отопительное устройство

Формула изобретения

1. Отопительное устройство, содержащее корпус с боковыми, задней и передней стенками, колосник в нижней части устройства, зольную камеру, дымоходную трубу, поддувало, входной и выходной патрубки, эжекторы, топочную камеру с загрузочной дверцей, отличающееся тем, что топочная камера состоит из двух уровней: нижней и верхней топочных камер для газогенерации твердого топлива, нижняя и верхняя топочные камеры снабжены колосниковыми решетками, установленными параллельно друг другу в отверстиях, выполненных на противоположных передней и задней стенках корпуса, при этом колосниковые решетки выполнены из одного ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов, соединенных между собой уголками так, что уголки расположены над и под отверстиями, в которых установлены прямоугольные полые каналы, причем прямоугольные полые каналы имеют открытые торцы для равномерного конвективного теплообмена воздушного потока, между прямоугольными полыми каналами колосниковых решеток установлены зазоры, а в колосниковой решетке верхней топочной камеры у прямоугольного полого канала, расположенного в центре ряда, предварительно выполнены отверстия сбоку и установлена заглушка с одного из открытого его торца, кроме того, над верхней топочной камерой установлен блок поверхностей нагрева жидкостного теплоносителя, включающий камеру для обогрева, внутри которой расположена теплообменная двухконтурная камера, выполненная по типу «труба в трубе», состоящая из внешней и внутренней труб, при этом длина внутренней трубы больше длины внешней трубы и выступающая часть внутренней трубы выполнена в форме полуцилиндра сверху, а снизу выступающая часть внутренней трубы открыта для поступления выделяющихся газов из нижней и верхней топочных камер, дожигание выделяющихся газов при горении-тлении твердого топлива на колосниковых решетках нижней и верхней топочных камер, поступающих через отверстие, выполненное в нижней части камеры для обогрева и сообщающееся с верхней топочной камерой, осуществляется сначала снаружи внешней трубы, а затем изнутри внутренней трубы теплообменной двухконтурной камеры, а между внутренней и внешней трубами подается и обогревается жидкостный теплоноситель, причем необходимое количество подогретого воздуха для дожигания газов внутри внутренней трубы осуществляется через эжекторы, один из которых расположен во внутренней трубе, а другой - под внешней трубой и установлен в камере для обогрева.

2. Отопительное устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя и верхняя топочные камеры, а также камера для обогрева сложены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса, а высота полых прямоугольных каналов в колосниковых решетках и отверстий, выполненных в противоположных передней и задней стенках корпуса, в которых установлены колосниковые решетки, равна высоте огнеупорного кирпича.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, а именно к устройствам для воздушно-жидкостного обогрева помещений различного назначения, и может быть применено в быту и при производстве строительных материалов, где необходима горячая вода, при использовании всех видов твердого топлива.

Известно отопительное устройство, содержащее топочную камеру с системой газификации твердого топлива, нагревательные трубчатые элементы, входные и выходные патрубки, подводящий и отводящий коллекторы для подвода холодного и отвода нагретого теплоносителя. Нагревательные трубчатые элементы установлены наклонно на боковых поверхностях устройства и соединены с подводящим и отводящим коллекторами, выполненными в виде системы труб, соединенных между собой на местах стыка под углом не менее 135 градусов для обеспечения минимального гидродинамического сопротивления жидкому теплоносителю (см. патент РФ, №2244891, МПК F27B 9/00, F24H 1/00, опубл. Бюл. №2, 20.01.2005 г.).

Недостатками известного устройства являются трудоемкость в изготовлении, большой вес, высокая стоимость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является отопительное устройство, включающее корпус с боковыми, задней и передней стенками, крышку, колосниковую решетку в днище, зольник, дымоход. В корпусе вдоль боковых стенок проложены и герметично закреплены в днище и в отверстиях на противоположных боковых стенках перекрещивающиеся вверху конвективные трубы, образующие топочную камеру, состоящую из расположенной внизу топки с дверцей и верхней зоны. В корпусе установлены также трубки для подачи вторичного воздуха в верхнюю зону, имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. Верхняя часть корпуса с передней стенкой выполнена выступающей вперед над дверцей топки, а в топочной камере топка и верхняя зона образуют единое пространство. Вдоль передней и задней стенок герметично закреплены в крышке и соответственно в дне выступающей вперед верхней части корпуса и в его днище экранирующие топочную камеру конвективные трубы, имеющие открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом. На наклонных частях перекрывающихся вверху конвективных труб установлены сверху нижние и верхние газонаправляющие щитки, образующие с ними соответственно нижние и верхние газоходы. Верхние газонаправляющие щитки соединены между собой, образуя двугранный угол. Трубки для подачи вторичного воздуха установлены перед входом в нижние газоходы, изогнуты навстречу потока воздуха в экранирующих топочную камеру конвективных трубах и закреплены на них (см. патент РФ, №2242679, МПК F24B 7/02, опубл. 20.12.2004 г.)

Недостатками известного устройства являются ограниченная мощность отопительного устройства, ограниченное время горения твердого топлива при одной закладке твердого топлива, что не очень удобно при эксплуатации, недостаточная площадь колосников, которая приводит к недостаточной газифакации твердого топлива.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции отопительного устройства для обогрева помещений теплыми воздушными потоками путем равномерного конвективного теплообмена, газогенерации твердого топлива и последующего его дожигания.

Техническим результатом изобретения является увеличение мощности отопительного устройства и времени горения твердого топлива при его разовой закладке, повышение КПД за счет увеличения теплообмена устройства с воздушными массами обогреваемого помещения, газификации твердого топлива с последующим его дожиганием.

Технический результат достигается тем, что в отопительном устройстве, содержащем корпус с боковыми, задней и передней стенками, колосник в нижней части устройства, зольную камеру, дымоходную трубу, поддувало, входной и выходной патрубки, эжекторы, топочную камеру с загрузочной дверцей, согласно изобретению топочная камера состоит из двух уровней: нижней и верхней топочных камер для газогенерации твердого топлива, нижняя и верхняя топочные камеры снабжены колосниковыми решетками, установленными параллельно друг другу в отверстиях, выполненных на противоположных передней и задней стенках корпуса, при этом колосниковые решетки выполнены из одного ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов, соединенных уголками так, что уголки расположены над и под отверстиями, в которых установлены прямоугольные полые каналы, причем прямоугольные полые каналы имеют открытые торцы для равномерного конвективного теплообмена воздушного потока, между прямоугольными полыми каналами колосниковых решеток установлены зазоры, при этом в колосниковой решетке верхней топочной камеры у прямоугольного полого канала, расположенного в центре ряда, предварительно выполнены отверстия сбоку и установлена заглушка с одного из открытого его торца, кроме того над верхней топочной камерой установлен блок поверхностей нагрева жидкостного теплоносителя, включающий камеру для обогрева, внутри которой расположена теплообменная двухконтурная камера, выполненная по типу «труба в трубе», состоящая из внешней и внутренней труб, при этом длина внутренней трубы больше длины внешней трубы, и выступающая часть внутренней трубы сверху выполнена в форме полуцилиндра, а снизу выступающая часть внутренней трубы открыта для поступления выделяющихся газов из нижней и верхней топочных камер, дожигание выделяющихся газов при горении-тлении твердого топлива на колосниковых решетках нижней и верхней топочных камер, поступающих через отверстие, выполненное в нижней части камеры для обогрева и сообщающееся с верхней топочной камерой, осуществляется сначала снаружи внешней трубы, а затем изнутри внутренней трубы теплообменной двухконтурной камеры, а между внешней и внутренней трубами подается и обогревается жидкостный теплоноситель, причем необходимое количество подогретого воздуха для дожигания газов осуществляется через эжекторы, один из которых расположен во внутренней трубе, а другой - под внешней трубой и установлен в камере для обогрева.

Технический результат достигается также благодаря тому, что нижняя и верхняя топочные камеры, а также камера для обогрева сложены из огнеупорного кирпича по контуру корпуса, а высота полых прямоугольных каналов в колосниковых решетках и отверстий, выполненных в противоположных передней и задней стенках корпуса, в которых установлены колосниковые решетки, равна высоте огнеупорного кирпича.

Выполнение топочной камеры отопительного устройства из двух уровней: нижней и верхней топочных камер - из огнеупорного кирпича для газогенерации твердого топлива позволяет получить необходимые объем и площади топочных нижней и верхней камер для закладки и горения-тления твердого топлива.

Параллельная установка в отверстиях, выполненных на противоположных передней и задней стенках корпуса нижней и верхней топочных камер, колосниковых решеток, выполненных из одного ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов, соединенных уголками так, что уголки расположены над и под отверстиями, в которых установлены прямоугольные полые каналы, причем прямоугольные полые каналы имеют открытые торцы для равномерного конвективного теплообмена воздушного потока и зазоры между прямоугольными полыми каналами. Колосниковые решетки в отопительном устройстве выполняют одновременно две функции - как колосники и как конвективные теплообменники, суммарная площадь которых определяет повышение производительности газогенерации твердого топлива, обеспечивает увеличение общей площади горения-тления твердого топлива, повышая при этом равномерный конвективный теплообмен воздушного потока.

Установка в центре колосниковой решетки верхней топочной камеры прямоугольного полого канала с предварительно выполненными сбоку отверстиями и установленной заглушки с одного из открытого торца этого канала позволяет подавать подогретый воздух на второй уровень верхней топочной камеры, что способствует достижению заданной газогенерации твердого топлива.

Установка над верхней топочной камерой блока поверхностей нагрева жидкостного теплоносителя, включающего камеру для обогрева, внутри которой расположена теплообменная двухконтурная камера, выполненная по типу «труба в трубе», состоящая из внешней и внутренней труб, при этом длина внутренней трубы больше длины внешней трубы, и выступающая часть внутренней трубы сверху выполнена в форме полуцилиндра, а снизу выступающая часть внутренней трубы открыта для поступления выделяющихся газов из нижней и верхней топочных камер, дожигание выделяющихся газов при горении-тлении твердого топлива на колосниковых решетках нижней и верхней топочных камер, поступающих через отверстие, выполненное в нижней части камеры для обогрева и сообщающееся с верхней топочной камерой, осуществляется сначала снизу, то есть снаружи внешней трубы, а затем изнутри внутренней трубы теплообменной двухконтурной камеры, между внешней и внутренней трубами подается и обогревается жидкостный теплоноситель, причем необходимое количество подогретого воздуха при дожигании газов осуществляется через эжекторы, один из которых расположен во внутренней трубе, а другой под внешней трубой и установлен в камере для обогрева, что в сокупности позволяет повысить КПД отопительного устройства путем горения-тления твердого топлива на колосниковых решетках и последующего дожигания выделяющихся газов из топочных нижней и верхней камер сначала снаружи внешней трубы, затем изнутри внутренней трубы теплообменной двухконтурной камеры, а также и тем, что при подаче между внешней и внутренней трубами нагретого жидкостного теплоносителя, который, нагреваясь, забирает дополнительное тепло.

Выполнение любого объема топочных нижней и верхней камер из огнеупорного кирпича по контуру корпуса устройства на месте установки отопительного устройства, высоты прямоугольных полых каналов в колосниковых решетках и отверстий, выполненных в противоположных передней и задней стенках корпуса, в которых установлены колосниковые решетки, равной высоте огнеупорного кирпича, с любой площадью колосниковых решеток позволяют спроектировать и изготовить устройство в широком диапазоне мощности и времени горения-тления твердого топлива, улучшая при этом его эксплуатационные характеристики.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного отопительного устройства. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату: увеличение мощности отопительного устройства и времени горения твердого топлива при его разовой закладке, повышение КПД за счет увеличения теплообмена устройства с воздушными массами обогреваемого помещения и газификации твердого топлива с последующим его дожиганием, и отличительных признаков в заявленном изобретении, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображено отопительное устройство - вид спереди,

на фиг.2 изображено отопительное устройство - вид сбоку,

на фиг.3 изображен блок поверхностей нагрева и подачи жидкостного теплоносителя,

на фиг.4 изображен разрез А-А фиг.3,

на фиг.5 изображен разрез В-В фиг.3,

на фиг.6 изображен прямоугольный полый канал: а) вид сверху, б) вид сбоку фиг.а), в) вид Г фиг.а),

на фиг.7 изображено схематично отопительное устройство.

Отопительное устройство (см. фиг.1-6) содержит корпус 1 с боковыми 2, задней 3, передней 4 стенками, выложенными из огнеупорного кирпича по контуру корпуса 1, установленного на поддоне 5 обогреваемого помещения. В нижней части передней стенки 4 корпуса 1 установлены колосник 6, зольник 7 в виде ящика с ручкой, поддувало 8 с входным шибером 9 для регулирования количества подаваемого воздуха, дверцу 10 для удаления золы из зольника 7 (см. фиг.7).

Корпус 1 состоит из двух уровней: нижней 11 и верхней 12 топочных камер для газогенерации твердого топлива, подаваемого через растопочно-загрузочную 13 и загрузочную 14 дверцы, установленные в каждой из топочных камер на боковой стенке 2 корпуса 1.

В каждом уровне корпуса 1 в нижней 11 и верхней 12 топочных камерах в отверстиях 15, выполненных на одном уровне на противоположных передней 4 и задней 3 стенках, параллельно установлены колосниковые решетки 16, 17.

Колосниковые решетки 16, 17 выполнены в виде одного ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов 18 с зазором между каналами, которые имеют открытые торцы, сообщенные с окружающим воздухом для обеспечения равномерного конвективного теплообмена воздушного потока обогреваемого помещения и для увеличения площади горения-тления твердого топлива, выполняя при этом одновременно два функциональных назначения, а именно являются колосниками и конвективными теплообменниками, суммарная площадь которых определяет производительность газогенерации твердого топлива.

Прямоугольные полые каналы 18 соединены уголками 19 так, что уголки 19 расположены над и под отверстиями 15 передней 4 и задней 3 стенок корпуса 1.

Высота прямоугольных полых каналов 18 колосниковых решеток 16, 17 и высота отверстий 15, в которых они установлены, равна высоте огнеупорного кирпича, из которого сложены нижняя 11 и верхняя 12 топочные камеры.

Зазор между прямоугольными полыми каналами 18 колосниковой решетки 17 верхней топочной камеры 12 должен быть больше зазора между прямоугольными полыми каналами 18 колосниковой решетки 16 нижней топочной камеры 11 для того, чтобы из зазоров колосниковых решеток 16, 17 не выпадала не сгоревшая зола в зольник 7.

В верней части отопительного устройства над верхней топочной камерой 12 установлен блок поверхностей нагрева жидкостного теплоносителя, состоящий из камеры 20 для обогрева, выложенной из огнеупорного кирпича по контуру верхней топочной камеры 12. В нижней части камеры 20 для обогрева выполнено отверстие 21 для сообщения с верхней топочной камерой 12 и для подачи выделяющихся газов из топочных камер 11, 12 в камеру 20 для обогрева. Внутри камеры 20 для обогрева расположена теплообменная двухконтурная камера 22, выполненная по типу «труба в трубе», где происходит дожигание выделяющихся газов при горении-тлении твердого топлива на колосниковых решетках 16, 17 нижней 11 и верхней 12 топочных камер, поступающих через отверстие 21, выполненное в нижней части камеры 20 для обогрева и сообщающееся с верхней топочной камерой 12. Теплообменная двухконтурная камера 22 содержит внешнюю трубу 23 и внутреннюю трубу 24, между которыми подается и нагревается жидкостный теплоноситель. Дожигание выделяющихся газов осуществляется сначала снизу, т.е. снаружи внешней трубы 23, а затем изнутри внутренней трубы 24, при этом длина внутренней трубы 24 больше длины внешней трубы 23, и выступающая часть внутренней трубы 24 со стороны задней 3 стенки корпуса 1 выполнена в форме полуцилиндра в верхней ее части, а снизу выступающая часть внутренней трубы 24 открыта для поступления вовнутрь ее выделяющегося газа, поступающего из верней топочной камеры 12 через отверстие 21, камеру 20 для обогрева (на фиг.3 показано стрелкой движение газа). Во внутренней трубе 24 установлен Т-образный эжектор 25 для подачи необходимого количества подогретого воздуха для дожигания газов, установленный с торца теплообменной двухконтурной камеры 22, обращенного к задней 3 стенке корпуса 1. С этой же стороны в верхней части отопительного устройства установлена горизонтальная Т-образная дымоходная труба 26 с выходным шибером 27 для регулирования количества сгоревшего газа. Теплообменная двухконтурная камера 22 снабжена входным патрубком 28 для подачи жидкостного теплоносителя между внешней 23 и внутренней 24 трубами, а также выходным патрубком 29, соединенным с трубами системы отопления (на фигурах 1-6 не показано) для подачи в них нагретого жидкостного теплоносителя. Входной 28 и выходной 29 патрубки расположены на противоположных торцах теплообменной двухконтурной камеры 22 внизу и вверху соответственно.

В камере 20 для обогрева установлен Т-образный эжектор 30 для подачи подогретого воздуха, расположенный под внешней трубой 23 теплообменной двухконтурной камеры 22 со стороны задней 3 стенки корпуса 1.

Для подачи подогретого воздуха на второй уровень корпуса 1 верхней топочной камеры 12 для газогенерации твердого топлива в прямоугольном полом канале 31, расположенном в центре колосниковой решетки 18, предварительно выполнены сбоку отверстия 32 (см. фиг.6), и с одного из открытого торца полого канала 31 установлена заглушка 33.

Контуры нижней 11 и верхней 12 топочных камер, а также камеры 20 для обогрева выложены в несколько рядов по высоте из огнеупорного кирпича по контуру корпуса 1 отопительного устройства, шириной в один огнеупорный кирпич.

Колосниковые решетки 16, 17, выполненные из одного ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов 18, изгототовлены из стали, что обеспечивает длительный период их использования без выгорания, при этом холодный воздушный поток, проходя через прямоугольные полые каналы 18, нагревается и на выходе отдает теплый, нагретый воздушный поток для обогрева помещения, где установлено отопительное устройство. Колосниковые решетки 16, 17 одновременно являются колосниками и конвективными теплообменниками.

Камера 20 для обогрева сложена из огнеупорного кирпича и выполнена таким образом, что она наполовину закрывает внешнюю трубу 23 камеры 20 для обогрева. Теплообменная двухконтурная камера 22 установлена в камере 20 для обогрева с помощью кронштейнов 34, установленных по три с каждой из боковых поверхностей теплообменной двухконтурной камеры 22 и закрепленных на верхней поверхности камеры 20 для обогрева.

Предлагаемое отопительное устройство работает следующим образом.

Твердое топливо, например дрова, подается через растопочно-загрузочную дверцу 13 и загрузочную дверцу 14 на колосниковые решетки 16, 17 нижней 11 и верхней 12 топочных камер, после чего растапливается отопительное устройство, затем после растопки дымоходная Т-образная труба 26 с помощью выходного шибера 27 прикрывается на 45 градусов. Затем с помощью поддувала 8 с входным шибером 9 переводится в режим тления твердого топлива.

Для подачи подогрето воздуха на колосниковые решетки 17 верхней топочной камеры 12 используется прямоугольный полый канал 31, расположенный в центре ряда колосниковой решетки 17, в котором сбоку предварительно выполнены отверстия 32, и с одного из открытого его торца установлена заглушка 33.

Через колосниковые решетки 16, 17, выполненные из одного ряда прямоугольных полых каналов 18 с зазором между каналами, холодный воздушный поток, проходя через прямоугольные полые каналы 18, нагревается и на выходе отдает тепло в виде нагретого воздушного потока. Таким образом происходит обогрев помещения, где установлено отопительное устройство, теплыми воздушными потоками. Зазоры между прямоугольными полыми каналами 18 колосниковых решеток 16, 17 выполнены таким образом, чтобы через них не выпадала в зольник 7 несгоревшая зола, образующаяся при горении-тлении твердого топлива в нижней 11 и верхней 12 топочных камерах на колосниковых решетках 16, 17, которые служат и как колосники, и как конвективные теплообменники, суммарная площадь которых определяет производительность газогенерации твердого топлива. Время горения-тления твердого топлива определяют объемами нижней 11, верхней 12 топочными камерами и интенсивностью подачи воздуха через шибер 9.

Далее газы тлеющего твердого топлива поднимаются вверх и, проходя через отверстие 21, вступают в реакцию горения с подогретым воздухом, который подается через Т-образный эжектор 30. В теплообменной двухконтурной камере 22 для сжигания газов, выполненной по типу «труба в трубе», жидкостный теплоноситель подогревается сначала снизу, то есть снаружи внешней трубы 23, в результате чего происходит предварительный ее подогрев.

Затем несгоревшие газы тлеющего твердого топлива из топочных камер 11, 12 подаются через отверстие 21 в камеру 20 для обогрева и во внутреннюю трубу 24, вступают в реакцию с подогретым воздухом, который подается через Т-образный эжектор 25, в результате чего происходит окончательное дожигание тлеющих газов. Жидкостный теплоноситель подается через входной патрубок 28 между внешней 23 и внутренней 24 трубами теплообменной двухконтурной камеры 22, где происходит его нагрев, забирает дополнительное тепло, следовательно, повышает КПД устройства.

Далее через выходной патрубок 29 жидкостный теплоноситель из теплообменной двухконтурной камеры 22 подается в систему отопления.

Предлагаемое отопительное устройство по сравнению с прототипом (см. патент РФ №2242679, МПК F24В 7/02, опубл. 20.12.2004 г.) позволяет получить следующие преимущества:

- увеличить мощность и время горения твердого топлива при одной закладке твердого топлива путем повышения производительности газогенерации отопительного устройства, повысить КПД за счет увеличения конвективного теплообмена в двух уровнях топочных нижней и верхней камер с колосниковыми решетками, выполненными в один ряд из прямоугольных полых каналов, горизонтально и параллельно расположенных, которые служат одновременно колосниками и конвективными теплообменниками, суммарная площадь которых определяет производительность газогенерации твердого топлива и последующего дожигания газов в теплообменной двухконтурной камере, выполненной по типу «труба в трубе», между внешней и внутренней трубами которой подается и обогревается жидкостный теплоноситель, например тосол, масло или вода и др.,

- время горения-тления твердого топлива в предлагаемом изобретении определяют объемы нижней и верхней топочных камер, интенсивность подачи воздуха через входной шибер, а колосниковыми решетками являются два ряда горизонтально и параллельно расположенных прямоугольных полых каналов, и топочные камеры выложены из огнеупорного кирпича, то в обогреваемом помещении на месте можно сложить топочные камеры любого объема и в них установить колосниковые решетки любой суммарной площади горения-тления твердого топлива, что позволит проектировать, изготовлять отопительное устройство в широком диапазоне мощности при увеличении времени горения-тления твердого топлива,

- улучшить удобство эксплуатации, так как необходимые объемы топочных камер и площади колосниковых решеток позволяют реже закладывать твердое топливо, например через 16-24 часов, что очень удобно и отпадает необходимость содержания штатного кочегара или присутствия человека, следящего за пожаробезопасностью.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».