Печь

Полезная модель относится к отопительным печам и может быть использована при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения. Печь для обогрева помещений содержит вертикально ориентированный корпус, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, имеющую ограничивающие ее стенки, вытяжную трубу, дверцу, установленную в корпусе. Каналы подачи воздуха выполнены таким образом, что их выходные части соединены с верхней областью зоны горения. Одна, основная, часть каналов постоянно соединяет зону горения с окружающей атмосферой, а другая, дополнительная, - выполнена с возможностью перекрытия их проходного сечения. Входная часть перекрываемых каналов расположена ближе к основанию корпуса печи на расстоянии, составляющем (0,10,5) от высоты печи. Площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,10,75) от площади проходного сечения основных каналов. На боковых стенках зоны горения, предпочтительно, противоположных, выполнены продольные ребра, предпочтительно, вертикально ориентированные, имеющие, как минимум, две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения, расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер составляет l=(0,60,9)L, где: l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса, ребра имеют треугольное сечение, высота ребра h составляет h=(0,050,2)L, при этом основание s составляет s=(0,751,5)h, где: h - высота ребра, s - основание ребра, L - расстояние между противоположными стенками корпуса, 3 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к отопительным печам и может быть использована при разработке печей и нагревательных устройств для приготовления пищи и отопления помещения.

Известна мусоросжигательная печь секционной структуры, содержащая прямую закрытую трубу с отверстиями, расположенными по ее длине, которая предназначена для подачи воздуха в топку. Труба подачи воздуха вставлена в топку через отверстие, выполненное в верхней части топки. Воздух в трубу подают при помощи вентилятора. Воздух струится сквозь отверстия трубы и участвует при интенсивном сгорании топлива, в данном случае - мусора (патент ЕР 0636840 А1 МПК: F24B 1/00, 5/00).

Данный способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания и устройство сгорания пригодны для безопасного и интенсивного сжигания мусора, но не эффективны для длительного экономичного сжигания топлива.

Известна топка для сжигания гранулированного твердого топлива и нагревания воздуха помещений. Топка состоит из камеры сгорания, в ее центр вставленной трубы подачи воздуха и шнекового устройства. Воздух в очаг сгорания подают при помощи вентилятора сверху, а гранулированное топливо при помощи шнекового устройства загружают снизу (патент USA 4782765 МПК: F24B 1/00, 5/00).

Конструкция такой топки сложна и не пригодна для сжигания дров.

Известен способ подачи и распределения воздуха в камере сгорания, когда воздух в камеру сгорания подают сверху по трубе, при этом труба заканчивается распределителем воздуха, опирающимся на топливо и вместе с трубой опускающимся вниз, когда количество топлива в камере сгорания уменьшается, причем воздух в камере сгорания распределяют следующим образом: в очаг сгорания подают 40-60%; на края очага сгорания подают 10-30%; над очагом сгорания - 20-40%.

Для реализации указанного способа предложен отопительный котел, содержащий камеру сгорания, в двойной стенке которой сформирована емкость, заполненная водой, с отверстием выхода дыма, отверстиями загрузки топлива и удаления золы, патрубки подвода и отвода воды, при этом камера сгорания установлена вертикально и выполнена в виде круглого или многоугольного цилиндра, в верхней части которого выполнено отверстие, в которое вставлена свободно вверх-вниз перемещающаяся труба подачи воздуха, заканчивающаяся распределителем воздуха, опирающимся на топливо, при этом распределитель воздуха выполнен в виде пустотелого диска, в верхней части которого выполнен наконечник для соединения с трубой подачи воздуха, а в нижней части - головка, при этом в периферийной части диска, в узком конце головки и на боковой поверхности головки, а также в наконечнике выполнены отверстия, сообщающиеся с внутренней полостью распределителя воздуха (Патент ЕР 005303, заявка 200301136 от 19.04.01 МПК: F24B 1/00, 5/00).

Недостатками данного способа и устройства является то, что на трубе подачи воздуха в зону горения необходимо устанавливать распределитель воздуха и перемещать его во время процесса горения. Это приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и ухудшению условий ее работы, за счет того, что часть топлива под распределителем практически не участвует в процессе горения. Кроме этого, необходимо достаточно точно распределять воздушные потоки, что также приводит к усложнению конструкции печи и усложнению условий ее обслуживания и эксплуатации.

Известна печь твердотопливная, содержащая камеру сгорания с козырьком в ее верхней части, которая примыкает к боковым и задней стенкам и разделяет камеру сгорания на верхнюю и нижнюю части, дверцу с застекленным окном на передней стенке камеры сгорания для загрузки топлива, нижний и щелеобразный верхний подвод воздуха для обдувания стекла окна дверцы плоским потоком воздуха и формирования внутри камеры сгорания области дожигания продуктов сгорания топлива и патрубок для отвода продуктов сгорания, расположенный в верхней задней части камеры сгорания.

Воздух для первичного горения твердого топлива подается в камеру сгорания как со стороны задней стенки печи, так и со стороны нижней части передней стенки камеры сгорания при помощи заслонок, управляемых с передней стороны печи. Дожигание (вторичное горение) несгоревших частиц топлива осуществляется подачей в камеру сгорания двух потоков воздуха, один из которых (холодный) управляется заслонкой, а второй - неуправляемый теплый, после обдувания стекла дверцы поступает в переднюю часть камеры сгорания в область дожигания несгоревших продуктов твердого топлива. Стенки камеры сгорания футерованы кирпичной кладкой и размещены внутри металлического кожуха. Между стенками камеры сгорания и кожухом имеется пространство, по которому затягивается воздух из нижней части отапливаемого помещения для охлаждения кожуха печи (патент US 4766876 A, F24B 5/02, 30.08.1988).

Недостаток указанного технического решения заключается в том, что при изменении состава твердого топлива не обеспечивается высокий КПД печи. Это объясняется тем, что не вся химическая энергия твердого топлива (различного по составу) может полностью превратиться в тепловую энергию без регулирования необходимого количества горячего воздуха для дожигания несгоревших частиц данного вида твердого топлива. Несгоревшие полностью остатки твердого топлива, вылетая из трубы печи, снижают ее КПД и ухудшают экологию окружающей среды. Кроме того, другим недостатком прототипа является футеровка кирпичом стенок печи, что снижает ее мобильность для обогрева дачных и временных построек.

Известна печь для сжигания топлива, содержащая вертикально ориентированный корпус, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения и способ обеспечения горения топлива, преимущественно дров, в указанной печи, заключающийся в укладке топлива в зоне горения печи с последующей подачей воздуха и поджигом, причем топливо укладывают в печь, поджигают верхнюю часть образовавшегося объема топлива, при этом каналы подачи воздуха в зону горения выполняют таким образом, что воздух подается в верхнюю область зоны горения, причем одну основную часть каналов держат постоянно открытыми, другую дополнительную открывают по мере сгорания топлива и перемещения зоны горения вниз, при этом воздух в зону горения в начальный и последующие моменты времени подают через основные каналы, а ближе к окончанию процесса горения - через основные и дополнительные (патент РФ 2417341, МПК F24B 1/00, 5/00 - прототип).

В указанной печи топливо сжигается следующим образом.

Через дверцу в вертикально ориентированный корпус печи, в зону горения, укладывают топливо, например дрова. Через выходные части основных каналов в зону горения подается воздух. Дополнительные каналы в это время закрыты при помощи специального устройства. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива поджигают. Топливо начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть, ограниченная стенками зоны горения. Продукты сгорания отводят через дымовую трубу. По мере прогорания верхней части столба топлива, при необходимости, через дверцу подкладывают новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива при этом остается в исходном состоянии.

При прогорании столба топлива ниже заданного уровня, например, ниже половины столба, воздух, поступающий через основные каналы, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью. В этом случае, при помощи специального устройства, открывают дополнительные каналы, и в зону горения подается воздух через их выходные части, что способствует продолжению процесса горения с заданной эффективностью. Продукты сгорания также отводят через дымовую трубу.

Недостатками указанного технического решения является то, что при такой подаче воздуха горит только верхняя часть топлива, и, соответственно, прогревается верхняя часть корпуса печи, что приводит к увеличению времени разогрева всей печи до определенной температуры, и, соответственно, времени прогрева помещения до оптимальной температуры и ухудшению условий эксплуатации печи.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание печи, конструкция которой позволит повысить полноту сгорания топлива, теплоотдачу и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива.

Указанная задача решается тем, что предложенная печь для обогрева помещений, согласно техническому решению, содержит вертикально ориентированный корпус, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, имеющую ограничивающие ее стенки, вытяжную трубу, дверцу, установленную в корпусе, при этом каналы подачи воздуха выполнены таким образом, что их выходные части соединены с верхней областью зоны горения, причем одна, основная часть каналов постоянно соединяет зону горения с окружающей атмосферой, а другая, дополнительная, - выполнена с возможностью перекрытия их проходного сечения, при этом входная часть перекрываемых каналов расположена ближе к основанию корпуса печи на расстоянии, составляющем (0,10,5) от высоты печи, площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,10,75) от площади проходного сечения основных каналов, а на боковых стенках зоны горения, предпочтительно, противоположных, выполнены продольные ребра, имеющие, как минимум, две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения, предпочтительно, вертикально ориентированные.

Для улучшения условий обогрева и подачи теплого воздуха в зону горения, входная часть перекрываемых каналов расположена ближе к основанию корпуса на расстоянии, составляющем (0,10,5) от высоты печи.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит значительное ухудшение условий работы печи, связанное с подачей холодного воздуха, находящего внизу, на опорной поверхности, например, полу, в зону горения и исключением из работы потока воздуха, подаваемого через основные каналы.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение условий горения самых нижних слоев топлива, связанное с ухудшением подачи воздуха через дополнительные каналы.

Для оптимизации конструкции печи, площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,10,75) от площади проходного сечения основных каналов.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий горения нижней части столба топлива, связанное с маленьким расходом воздуха на горение.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличение приводит к ухудшению массово-габаритных характеристик печи.

В варианте исполнения, расстояние l между вершинами противоположно расположенных ребер составляет l=(0,60,9)L, где: l - расстояние между вершинами указанных ребер, L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности, уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

В варианте исполнения, ребра имеют треугольное сечение.

В варианте исполнения, высота ребра h составляет h=(0,050,2)Z, при этом основание s составляет s=(0,751,5)h, где: h - высота ребра, s - основание ребра, Z - расстояние между противоположными стенками корпуса.

Нижнее значение указанного соотношения для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения в для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности, уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Нижнее значение указанного соотношения для основания ребра s выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зазора между столбом топлива и стенками зоны горения, что не позволяет организовать горение с требуемой эффективностью в указанной зоне.

Верхнее значение указанного соотношения в для высоты ребра h выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит резкое ухудшение условий использования объема печи, особенно пространства между столбом топлива и стенками зоны горения, в частности, уменьшается объем загружаемого топлива, что приводит к нерасчетному режиму горения и снижению экономичности печи.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез печи, положение топлива и направление потоков воздуха в начальный момент времени, на фиг.2 - продольный разрез печи, положение топлива и направление потоков воздуха в конечный момент времени, на фиг.3 - поперечный разрез зоны горения.

Печь содержит вертикально ориентированный корпус 1 с зоной горения 2. В корпусе 1 выполнены каналы 3 и 4 подачи воздуха в зону горения 2. Каналы подачи воздуха 3 выполнены таким образом, что они постоянно соединяют зону горения 2 с окружающей атмосферой, а их выходные части 5 соединены с верхней областью зоны горения 2. Каналы подачи воздуха 4 выполнены с возможностью перекрытия их проходного сечения при помощи устройства 6. Выходные части 7 каналов 4 располагаются в верхней части зоны горения 2. На корпусе 1 установлена дверца 8 для загрузки топлива 9 и контроля процесса горения, и вытяжная труба 10 для отвода продуктов сгорания.

На стенках 11 зоны горения 2 выполнены вертикальные ребра 12, имеющие вершину 13 и стенки 14. За счет выполнения на стенках 11 зоны горения 2 вертикальных ребер 12, имеющих вершину 13 и стенки 14, между топливом 9 и стенками 11 образуется зазор 15 после укладки топлива в зону горения.

Предложенная печь работает следующим образом.

Через дверцу 8 в вертикально ориентированный корпус 1 печи, в зону горения 2, укладывается топливо 9, например, дрова, при этом, за счет выполнения на стенках 11 зоны горения 2 вертикальных ребер 12, имеющих вершину 13 и стенки 14, между топливом 9 и стенками 11 образуется зазор 15.

Через выходные части 5 каналов 3 в зону горения 2 подается воздух. Каналы 4 в это время закрыты при помощи устройства 6. Верхнюю часть образовавшегося столба топлива 9 поджигают. Топливо 9 начинает гореть в своей верхней части, причем сам процесс горения продолжается достаточно долгое время, так как воспламеняется и горит не все топливо сразу, а верхняя его часть. Продукты сгорания отводятся через трубу 10.

За счет выполнения между стенками зоны горения 2 и столбом топлива 9 зазора 15, часть воздуха поступает в зазор, и боковые стенки столба топлива также начинают гореть. Горение столба топлива происходит как сверху, за счет подачи воздуха через каналы 3, так и с боков, за счет поступления воздуха из каналов 3 в зазор 15.

За счет горения столба топлива 9 как сверху, так и с боковых его сторон, разогрев корпуса печи 1 происходит более интенсивно, что позволяет сократить время разогрева обогреваемого помещения до указанной температуры.

По мере прогорания верхней части столба топлива 9, при необходимости, через дверцу 8 подкладываются новые порции топлива, которые затем сгорают. Большая часть ранее заложенного столба топлива 9 при этом остается в исходном состоянии.

При прогорании столба топлива 9 ниже заданного уровня, например, ниже половины столба, воздух, поступающий через каналы 3, участвует в процессе горения не в полной мере, что приводит к ухудшению условий смесеобразования, и топливо начинает гореть с меньшей эффективностью по следующим причинам.

При полной загрузке печи, воздух, поступающий через каналы 3, полностью участвует в процессе окисления топлива, например, дров. По мере прогорания верхней части столба топлива, его высота уменьшается, но при этом место расположения каналов 3 подвода воздуха не изменяется. Кроме этого, при прогревании потока воздуха продуктами сгорания, находящимися в корпусе вертикально ориентированной печи, его плотность уменьшается, и он поднимается также вверх. По этим причинам воздух, по прежнему поступающий через каналы 3, просто выходит в трубу 10, практически не участвуя в процессе горения, что приводит к снижению эффективности процесса горения.

Для поддержания эффективности процесса горения на необходимом уровне, по мере уменьшения высоты столба топлива, на определенной высоте, открываются дополнительные каналы 4 и воздух подается в зону горения уже через них, в то время как воздух, поступающий через каналы 3, в процессе горения практически не участвует.

В этом случае, при помощи устройства 6, открываются каналы 4, и в зону горения подается воздух через их выходные части 7, что способствует процессу горения с заданной эффективностью.

За счет выполнения между стенками зоны горения 2 и столбом топлива 9 зазора 15, часть воздуха из каналов 4 поступает в зазор, и боковые стенки столба топлива также продолжают гореть. Горение столба топлива продолжается как сверху, за счет подачи воздуха через каналы 4, и частично, 3, так и с боков, за счет поступления воздуха из каналов 4 и, частично, каналов 3 в зазор 15.

Продукты сгорания отводятся через трубу 10.

Проведенные автором и заявителем испытания полноразмерного образца предложенной печи подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит повысить экономичность работы печи и сократить время прогрева обогреваемого помещения до требуемой температуры.

1. Печь для обогрева помещений, характеризующаяся тем, что она содержит вертикально ориентированный корпус, в котором выполнены каналы подачи воздуха в зону горения, имеющую ограничивающие ее стенки, вытяжную трубу, дверцу, установленную в корпусе, при этом каналы подачи воздуха выполнены таким образом, что их выходные части соединены с верхней областью зоны горения, причем одна, основная, часть каналов постоянно соединяет зону горения с окружающей атмосферой, а другая, дополнительная, - выполнена с возможностью перекрытия их проходного сечения, при этом входная часть перекрываемых каналов расположена ближе к основанию корпуса печи на расстоянии, составляющем (0,10,5) от высоты печи, площадь проходного сечения дополнительных каналов составляет (0,10,75) от площади проходного сечения основных каналов, а на боковых стенках зоны горения, предпочтительно противоположных, выполнены продольные ребра, предпочтительно, вертикально ориентированные, имеющие, как минимум, две боковые стенки и вершину, обращенные в зону горения.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что расстояние l между вершинами указанных ребер составляет l=(0,60,9)L, где l - расстояние между вершинами указанных ребер; L - расстояние между противоположными стенками корпуса.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что ребра имеют треугольное сечение.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что высота ребра h составляет h=(0,050,2)Z, при этом основание s составляет s=(0,751,5)h, где: h - высота ребра; s - основание ребра; Z - расстояние между противоположными стенками корпуса.