кроме того, механический регулятор тяги подключен к автоматическому электронному контроллеру.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение надежности работы отопительного аппарата длительного горения, выполненного с возможностью регулирования процесса горения путем полуавтоматического управления подачей воздуха и смены формы горения в зависимости от климатических условий.
Корпус нового устройства аппарата имеет герметичное днище, что повышает надежность и пожаробезопасность котла в целом, в т.ч. при использовании в режимах верхнего (длительного) горения и нижнего (сезонного) горения.
Устройство заявленного аппарата также характеризуется тем, что выполнено в трехдверном исполнении, кроме двух основных дверей, предназначенных для верхней и нижней загрузки твердого топлива (уголь, дрова, брикеты), предусмотрена третья дверь для удаления золы из зольной камеры. Зольная камера выполнена в виде герметичной камеры с выносным контейнером для сбора и своевременного удаления золы и отходов сгорания топлива.
Кроме того, устройство отопительного аппарата характеризуется тем, что для подачи воздуха установлен узел контроля горения топлива, выполненный посредством механического регулятора тяги с внутренним термостатическим элементом, например, механического термостата типа Regulus RT4 (см. https://teplofan.ru/sistemy-otopleniya/komplektuyushhie/regulyator-tyagi), в результате чего, контроль температурного режима в емкости теплоносителя введется автоматически. При этом к механическому регулятору тяги возможно подключение автоматического электронного контроллера.
Отопительный аппарат характеризуется тем, что камера нагрева воздуха внутри корпуса соединена с телескопической трубой, наконечник которой выполнен в виде трубного распределителя воздуха.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематически показан общий вид устройства спереди с разрезом по вертикальной оси; на фиг. 2 - общий вид устройства сбоку с разрезом по вертикальной оси; на фиг. 3 - устройство универсального распределителя воздуха; на фиг. 4 - устройство зольной камеры с контейнером для сбора золы; на фиг. 5 - схема установки механического регулятора тяги с внутренним термостатическим элементом.
Отопительный аппарат верхнего и нижнего горения содержит камеру сгорания 1, выполненную в виде вертикально ориентированного цилиндра (см. фиг. 1 и 2). Камера сгорания имеет двойную стенку, образуя подогревательный контур 2 для теплоносителя, и наружную стенку 3 с теплоизоляцией, экранированную металлическим листом. Внутри корпуса аппарата имеется камера нагрева воздуха 4, соединенная с телескопической трубой 5, на конце которой закреплен универсальный распределитель воздуха 6.
С камерой нагрева воздуха 4 соединен канал подачи вторичного воздуха 7 (см. фиг. 2). В верхней части аппарата имеется отверстие для дымохода 8, с наружной стороны корпуса аппарата имеются труба подачи теплоносителя 9 и труба возврата теплоносителя 10. Камера 4 аппарата оснащена заслонкой 11 для переключения направления потока воздуха по каналу 7. Нижняя часть аппарата оснащена колосниковой решеткой 12. Отопительный аппарат оснащен электрическим вентилятором 13 для дополнительного поддува воздуха. В верхней части наружной стенки отопительного аппарата выполнено отверстие с муфтой 14 для установки контактного термометра.
В стенке корпуса аппарата выполнены два проема с герметично закрывающимися стальными дверцами 15 и 16 предназначенными для загрузки топлива для нижнего и верхнего типов горения. В нижней части корпуса аппарата выполнен проем 17 с герметично закрывающейся дверцей для удаления золы. Отопительный аппарат оснащен тросом 18, часть его длины находится снаружи корпуса, конец троса соединен с телескопической трубой 5. На внешней стенке аппарата трос 18 фиксируется крючком 19, регулирование троса 18 осуществляется роликовым механизмом 20.
Распределитель 6 выполнен в виде соплового устройства с одной центральной подающей трубой 25 с направляющими пластинами 28 и, по меньшей мере, тремя боковыми трубками 24 вторичной подачи воздуха, имеющими сопловые отверстия 26 (см. фиг. 3). При этом трубки 24 ориентированы под углом 30° к стенке камеры сгорания 1, а центральная труба 25 для первичной подачи воздуха - в нижнюю часть камеры сгорания 1. Трубки 24 для эффективного распределения воздуха имеют скошенный торец-сопло 27. Считается, что распределение воздуха в трубках 24 через основное сопло 27 составляет примерно 80%, через дополнительные отверстия 26 - около 20%. Центральная подающая труба 25 включает, по меньшей мере, две направляющие пластины 28, приваренные под углом к торцу трубы 25, которые способствуют более эффективному распределению подаваемого воздуха. Считается, что распределение воздуха в трубках составляет, как через центральную трубу 25-60%, через боковые трубки 24-40%.
Отопительный аппарат загружается твердым топливом 21 - дрова, уголь, брикеты, пеллеты, древесные отходы. Для удобства удаления золы зольная камера 22 снабжено выносным контейнером 29 (см. фиг. 2, 4). Корпус зольной камеры 22 выполнен с герметично закрывающейся дверцей 30 на петлях 32, запирающейся замком 31. Корпус зольной камеры 22 выполняет функцию днища отопительного аппарата.
В верхней части наружной стенки аппарата выполнено отверстие с муфтой для установки механического регулятора тяги с внутренним термостатическим элементом 23 (см. фиг. 1, 5). Устройство механического регулятора тяги 23 включает регулятор тяги котла 33, рычаг 34 и заслонку подачи воздуха 35.
Работа отопительного аппарата осуществляется следующим образом.
Для работы отопительного аппарата принципом «верхнего» горения в камеру 1 через дверцы 15 и 16 загружают топливо 21, сверху укладывают немного материала растопки и поджигают. Кольцо металлического троса 18 снимают с крючка 19 и поднимают наверх, таким образом, распределитель воздуха 6 опускается на топливо 21. Дверцы 15 и 16 плотно закрывают. Включают вентилятор 13 и нагнетают воздух в камеру нагрева 4. Из камеры нагрева 4 воздух распределяется на 2 потока - верхний и нижний в пропорциях: 40-45% через распределитель 6 и 55-60% через трубу 7. Нагретый в камере 4 воздух стремится вниз по телескопической трубе к распределителю 6, обеспечивая зону горения кислородом сверху. Распределитель 6 на телескопической трубе опускается вниз по мере прогорания топлива 21, 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 21 и обеспечивая зону горения кислородом. Таким образом, КПД увеличивается на 20-30%, т.к. топливо дополнительно просушивается, и нагревается. Вывод продуктов горения происходит через отверстие дымохода 8. После того, когда аппарат набирает рабочую температуру, в ручном режиме отключают вентилятор 13. Регулирование степени горения топлива и нагрева теплоносителя производится внутренним термостатом регулятора 33 опусканием рычага 34 вниз, когда температура в камере сгорания превысит установленную на шкале, с закрытием заслонки 35, тем самым, уменьшая подачу воздуха. В случае снижения температуры в камере сгорания, рычаг 34 будет подниматься, приоткрывая металлическую заслонку 35. В случае внезапного отключения электропитания или сбоя в работе циркуляционного насоса в системе отопления дома, в целях предотвращения закипания котла и его повреждения, аппарат оснащен металлической заслонкой 35. При нагревании металлического корпуса аппарата, термостат регулятора тяги 33 опускает рычаг 34, перекрывая металлической заслонкой 35 доступ воздуха в аппарат. Таким образом, диапазон температуры теплоносителя внутри корпуса котла регулируется регулятором тяги 33, а аппарат может контролировать рабочую температуру без электропитания, что существенно расширяет возможности его применения. При подобном регулировании процессом горения отопительная система функционирует стабильно, а при понижении температуры теплоносителя процесс работы аппарата активизируется, как отмечено выше.
Удаление собранной в контейнере 22 золы происходит следующим способом: отпирается замок 31, открывается дверца 30 и вытаскивается герметичный выносной контейнер 29. Чистка зольной камеры 22 производится перед каждой растопкой аппарата. Вследствие наличия зольной камеры 22 аппарат имеет герметичную структуру, без полостей и неплотностей, что повышает надежность эксплуатации.
Для работы отопительного аппарата принципом «нижнего» горения, например, в межсезонье, в камеру 1 через дверцу 16 загружают небольшое количество топлива 21, сверху укладывают немного материала растопки и поджигают. Кольцо металлического троса 18 снимают с крючка 19 и поднимают наверх, таким образом, распределитель воздуха 6 опускается на топливо 21. Дверцы 15 и 16 плотно закрывают. Нагретый в камере 4 воздух стремится вниз по телескопической трубе к распределителю 6, обеспечивая зону горения кислородом сверху. Распределитель 6 на телескопической трубе опускается вниз по мере прогорания топлива 21, обеспечивая стабильное горение по всей зоне горения. Вывод продуктов горения происходит через отверстие дымохода 8. Регулирование степени горения топлива и нагрева теплоносителя производится внутренним термостатом регулятора 33 опусканием рычага 34 вниз, когда температура в камере сгорания превысит установленную на шкале, с закрытием заслонки 35, тем самым уменьшая подачу воздуха. В случае снижения температуры в камере сгорания рычаг 34 будет подниматься, приоткрывая заслонку 35. Диапазон температуры теплоносителя внутри корпуса аппарата регулируется регулятором тяги 33. Для удаления золы и отходов горения топлива в нижней части корпуса аппарата выполнена зольная камера с контейнером для сбора золы 22. Удаление золы происходит аналогичным способом, что и для режима верхнего горения.
Выполнение корпуса отопительного аппарата с герметичным днищем обеспечивает надежность и пожаробезопасность работы котла, а наличие зольной камеры с выносным контейнером значительно улучшают условия для чистки. Кроме того, применение механического регулятора тяги с внутренним термостатическим элементом способствует автоматизации управления процессом горения, причем устройство может быть подключено к автоматическому электронному контроллеру, что в целом обеспечивает стабилизацию рабочего режима. При этом выполнение наконечника телескопической трубы в виде трубного соплового распределителя значительно улучшает эффективность работы котла, в том числе при различных режимах горения топлива в зависимости от климатических условий.