печь для обогрева помещения

Формула изобретения

Печь для обогрева помещения, содержащая корпус, топку, колосниковую решетку, теплоаккумулирующий материал, уложенный между топкой и стенками корпуса, газоход, соединенный с топкой и дымовой трубой, водонагреватель, отличающаяся тем, что топка имеет форму усеченной пирамиды, геометрические параметры которой определяются соотношением

S_н/S_в=6; при а/b=1-1,5,

где s_н - площадь основания усеченной пирамиды топки - площадь колосниковой решетки;

s_в - площадь усечения пирамиды топки - площадь потолочной стенки топки;

Н, a, b - соответственно высота, ширина и длина усеченной пирамиды топки,

при этом выше места соединения стенок корпуса и топки выполнены отверстия для поступления и циркуляции холодного воздуха через теплоаккумулирующий материал, а водонагреватель выполнен в виде расположенной по периметру колосниковой решетки трубы, на которую установлена топка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бытовым нагревательным устройствам и может быть использовано для обогрева приусадебных бань, садовых домиков, частных домов без центрального отопления, теплиц, животноводческих помещений, передвижных строительных вагончиков и т.п.

Известна печь для бань, содержащая корпус, топку, колосниковую решетку, теплоаккумулирующую загрузку, дымовую трубу, газоход и водонагреватель (Патент РФ №2011121, МПК F 24 B 9/04, F 24 H 7/02, опубл. 15.04.1994).

Эта печь имеет следующие недостатки:

- неполное сгорание газообразных продуктов пиролиза твердого топлива в пространстве топки;

- большой расход топлива для получения требуемого результата;

- повышенная пожароопасность;

- недостаточная теплопередача радиационного тепла раскаленных продуктов горения аккумулирующему тепло материалу и, как следствие, продолжительное время прогрева помещения и аккумулирующего тепло материала;

- выброс в окружающую среду газообразных продуктов пиролиза твердого топлива, не подвергшихся сжиганию из-за конструктивных особенностей топки;

- большой расход конструкционных материалов для получения единицы мощности и, как следствие, громоздкость.

Известна также печь для бань, содержащая корпус, топку, колосниковую решетку, теплоаккумулирующую загрузку, газоход, соединенный с топкой и дымовой трубой, водонагреватель (патент РФ №2087806, МПК F 24 B 9/04, опубл. 20.08.1997).

Недостатки этой печи:

- неполное сгорание газообразных продуктов пиролиза твердого топлива в пространстве топки;

- большой расход топлива для получения требуемого результата;

- повышенная пожароопасность;

- недостаточная теплопередача радиационного тепла раскаленных продуктов горения аккумулирующему тепло материалу и, как следствие, продолжительное время прогрева помещения и аккумулирующего тепло материала;

- выброс в окружающую среду газообразных продуктов пиролиза твердого топлива, не подвергшихся сжиганию из-за конструктивных особенностей топки;

- большой расход конструкционных материалов для получения единицы мощности и, как следствие, громоздкость.

Задачи изобретения: обеспечение полного сгорания топлива в пространстве топки и максимальной теплопередачи тепла раскаленных продуктов горения аккумулирующему тепло материалу, повышение кпд печи, увеличение тепловой отдачи печи, снижение расхода топлива, исключение пожароопасности печи, снижение габаритов и металлоемкости печи.

Указанные задачи достигаются тем, что в печи для обогрева помещения, содержащей корпус, топку, колосниковую решетку, теплоаккумулирующую загрузку, газоход, соединенный с топкой и дымовой трубой, водонагреватель, согласно изобретению топка имеет форму усеченной пирамиды, геометрические параметры которой определяются соотношением:

S_Н/S_В=6, , при a/b=1-1,5,

где S_H - площадь основания усеченной пирамиды топки (площадь колосниковой решетки);

S_B - площадь усечения пирамиды топки (площадь потолочной стенки топки);

Н, a, b - соответственно высота, ширина и длина усеченной пирамиды (топки),

при этом стенки корпуса и усеченная пирамида топки образуют пространство для укладки аккумулирующего тепло материала, выше места соединения стенок корпуса и топки выполнены отверстия, а по периметру колосниковой решетки выполнен водяной контур, на который установлена топка.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана печь для обогрева помещений, вид сбоку в разрезе, на фиг.2 - то же вид спереди в разрезе, на фиг.3 - то же вид сверху в разрезе, на фиг.4 - вид В место соединения топки, корпуса, водяного контура и колосниковой решетки.

Печь для обогрева помещения содержит корпус 1, внутри которого установлена выполненная в форме усеченной пирамиды топка 2, ограниченная снизу колосниковой решеткой 3, по периметру которой выполнен водяной контур 4 в виде трубы, на которую установлена топка 2. Водяной контур соединен патрубками с баками для холодной и для горячей воды (на чертеже не показаны). Топка 2 состоит из боковых 5, передней 6, задней 7 и потолочной 8 стенок. В потолочной стенке 8 выполнен патрубок 9 для отвода газообразных продуктов сгорания топлива, на который одета труба 10. В патрубке 9 установлена заглушка 11. На передней стенке 12 корпуса 1 выполнены поддувальная 13 и топочная 14 дверцы. Задняя стенка 15, боковые стенки 16 и передняя стенка 12 корпуса 1 образуют пространство между усеченной пирамидой топки 2 и корпусом 1 для укладки аккумулирующего тепло материала 17 (речной галечник, песок, металлическая обрезь и т.п.). Между дном 18 корпуса 1 и колосниковой решеткой 3 расположено поддувало 19. Корпус 1 печи установлен на ножках 20. В боковых 16 и задней 15 стенках корпуса 1 в нижней его части, выше места соединения стенок корпуса и топки на 10-20 мм, выполнены отверстия 21 для поступления и циркуляции холодного воздуха через аккумулирующий тепло материал 17. Отверстия 21 позволяют быстрее достигать одновременного нагрева воды, аккумулирующего тепло материала 17 и помещения.

Работа печи осуществляется путем обычного сжигания дров или другого твердого топлива на колосниковой решетке 3, загружаемых в топку 2 через топочную дверцу 14. Время прогрева помещения (Т) зависит от объема помещения (V) и в среднем (при температуре парной t=60°С) составляет

для известных печей V=50 м³, t=60°С, Т=3 часа

для заявляемой печи V=50 м ³, t=60°С, Т=1,5 часа.

За это же время бак с холодной водой емкостью 80 литров, соединенный с водяным контуром 4 шлангами длиной 5 м, нагревается до 92°С. Водяной контур 4, выполненный по периметру колосниковой решетки 3, снимает температурное перенапряжение с нижней части топки и с колосниковой решетки, увеличивая тем самым срок их службы.

Известно, что горение твердого топлива происходит за счет его перехода в газообразную фазу под действием высоких температур (пиролиз), после чего, смешиваясь с кислородом воздуха (тоже газообразная фаза), оно быстро окисляется с выделением большого количества тепла. Этот процесс может почти полностью протекать в слое твердого топлива, не выходя за его пределы, и реализовывать оптимально экономичный (с точки зрения утилизации тепла) процесс горения. Для реализации оптимально экономичного процесса горения необходим ряд условий:

- прохождение через слой топлива избыточного кислорода;

- оптимальная толщина слоя твердого топлива (отклонения от нее ведут слой к режиму пиролиза газовой составляющей топлива и, как следствие, потери этой составляющей);

- поддержание оптимальной температуры горения слоя;

- достаточно высокая квалификация истопника.

Все малые печи работают в режиме газогенераторов, производящих не только тепло, но и газообразное топливо, которое улетает, как правило, в трубу, увеличивая тем самым:

- расход топлива;

- время прогрева помещения и аккумулирующего тепло материала;

- выбросы в окружающую среду газообразных продуктов пиролиза твердого топлива, не подвергшихся сжиганию;

- пожароопасность таких печей;

- расход конструкционных материалов для получения единицы мощности.

Произведенные маленькой топкой, имеющей постоянное по высоте сечение (площадь) с резким переходом в трубу, продукты пиролиза, поднимаясь над зеркалом горения твердого топлива и не провзаимодействовав с кислородом, остывают с резким увеличением плотности, что замедляет процесс горения (окисления) и создает застойные зоны, являющиеся теплоизолятором. Доходя до устья трубы, которая радиационно разогрета до температуры начала процесса горения газообразного топлива в смеси с воздухом, смесь начинает гореть в трубе и это лишь усугубляет недостатки маленьких топок. Для ликвидации горения смеси в трубе топка должна иметь переменное сечение, уменьшающееся с увеличением расстояния от зеркала горения. При этом важно соблюдать пропорции геометрических параметров топки. Геометрия топки, имеющая форму усеченной пирамиды, обусловлена задачей полнейшего сгорания топлива в пространстве топки и максимально возможной теплопередачей радиационного тепла раскаленных продуктов горения аккумулирующему тепло материалу, а также минимизацией аэродинамических застойных зон. С учетом этих и других физико-химических процессов горения топлива получены соотношения геометрических размеров топки, обуславливающие максимальные параметры:

S_H/S_B=6, , при a/b=1-1,5, где S_H - площадь основания усеченной пирамиды топки (площадь колосниковой решетки), S _B - площадь усечения пирамиды топки (площадь потолочной стенки топки), Н, a, b - соответственно высота, ширина и длина усеченной пирамиды (топки).

Преимущества заявляемого технического решения по сравнению с известными техническими решениями:

- время прогрева помещения в 2 раза меньше;

- удельное потребление топлива в 1,5-2 раза меньше;

удельное потребление топлива = общее потребление топлива для прогрева помещения/объем помещения;

- удельная мощность печи на 20-30% выше;

удельная мощность печи = мощность печи/вес печи (габариты);

- снижение выбросов продуктов пиролиза твердого топлива в 3-5 раз меньше.

Пространство между усеченной пирамидой топки 2 и стенками корпуса 1 с засыпанным в него аккумулирующим тепло материалом 17 увеличивает поверхность контакта аккумулирующего тепло материала и поверхности топки, обеспечивает необходимый температурный баланс (тепло уходит в аккумулирующий его материал, а не в трубу), позволяет снизить, а то и совсем исключить пожароопасность печи (аккумулирующий тепло материал забирает тепло и внешняя сторона стенки корпуса нагревается до пожаробезопасной температуры), позволяет в 2,5 раза быстрее нагреть сухим воздухом помещение и дольше сохранить тепло.

Дно корпуса печи исключает контакт продуктов горения с поверхностью пола помещения, повышая пожаробезопасность печи.