ОТОПИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к устройствам для обогрева помещений, в частности к отопительным устройствам с внутренними воздуховодами, и может применяться с использованием твердого топлива, преимущественно дров.

Известно устройство для воздушного обогрева помещений по патенту РФ на изобретение 2134844, МПК F24 B5/06, F24B 7/02, опубл. 20.08.1999, содержащее корпус, образованный передней, задней, верхней, боковыми стенками и подом и размещенными в нем перекрещивающимися теплообменными трубами, колосниковую решетку, зольник с дверцей. Внутренний объем корпуса разделен перегородкой на две сообщающиеся полости - топливник и газоходную камеру.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы. Это объясняется неудачным расположением теплообменных труб, которые почти не омываются пламенем, а нагрев их происходит в основном в газоходной камере. Кроме того, встречное расположение труб, при котором верхние участки труб перекрещиваются, не позволяет установку труб в ряду с зазором, меньшим диаметра трубы, что также снижает поверхность теплообмена и соответственно теплоотдачу.

Известно устройство для воздушного обогрева помещений по патенту РФ на полезную модель 82821, МПК F24B 5/06, F24B 7/02, опубл. 20.10.2008, содержащее корпус, топку, люк дымохода, колосниковую решетку, прямые воздуховоды, выполненные в виде труб с открытыми торцами, сообщающимися с атмосферным воздухом, установленные вдоль задней и выступающей части передней стенок внутри корпуса, причем торцы прямых воздуховодов, расположенных у задней стенки, жестко закреплены в отверстиях донной и верхней частей корпуса, а торцы прямых воздуховодов, расположенных у передней стенки, жестко закреплены в отверстиях верхней плоскости корпуса и дна выступающей верхней части корпуса. Вдоль боковых стенок корпуса в шахматном порядке расположены изогнутые воздуховоды с открытыми торцами, сообщающимися с атмосферным воздухом, при этом торцы их прямой части жестко закреплены в отверстиях днища корпуса, а противоположные торцы изогнутой части жестко закреплены в отверстиях противолежащих верхних частей боковых стенок корпуса. Перекрещивающиеся верхние части образуют топочную камеру, состоящую двух зон: нижней - топки, снабженной дверцей на передней стенке корпуса, и верхней зоны топочной камеры. Устройство снабжено верхними и нижними экранами, образующими газоходные каналы.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы. Это объясняется перекрещивающимся расположением теплообменных труб, которые не эффективно омываются пламенем, что снижает теплообмен в топке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототипом - является отопительное устройство по патенту РФ на изобретение 2242679 F24B 5/06, F24B 7/02, 20.12.2004, состоящее из корпуса, имеющего боковые, заднюю и передние стенки, крышку и днище, а также колосниковой решетки, зольника, зольного ящика, дверцы топочной камеры, дымохода, газонаправляющих щитков и конвективных труб, расположенных внутри корпуса рядами вдоль боковых стенок и герметично закрепленных нижними торцами в отверстиях днища, а верхними торцами - в отверстиях наклонных частей крышки. Конвективные трубы расположены так, что их верхние части перекрещиваются, формируя свод топочной камеры. Кроме боковых имеются также передние и задние конвективные трубы.

Устройство имеет тот же недостаток, что и предыдущее - встречное расположение труб, при котором верхние участки труб перекрещиваются, не позволяет установку труб в ряду с зазором, меньшим диаметра трубы, что ограничивает эффективность работы устройства из-за недостаточной поверхности теплообмена.

Так же как и в предыдущем устройстве, сложная геометрия боковых конвективных труб, требующая гибки в двух не перпендикулярных плоскостях, приводит к высокой трудоемкости их изготовления и установки в корпусе устройства.

Трудоемок и процесс сборки и сварки передних и задних стенок и подгонки их к боковым стенкам и крышке из-за угловой стыковки граней и большой длины сварных швов.

Задачей изобретения является оптимизация конструкции отопительного устройства и повышение эффективности его работы.

Техническим результатом, достигаемым данным изобретением, является увеличение площади теплообмена и снижение трудоемкости изготовления деталей, входящих в устройство, и его сборки.

Указанный технический результат достигается тем, что отопительное устройство по варианту 1, содержащее корпус, образованный днищем, боковыми, передней, задней и верхней стенками; дымоход, расположенный в верхней части корпуса; колосниковую решетку, установленную в днище корпуса; зольник с зольным ящиком, расположенные под колосниковой решеткой; верхние и нижние газонаправляющие щитки; трубки для подачи вторичного воздуха; вдоль боковых стенок внутри корпуса расположены изогнутые конвективные трубы, разделяющие топочное пространство на топку и верхнюю зону, конвективные трубы открытыми торцами сообщаются с атмосферным воздухом, при этом нижние торцы труб герметично закреплены в отверстиях днища корпуса, а верхние торцы конвективных труб герметично закреплены в наклонных частях боковых стенок, согласно формуле изобретения боковые стенки корпуса в нижней части выполнены вертикальными, в средней части - вогнутыми внутрь, образующими зауженную область корпуса, а верхние части боковых стенок выполнены наклонными и соединены с верхней стенкой, передняя и задняя стенки корпуса выполнены плоскими, дополнительно содержит конвективные экраны, расположенные снаружи корпуса и закрепленные на его боковых, передней и задней стенках, зольный ящик выполнен с возможностью герметичного закрывания и передняя его стенка оснащена, по меньшей мере, одним шибером регулировки подачи воздуха, установленные, по меньшей мере, в один ряд вдоль боковых стенок, гнутые в одной плоскости конвективные трубы выполнены с прямыми и криволинейными участками, сближающимися в зауженной области корпуса, образуя свод топки, и расходящимися в верхней части корпуса, образуя верхнюю зону, на всем протяжении трубы повторяют геометрию вогнутых боковых стенок корпуса и эквидистантны им или близко к этому, при этом нижние и верхние торцы каждой из труб находятся по одну сторону печи, верхние газонаправляющие щитки представляют собой согнутую под углом пластину с отверстиями по линии гиба.

Технический результат достигается также благодаря тому, что конвективные экраны выполнены составными и П-образными. Конвективные трубы установлены вдоль боковых стенок в шахматном порядке.

Указанный технический результат достигается тем, что отопительное устройство по варианту 2, содержащее корпус, образованный днищем, боковыми, передней, задней и верхней стенками; дымоход, расположенный в верхней части корпуса; колосниковую решетку, установленную в днище корпуса; зольник с зольным ящиком, расположенные под колосниковой решеткой; верхние и нижние газонаправляющие щитки; трубки для подачи вторичного воздуха; вдоль боковых стенок внутри корпуса расположены изогнутые конвективные трубы, разделяющие топочное пространство на топку и верхнюю зону, конвективные трубы с открытыми торцами сообщаются с атмосферным воздухом, при этом нижние торцы труб герметично закреплены в отверстиях днища корпуса, а верхние торцы конвективных труб герметично закреплены в наклонных частях боковых стенок, согласно формуле изобретения установленные, по меньшей мере, в один ряд вдоль боковых стенок, гнутые в одной плоскости конвективные трубы выполнены с прямыми и криволинейными участками, сближающимися к средней плоскости корпуса, образуя свод топки, и расходящимися в верхней части корпуса, образуя верхнюю зону, при этом нижние и верхние торцы каждой из труб находятся по одну сторону печи, боковые стенки корпуса выполнены плоскими с наклонной верхней частью и соединены с верхней стенкой, передняя и задняя стенки корпуса выполнены плоскими, дополнительно содержит конвективные экраны, расположенные снаружи корпуса и закрепленные на его боковых, передней и задней стенках, зольный ящик выполнен с возможностью герметичного закрывания и передняя его стенка оснащена, по меньшей мере, одним шибером регулировки подачи воздуха, верхние газонаправляющие щитки представляют собой согнутую под углом пластину с отверстиями по линии гиба. Указанный технический результат достигается также благодаря тому, что конвективные экраны выполнены составными и П-образными. Конвективные трубы установлены вдоль боковых стенок в шахматном порядке.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

В отопительном устройстве по варианту 1 установка боковых конвективных экранов позволяет повысить конвективный теплообмен от наиболее нагреваемых частей боковых стенок корпуса. Установка переднего и задних конвективных экранов позволяет увеличить теплообмен от передней и задней стенок корпуса. Траектория конвективных труб и геометрия боковых стенок подобрана так, чтобы максимально повысить эффективность теплообмена пламени со стенками труб, что повышает температуру и скорость проходящего по трубам воздуха. Кроме того, данная траектория труб позволяет установить в ряду большее их количество с минимальным зазором по сравнению с прототипом при одних и тех же размерах корпуса отопительного устройства. Возможен также вариант установки несколько рядов труб вдоль каждой боковой стенки, возможна установка труб в шахматном порядке. Эквидистантное расположение конвективных труб и боковых стенок создает лабиринтный поток пламени и газов на всем протяжении труб. Все перечисленные признаки способствуют повышению теплообмена в отопительном устройстве и, следовательно, повышению его КПД,

Выполнение зольного ящика с возможностью герметичного закрывания и оснащенного одним или несколькими шиберами позволяет регулировать величину притока воздуха в топочную камеру при разных режимах работы отопительного устройства, что также повышает эффективность его работы.

Траектория конвективной трубы предложенного устройства, в отличие от аналогичной прототипа, лежит в одной плоскости, что облегчает изготовление трубы.

Выполнение передней и задней стенок корпуса плоскими упрощает процесс сборки и сварки устройства.

Установка верхних и нижних газонаправляющих щитков удлиняет путь топочных газов, замедляя их движение. Выполнение отверстий в верхнем газонаправляющем щитке по линии гиба позволяет облегчить розжиг отопительного устройства и его очистку от сажи.

В отопительном устройстве по п.2 установка боковых конвективных экранов позволяет повысить конвективный теплообмен от наиболее нагреваемых частей боковых стенок корпуса. Установка переднего и задних конвективных экранов позволяет увеличить теплообмен от передней и задней стенок корпуса. Траектория конвективных труб и их геометрия подобрана так, чтобы максимально повысить эффективность теплообмена пламени со стенками труб, что повышает температуру и скорость проходящего по трубам воздуха. Кроме того, данная траектория труб позволяет установить большее их количество по сравнению с прототипом при одних и тех же размерах корпуса отопительного устройства. Возможен также вариант установки несколько рядов труб вдоль каждой боковой стенки, возможна установка труб в шахматном порядке. Выполнение боковых стенок плоскими повышает технологичность изготовления устройства. Выполнение зольного ящика с возможностью герметичного закрывания и оснащенного одним или несколькими шиберами позволяет регулировать величину притока воздуха в топочную камеру при разных режимах работы отопительного устройства, что также повышает эффективность его работы.

Траектория конвективной трубы предложенного устройства, в отличие от аналогичной прототипа, лежит в одной плоскости, что облегчает изготовление трубы.

Выполнение передней и задней стенок корпуса плоскими упрощает процесс сборки и сварки устройства.

Установка верхних и нижних газонаправляющих щитков удлиняет путь топочных газов, замедляя их движение. Выполнение отверстий в верхнем газонаправляющем щитке по линии гиба позволяет облегчить розжиг отопительного устройства и его очистку от сажи.

Сущность заявляемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где показано по первому варианту изобретения:

на фиг.1 - вид спереди; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - разрез А-А; на фиг.4 - схема расположения отверстий в днище с шахматным расположением конвективных труб по первому и второму варианту изобретения;

по второму варианту изобретения:

на фиг.5 - вид спереди; на фиг.6 - вид сверху; на фиг.7 - поперечный разрез А-А.

По первому варианту изобретения отопительное устройство состоит из корпуса 1, имеющего боковые 2, заднюю 3, переднюю 4, верхнюю 5 стенки и днище 6, а также колосниковой решетки 7, зольника 8, зольного ящика 9, дверцы 10, дымохода 11 с заслонкой (поз. не обозначена), верхних газонаправляющих щитков 12. В корпусе 1 вдоль боковых стенок 2 герметично закреплены в отверстиях днища 6 и в отверстиях наклонной части боковых стенок 2 конвективные трубы 13, имеющие вертикальные и наклонные прямолинейные участки, а также радиусные участки (поз. не обозначены). Трубы 13 разделяют топочное пространство на топку 14 и верхнюю зону 15. Внутреннее пространство труб 13 сообщается с окружающим пространством как в нижних их торцах, так и в верхних. Количество и расположение труб 13 определяется расчетами и опытно-конструкторскими испытаниями и зависит от типоразмера устройства. На наружной поверхности задней стенки 3 корпуса 1 установлен составной конвективный экран 16. Для дожигания газообразных продуктов горения под сводом топки 14 установлена трубка 17 для подачи вторичного воздуха из внутреннего пространства заднего конвективного экрана 16. Дымоход 11 с поворотной заслонкой (поз. не обозначена) установлен в отверстии верхней стенки 5. На передней стенке 4 корпуса 1, над дверцей 10 установлен передний составной конвективный экран 18. Повторяя форму зауженной области 19, на боковых стенках 2 корпуса 1 крепятся боковые конвективные экраны 20. Колосниковая решетка 7, выполненная из элементов 21, устанавливается на уголок (поз. не обозначена) зольника 8 и заднюю площадку (поз. не обозначена) днища 6 корпуса 1. Передняя стенка зольного ящика 22 выполнена с возможностью герметизации зольного ящика 9 и оснащена одним или несколькими шиберами 23 подачи воздуха. Дверца 10 имеет окно, закрытое прозрачным огнеупорным стеклом 24. Верхние газонаправляющие щитки 12 располагаются в верхней зоне 15 над конвективными трубами 13 и имеют отверстия 26, а нижние газонаправляющие щитки 25 располагаются под сводом топки.

По второму варианту изобретения отопительное устройство состоит из корпуса 1, имеющего боковые 2, заднюю 3, переднюю 4, верхнюю 5 стенки и днище 6, а также колосниковой решетки 7, зольника 8, зольного ящика 9, дверцы 10, дымохода 11 с заслонкой (поз. не обозначена), верхних газонаправляющих щитков 12 и нижних газонаправляющих щитков 19. В корпусе 1 вдоль боковых стенок 2 герметично закреплены в отверстиях днища 6 и в отверстиях наклонной части боковых стенок 2 конвективные трубы 13, имеющие вертикальные и наклонные прямолинейные участки, а также радиусные участки (поз. не обозначены). Трубы 13 разделяют топочное пространство на топку 14 и верхнюю зону 15. Внутреннее пространство труб 13 сообщается с окружающим пространством как в нижних их торцах, так и в верхних. Количество и расположение труб 13 определяется расчетами и опытно-конструкторскими испытаниями и зависит от типоразмера устройства. На наружной поверхности задней стенки 3 корпуса 1 установлен составной конвективный экран 16. Для дожигания газообразных продуктов горения под сводом топки 14 установлена трубка 17 для подачи вторичного воздуха из внутреннего пространства заднего конвективного экрана 16. Дымоход 11 с поворотной заслонкой (поз. не обозначена) установлен в отверстии верхней стенки 5. На передней стенке 4 корпуса 1, над дверцей 10 установлен передний составной конвективный экран 18. На боковых стенках 2 корпуса 1 крепятся боковые конвективные экраны 20. Колосниковая решетка 7, выполненная из элементов 21, устанавливается на уголок (поз. не обозначена) зольника 8 и заднюю площадку (поз. не обозначена) днища 6 корпуса 1. Передняя стенка зольного ящика 22 выполнена с возможностью герметизации зольного ящика 9 и оснащена одним или несколькими шиберами 23 подачи воздуха. Дверца 10 имеет окно, закрытое прозрачным огнеупорным стеклом 24. Верхние газонаправляющие щитки 12 располагаются в верхней зоне 15 над конвективными трубами 13 и имеют отверстия 26, а нижние газонаправляющие щитки 19 располагаются под сводом топки 14.

Отопительное устройство по первому и второму варианту работает следующим образом.

Устройство устанавливают на горизонтальной площадке из несгораемого материала, к дымоходу 11 подсоединяют дымовую трубу высотой от 2 до 5 метров.

Растопку устройства осуществляют стандартным способом: на колосниковую решетку 7 укладывают растопочный материал, поджигают его, дверцу 10 закрывают и шибером (шиберами) 23 открывают доступ воздуха в топку 14. Заслонку дымохода 11 полностью открывают. После того как растопочный материал разгорелся и установилась тяга, в топку 14 укладываются дрова или другой вид твердого топлива, дверцу 10 закрывают и шиберами 23 добавляют приток воздуха.

Языки пламени и газообразные продукты сгорания топлива, соприкасаясь со стенками конвективных труб 13 и стенками корпуса 1, нагревают их, при этом нагревается воздух, поднимающийся по трубам и вдоль конвективных экранов, обогревая помещение.

Наблюдение за процессом горения ведут через прозрачное окно 24 дверцы 10. По мере сгорания топлива в топочную камеру 14 добавляют новые его порции. При необходимости проводят регулировку подачи воздуха в топку 14 шиберами 23.

После растопки и разогрева наружных поверхностей устройство переводят в режим тления, уменьшая подачу воздуха шиберами 23 и прикрывая заслонку дымохода 11. При этом режиме газообразные продукты неполного сгорания, поднимаясь к своду топки, дожигаются с помощью насыщенного кислородом вторичного воздуха, поступающего через трубку 17 из заднего конвективного экрана 15.

Устройство имеет простую в изготовлении и надежную в эксплуатации конструкцию.

Благодаря реализации совокупности признаков, описанных в предлагаемом техническом решении, обеспечивается повышение технологичности изготовления, повышение КПД устройства и снижение трудозатрат на его изготовление.