ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
HEATING DEVICE

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, а именно к устройствам для воздушно-жидкостного обогрева помещений различного назначения при использовании всех видов твердого топлива, и может быть применено в быту, в хозяйственных помещениях и на производстве, где необходима горячая вода с одновременной утилизацией отходов производных продуктов древесины и других материалов, кроме пластиков, пластмасс и тому подобных, при сгорании которых выделяются вредные человеку вещества.
Известны отопительные газогенераторные устройства «Буллерьян» и «Синель», которые работают на дровах древесных отходов, брикетах торфа, низкокалорийном угле. Эти печи могут за 20-30 минут заполнить комнату теплым воздухом. Разжигают их как обычную печь. А потом на раскаленные угли закладывают основное топливо и с помощью двух заслонок устанавливают режим длительного горения. Печи «Буллерьян» имеют встроенные воздуховоды, имеющие входные патрубки снизу и выходные сверху. Эти патрубки засасывают у пола помещения холодный воздух, который, нагреваясь, уходит вверх. Такое устройство повышает интенсивность теплообмена (см. B.C. Синельников. Энциклопедия загородного строительства. М.: ЭКСМО, 2008 г., с.196).
Недостатками известных устройств являются то, что устройства имеют ограничение по максимальной мощности ~35 кВт, выполнены полностью неразборными из металла, что накладывает ограничение по габаритам, весу, следовательно, и по максимальной мощности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является отопительное устройство, содержащее топочную и колпаковую камеры, которые содержат стенки, выполненные из огнеупорного кирпича по контуру корпуса. Топочная камера включает камеру для топки с дверцей для загрузки твердого топлива, колосники, расположенные над поддувалом-зольником. Поддувало-зольник выполнен в нижней части камеры для топки и имеет дверцу для удаления золы, на которой установлен шибер для регулирования количества подаваемого первичного воздуха. Между задней стенкой камеры для топки и наружной стенкой топочной камеры установлена дымоходная труба с дымоходной задвижкой для регулирования режима газогенерации твердого топлива. В верхней части топочной камеры установлен теплообменник, выполненный в виде колосниковых решеток из металлических труб с определенным шагом между собой и с возможностью подогрева жидкостного или воздушного теплоносителя. Для фиксации колосниковых решеток воздушного теплообменника установлены уголки с противоположных наружных стенок топочной камеры. В дымоходной трубе установлен эжектор для подачи избыточного подогретого вторичного воздуха, выполненный в виде Т-образной трубы, который установлен в дымоходной трубе топочной камеры. Внутри топочной камеры на противоположных стенках установлены жидкостные теплообменники с входным и выходным патрубками.
Жидкостный теплообменник расположен над воздушным теплообменником со стороны дымоходной трубы для предотвращения попадания шлаков и золы в дымоходную трубу, установленную в топочной камере, а жидкостный теплообменник расположен под теплообменником для того, чтобы не препятствовать удалению шлака и золы. Жидкостные теплообменники с входным и выходным патрубками установлены с возможностью контактирования с металлическими трубами колосниковых решеток теплообменника. Так же колпаковая камера содержит стенки, которые являются продолжением контура корпуса топочной камеры. В колпаковой камере установлен теплообменник, выполненный в виде колосниковой решетки из металлических труб, установленных таким образом, что трубы насквозь пронизывают стенки. Металлические трубы теплообменника расположены внутри колпаковой камеры в виде воронки, сужающейся в нижней части. Колпаковая камера имеет дверцу для разгрузки шлака и золы. Сверху на колпаковую камеру устанавлен колпак, стенки которого сбоку и сверху, внутри и снаружи выполнены в виде двойной металлической системы. Между стенками металлической системы через входной патрубок колпака подается жидкостный теплоноситель. Колпак имеет также выходной патрубок. В колпаке сверху установлено сопло для загрузки угля, сверху которого установлена полая крышка для охлаждения с ручкой либо крышка из жаропрочного материала. Жидкостный теплообменник установлен под теплообменником для того, чтобы не препятствовать удалению шлака и золы из колпаковой камеры (см. патент RU №2445550, МПК F24C 13/00, F24H 1/46, опубл. 20.03.2012 г.).
Недостатками известного устройства являются: обогрев воздушными массами осуществляется только того помещения, где установлено отопительное устройство, чаще всего - это отдельно построенная котельная, т.к. в колпаковую камеру отопительного устройства сверху через сопло загружается уголь, при загрузке через сопло выходят наружу дым, копоть, сажа в помещение, что не очень удобно с эксплуатационной точки зрения; отапливание полезной площади возможно только жидкостным теплоносителем отопительного устройства.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции отопительного газогенераторного устройства в кирпичном исполнении с воздушно-жидкостным обогревом помещений как принудительным, так и естественным тепломассообменом.
Технический результат изобретения - увеличение тепломассобмена отопительного устройства с воздушными массами обогреваемого помещения или жидкостным теплоносителем.
Технический результат достигается тем, что в отопительном устройстве, содержащем колпаковую и топочную камеры, стенки которых выполнены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса, топочная камера содержит дверку для загрузки твердого топлива с шибером, теплообменник, дымоходную трубу, дымоходную задвижку, согласно изобретению теплообменник выполнен в виде пенала с водой и установлен в середине колпаковой камеры с возможностью обогрева дымовыми газами со всех сторон, вплотную к передней стенке топочной камеры установлена прямоугольная металлическая пластина на двух поперечно расположенных уголках, которая в совокупности с основанием теплообменника, выполненным также из металлической пластины, установленным на поперечно расположенных профильных прямоугольных металлических трубах, образует канал для сжигания дымовых газов, поддувальная дверка установлена сбоку с задней стороны топочной камеры для подачи и регулировки подачи вторичного воздуха в канал сжигания дымовых газов, также дополнительно установлена на входе колпаковой камеры поддувальная дверка с шибером для подачи вторичного воздуха в колпаковую камеру и окончательного дожигания дымовых газов в ней, кроме того, в отопительном устройстве вертикально расположены два ряда профильных прямоугольных металлических труб, установленных в швы кирпичной кладки дымоходной трубы от подвертки до второй задвижки с возможностью нагрева от горячих дымовых газов воздуха внутри профильных прямоугольных металлических труб и посредством конвективного тепломассообмена с возможностью обогрева помещения и помещения этажом выше, где установлена дымоходная труба.
Кроме того, технический результат также осуществляется благодаря тому, что ряды профильных прямоугольных металлических труб вертикально расположены с возможностью связывания кирпичей между собой при кладке дымоходной трубы и установлены внутри дымоходной трубы следующим образом: по левой стороне в четных рядах, а по правой стороне в нечетных рядах.
Предлагаемое отопительное устройство поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - отопительное устройство: а) - вид сбоку в разрезе, б) - сечение А-А фиг.а);
фиг.2: а) - кладка нечетных рядов дымохода из пяти кирпичей (для маломощных отопительных устройств) с изображением профильной прямоугольной металлической трубы, б) - кладка четных рядов дымохода из пяти кирпичей с изображением профильной прямоугольной металлической трубы, в) - сечение А-А фиг.6);
фиг.3: а) - кладка нечетных рядов дымохода из семи кирпичей (для более мощных отопительных устройств) с изображением профильной прямоугольной металлической трубы, б) - кладка четных рядов дымохода из семи кирпичей с изображением профильной прямоугольной металлической трубы, в) - сечение А-А фиг.б).
Отопительное устройство (см. фиг.1) состоит из топочной камеры 1, колпаковой камеры 2, которые содержат стенки, выполненные из огнеупорного кирпича по контуру корпуса, и дымоходной трубы 3. Топочная камера 1 состоит из нижней камеры 4, где происходит тление дров при недостаточном поступлении воздуха, из топочной дверки 5 с шибером 6, через которую закладываются дрова и убирается зола, регулируется подача первичного воздуха. Поддувальная дверка 7 установлена в боковой стенке с задней стороны нижней топочной камеры 4 для подачи и регулирования подачи вторичного воздуха для сжигания дымовых газов. Через «сухие» швы 8 в задней стенке 9 нижней топочной камеры 4 проходят «балластные» холодные дымовые газы, которые не участвуют в дальнейшем процессе горения. Отопительное устройство состоит из прямоугольной металлической пластины 10, которая установлена на двух поперечно расположенных уголках 11 вплотную к передней стенке топочной камеры 1, а со стороны задней стенки 9 имеется зазор 12 для прохода дымовых газов сечением не меньше сечения дымоходной трубы 3. Канал 13 сжигания дымовых газов образован с нижней стороны - прямоугольной металлической пластиной 10, со стороны задней стенки и сбоку - кирпичными стенками 9, 14, сверху - расширенным основанием 15 теплообменника, выполненным из металлической пластины, установленным на профильных прямоугольных металлических трубах 16, с передней стороны - дверки 17 с шибером 18.
Прямоугольные профильные металлические трубы 16 поперечно установлены между кирпичными кладками боковых стенок отопительного устройства в верхней части канала 13 для сжигания дымовых газов. Дверка 17 с шибером 18 предназначена для дополнительной подачи вторичного воздуха и окончательного дожигания дымовых газов и установлена на входе колпаковой камеры 2 и служит так же, как прочистная дверка. Теплообменник выполнен в виде пенала 19 с водой и установлен в середине колпаковой камеры 2 с возможностью обогрева горячими дымовыми газами со всех сторон, кроме крышки, и поэтому вода в нем быстро и хорошо нагревается. Пенал 19 с водой имеет снизу входной патрубок 20 - для подачи холодной воды, сверху - выходной патрубок 21 - для отвода горячей воды. Следует отметить, что и кирпичные стенки колпаковой камеры 2 также хорошо нагреваются, т.к. установлены с возможностью контактирования с горячими дымовыми газами с внешней стороны.
Особенности конструкции теплообменника, выполненного в виде пенала 19 с водой, следующие:
установленная сверху крышка 22 так же, как и основание 15 и часть боковой стенки 23 в районе задвижки 24, изготовлена из металлических пластин, которые со стороны широких стенок пенала 19 расположены с возможностью перекрывания дымовых каналов снизу и сверху, также с возможностью прохода дымовых газов помимо нижней задвижки 24. Нижняя задвижка 24 открыта во время растопки и закрывается после растопки, достижения хорошей тяги дымохода. Горячие дымовые газы в колпаковой камере 2 поднимаются вверх, доходят до ее свода 25, состоящего из крышки 22, пенала 19 с водой и нескольких рядов кирпичной кладки. В случае, если нижняя задвижка 24 закрыта, то горячие дымовые газы, отдавая тепло пеналу 19 с водой и кирпичным стенкам колпаковой камеры 2, опускаются вниз до подвертки 26, далее по дымоходной трубе 3 поднимаются вверх, нагревая профильные прямоугольные металлические трубы 27, которые в зависимости от четного (см. фиг.2, б и 3, б) и нечетного (см. фиг.2, а и 3, а) расположения рядов вставлены в швы кирпичей дымоходной трубы 3. Воздух в них нагревается и происходит конвективный тепломассообмен. Установка профильных прямоугольных металлических труб 27 показана на фигуре 2 из пяти кирпичей (для маломощных отопительных устройств) и на фигуре 3 из семи кирпичей (для более мощных отопительных устройств). Профильные прямоугольные металлические трубы 27 вертикально установлены в два ряда в швы кирпичной кладки дымоходной трубы 3 от подвертки 26 до второй верхней задвижки 28 с возможностью нагрева воздуха от горячих дымовых газов и нагрева внутри профильных прямоугольных металлических труб 27. В случае, если есть необходимость отопления второго этажа, где проходит дымоходная труба, то профильные прямоугольные металлические трубы 27 и вторая задвижка 28 устанавливаются на втором этаже на высоте вытянутой руки взрослого человека и посредством конвективного тепломассообмена обогревают помещение и помещение этажом выше.
Предлагаемое отопительное устройство работает следующим образом (см. фиг.1, 2, 3). Дрова или другие виды твердого топлива подаются через загрузочную дверку 5 в топочную камеру 1, до растопки шибер 6 дверки 5 оставляется открытым. После достаточной растопки твердого топлива в топочной камере 1 отопительного устройства шибер 6 загрузочной дверки 5 частично или полностью закрывается и тем самым переводится в режим тления, а с помощью поддувальной дверки 7 отопительного устройства переводится в режим полного сжигания дымовых газов в канале 13, образованном между металлической пластиной 10 и металлической пластиной-основанием 15 теплообменника, выполненного в виде пенала 19 с водой. При сжигании дымовых газов при подаче необходимого количества вторичного воздуха выделяется тепло более 1000°С, часть которого через металлическую пластину 10 поддерживает процесс тления-горения твердого топлива посредством теплового излучения сквозь прямоугольную металлическую пластину 10 вследствие хорошей ее теплопроводности. Далее дымовые газы поступают через канал 13 для сжигания дымовых газов в колпаковую камеру 2 и поднимаются до ее свода 25, где отдают свое тепло. В случае, если задвижка 24 закрыта, дымовые газы, опускаясь вниз, отдают тепло кирпичным стенкам колпаковой камеры 2 и металлическим стенкам пенала 19 с водой, тем самым нагревая воду, а через подвертку 26 поступают в низ дымоходной трубы 3. В дымоходной трубе 3 для воздушного обогрева отапливаемого помещения и помещения, находящегося этажом выше, установлены два ряда вертикально расположенных в дымоходной трубе 3 профильных прямоугольных металлических труб 27, которые дополнительно снимают тепло дымовых газов.
Предлагаемое отопительное устройство по сравнению с прототипом (см. патент RU №2445550, МПК F24C 13/00, F24H 1/46, опубл. 20.03.2012 г.) позволяет получить следующие преимущества:
- сжигать дымовые газы в канале, образованном между двумя металлическими пластинами, дожигать в колпаковой камере и тем самым достигать полного сжигания твердого топлива, уменьшая вредные выбросы в атмосферу;
- увеличить тепломассообмен на своде колпаковой камеры, где поднимаются и накапливаются горячие дымовые газы, и на развитых стенках колпаковой камеры 2, забирая тепло дымовых газов с помощью вертикальных рядов профильных прямоугольных металлических труб, установленных в дымоходной трубе в отапливаемом помещении и в помещении этажом выше;
- увеличить тепломассообмен с помощью теплообменника, выполненного в виде пенала с водой, установленного в колпаковой камере с возможностью обогрева горячими дымовыми газами со всех сторон;
- с помощью «сухих» швов кирпичной кладки достигается отвод «холодных» балластных дымовых газов, которые не участвуют в процессе сжигания дымовых газов и не уменьшают их температуру горения.