ТОПЛИВНАЯ ПЕЧЬ
COMBUSTIVE FURNACE

Изобретение относится к тепловой технике, в частности к системам обогрева помещений, и может быть использовано в качестве аппарата для индивидуальных и коллективных бань, а также для отопления частных домов, коттеджей, бытовых и производственных помещений.
Известна печь для бани, содержащая металлический корпус, в котором размещены топка, зольник, дымоход и каменка, выполненная в виде изолированной от топки емкости, заполненной теплоемким материалом (авт. свид. СССР №1633233, кл. F24В 1/02, 1991).
Недостатком указанной печи является то, что она может работать только в режиме финской бани с низким содержанием влаги в сухом паре, который представляет собой разогретую газовую смесь ионизированных частиц, которые являются экологически вредным фактором.
Известна печь для бани, содержащая металлический корпус с топкой, зольником, дымоходом и каменкой, выполненной в виде изолированной от топки емкости, заполненной кусковым теплоемким материалом (патент РФ №2076277, кл. Р24В 1/02, 9/02, 1997). Данная емкость выполнена с дверцами для выхода пара и с патрубком для подачи жидкости в виде трубы с отверстиями на конце, проходящей в слой теплоемкого материала. В печи труба дымохода проходит через слой теплоемкого материала, а патрубок для подачи жидкости выполнен в виде змеевика, охватывающего дымовую трубу. В каменке выполнены перегородки со смещением, обеспечивающие зигзагообразный проход пара от отверстий в патрубке до дверцы.
Недостатком известной печи является низкая интенсивность процесса передачи тепла к теплоаккумулирующей загрузке, нагрев которой происходит только от дымохода. Нагрев воды осуществляется под действием тепла, идущего от теплоемкого материала, что способствует его охлаждению. Следует отметить малое зеркало испарения в змеевике, нагрев которого от топки недостаточен, и малый объем получаемого пара. Дымоход в форме колена не способствует хорошей тяге при эксплуатации печи.
Известна печь для бань, включающая топку, теплоаккумулирующую загрузку, которая размещена на крышке топки, газоход, соединенный с топкой дымовой трубой, и водонагреватель (патент РФ №2087806, кл. F24В 9/04, 1997). Дополнительно печь снабжена камерами с теплоаккумулирующей загрузкой, размещенными у боковых стенок топки и в газоходе, а водонагреватель снабжен наклонной прямой трубой, один конец которой введен в боковую стенку бака, а другим концом через отверстие в стене топки она введена в топочное пространство.
Недостатком известной печи для бань является низкая интенсивность процесса передачи тепла к теплоаккумулирующей загрузке и водонагревателю, а также нагрева помещения. В прямоугольной топке известной печи слабый конвективный теплообмен, так как практически отсутствует турбулизация горючих газов. Наклонная труба в нижней части топки, предназначенная для равномерного нагрева воды в баке, мешает загрузке топлива. Из-за разности температур горючих газов в топке и поверхности наклонной трубы, заполненной водой из бака, труба запотевает. Образующийся при этом конденсат мешает горению. В процессе эксплуатации печи с тем, чтобы предотвратить неконтролируемый выход пара при закипании воды в баке, необходимо отодвигать или придвигать водонагреватель. Неконтролируемый выход пара при закипании воды, попадая в помещение, ухудшает его микроклимат. Печь имеет коленообразный газоход, который не обеспечивает хорошую тягу. При загрузке печи дрова могут выпадать из топки, так как загрузка осуществляется не через люк, а через дверцу.
Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик печи: повышение тепловой эффективности, топливной экономичности и технологичности печи при одновременном упрощении условий ее эксплуатации и обслуживания.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной печи, содержащей топку с колосниковой решеткой и зольником, камеру с теплоаккумулирующей загрузкой и бак-водонагреватель с наклонной прямой трубой, введенной открытым концом в боковую стенку бака, а закрытым - в топочное пространство, согласно изобретению печь оснащена системой воздухоподогревателей, в которую включены теплообменный коллектор, на входе связанный с шиберным устройством, установленным в основании зольника, и теплообменные устройства с входными наклонными и выходными коллекторами, а топка выполнена с боковыми поверхностями двойной кривизны и снабжена пароперегревателем, содержащим установленный под углом к передней стенке топки и сообщенный с баком-водонагревателем U-образный контур, образованный последовательно соединенными цилиндрами, наполненными теплоаккумулирующим материалом и соединенными со змеевиками, закрепленными над колосниковой решеткой так, что их выходные отверстия направлены навстречу друг другу, камера для теплоаккумулирующей нагрузки выполнена Г-образной и связана паропроводом с водонагревателем, при этом наклонная труба водонагревателя введена закрытым концом в верхнюю часть топки и снабжена перемычкой для подачи воды и выхода пара.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что средство, содержащее признаки, аналогичные существенным признакам технического решения, не выявлено. Ряд известных устройств помимо основных элементов (топка, камера с теплоаккумулирующей загрузкой, водонагреватель) оснащен средствами, обеспечивающими повышение эффективности и удобство эксплуатации, а также позволяющими улучшить качество теплопередачи посредством регулирования тяги или процесса сжигания топлива. Однако эффективность тех или иных известных устройств в достаточной степени не обеспечена. С одной стороны, причиной этому является неоптимальное распределение по объему печи тепловых потоков, из-за чего создаются условия инертности прогрева аккумулирующей загрузки и водяного резервуара. С другой стороны, следует отметить снижение тепловой отдачи и большой расход топлива из-за того, что недостаточно регулируется процесс сжигания. Для повышения эффективности сжигания топлива в отличие, например, от печи, описанной в патенте РФ №2095694, кл. F24В 9/00, 1997, в заявляемом решении предусмотрена подача перегретого пара. Подготовка перегретого пара осуществляется в цилиндрах U-образного контура, где поступающий из водонагревателя под давлением пар перегревается и выходит над колосниковой решеткой, поступая непосредственно в зону горения двумя встречными потоками. Сгорание топлива, таким образом, осуществляется в перегретой паровоздушной смеси. Совокупность существенных признаков изобретения позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики печи. Внутренние элементы конструкции печи, такие как наклонная труба водонагревателя, введенная в топочное пространство, пароперегревательный контур, блок теплообменных устройств воздухоподогревателей, позволили увеличить площадь конвективного теплообмена. За счет увеличения площади конвективного теплообмена повышена интенсивность теплообмена между продуктами сгорания и теплосъемными поверхностями элементов конструкции печи, что способствует повышению эффективности при эксплуатации. Наличие воздухоподогревателя с прямым забором воздуха, который имеет выход в топочное пространство, позволяет турбулизировать поток газообразных продуктов сгорания, способствует сгоранию горючих газов, тем самым уменьшен выброс вредных продуктов горения в атмосферу. При этом теплообменные устройства с наклонными коллекторами, предназначенными для забора воздуха из нижней части помещения, где он более холодный, позволяют прогреть воздух в топочном пространстве печи, который затем через выходные коллекторы поступает в помещение, могут служить устройствами дополнительного подогрева воздуха. Форма топки с боковыми поверхностями двойной кривизны позволяет увеличить срок эксплуатации печи, так как при этом, с одной стороны, исключена возможность прогорания стенок, а с другой - обеспечена возможность эффективной турбулизации горючих газов. Наряду с этим, подача перегретого пара в зону горения также способствует турбулизации газов. Конфигурацией топки достигается предотвращение выброса дыма в помещение через загрузочную дверцу и выпадение горящих дров при загрузке. Помимо улучшения микроклимата в отапливаемых помещениях и повышения стойкости к прогоранию массогабаритные параметры печи на единицу мощности снижены. Печь в обслуживании и эксплуатации удобна еще и тем, что трубопровод снабжен вентилем, которым можно регулировать подачу пара.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен внешний вид печи, на фиг.2 - вид печи сбоку, со стороны каменки, на фиг.3 - вид сверху.
Печь содержит топку 1 с загрузочным люком, снабженным дверцей 2, зольником 3, имеющим дверцу 4. К боковой поверхности топки 1 с одной стороны примыкает камера бака-водонагревателя 5, а с другой - открытая Г-образная емкость 6 с теплоаккумулирующей загрузкой 7 (каменка). В верхней части емкости 6 выполнено отверстие с патрубком 8 для дымогарной трубы. Со стороны задней стенки в топке 1 для дополнительного обогрева воздуха помещения расположен система воздуховоподогревателей, которая включает теплообменные устройства поверхностного типа 9 с входными (наклонными) и выходными коллекторами 10, 11 и теплообменный коллектор 12, на входе связанный с шиберным устройством 13, установленным в основании зольника 3. Внутри топки 1 под углом к передней стенке установлен U-образный контур конвективного пароперегревателя 14, образованный последовательно соединенными между собой цилиндрами, которые наполнены теплоаккумулирующим материалом и соединены со змеевиками 15, закрепленными над колосниковой решеткой 16, при этом выходные отверстия змеевиков 15 направлены навстречу друг другу. Пароперегреватель 14 предназначен для сушки и перегрева пара, отбираемого по трубопроводу из камеры бака-водонагревателя 5. Для нагрева проточной воды в водяной камере бака-водонагревателя 5 установлен змеевик-нагреватель 18. В надтопочное пространство топки 1 наклонно введена глухим концом прямая труба 19, заполненная теплоаккумулирующей загрузкой. Другой конец трубы 19 связан с камерой бака-водонагревателя 5 через перемычку 20, в которой предусмотрены отверстие для ввода горячей воды из камеры бака-водонагревателя 5 и отверстие для выхода пара. Камера бака-водонагревателя 5 оснащена клапаном 21, регулирующим уровень воды, и клапаном-регулятором 22 для сброса давления пара, краном 23 для слива воды и люком 24 с крышкой. На паропроводе 25 установлен вентиль 26, отсекающий подачу пара для увлажнения воздуха в помещении.
Работа печи осуществляется путем сжигания твердого топлива на колосниковой решетке 16, загружаемого в топку 1 через дверцу 2. В камеру бака-водонагревателя 5 подается вода, которая нагревается при включении нагревателя 18. Пар образуется до закипания всей воды в камере водонагревателя 5 посредством парогенератора - трубы 19, введенной глухим концом в верхнюю часть топки 1. На выходе из трубы 19 образовавшийся пар, проходя через перемычку 20, в ресиверном пространстве камеры 5 набирает давление. Пар из водонагревателя 5 под давлением подается по трубопроводу в U-образный контур конвективного пароперегревателя 14, в цилиндрах которого пар осушается и перегревается, а затем выходит над колосниковой решеткой 16 двумя встречными потоками, поступая непосредственно в зону горения. При этом сгорание топлива осуществляется в перегретой паровоздушной смеси, так как поступающий в топку 1 через дверцу 4 воздух за счет соприкосновения с раскаленными углями на колосниковой решетке 16 также разогревается. Излишек пара по мере закипания воды в камере бака-водонагревателя 5 подается по паропроводу 25 в Г-образную емкость 6. При закрытом вентиле 26 на паропроводе 25 излишки пара сбрасываются через клапан-регулятор 22. Через входные наклонные коллекторы 10 осуществляется забор воздуха из помещения, который в теплообменных устройствах поверхностного типа 9 за счет горючих газов нагревается и выходит в помещение через выходные коллекторы 11. Аналогично работает и теплообменный коллектор 12, на входе связанный с шиберным устройством 13, установленным в основании зольника 3, рассчитанный на забор и подогрев более холодного воздуха внизу помещения. Подготовленный в коллекторе 12 воздух поступает в топку 1, способствуя турбулизации газов в ней.