Теплогенератор “бізон”

Винахід відноситься до галузі теплоенергетики, а саме до пристроїв для обігріву приміщень. Відомий теплогенератор, який містить корпус у вигляді шестигранної призми, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу та зверху торцевими отворами, передню та задню стінки, перша з який споряджена дверцятами для завантаження палива і патрубком уводу повітря, друга споряджена патрубком відводу димових газів, а вн утрішній простір корпуса розподілений діафрагмою на топку та камеру допалювання з розташованими у ній трубками для подачі додаткового повітря [п. РФ №2035666, ΜПК F24B7/02, заявл. 18.12.1992р., опубл. 20.05.1995p.]. У відомому пристрої корпус виконаний у вигляді шестигранної призми, трубчасті теплообмінні елементи розміщені на поверхні двох дзеркально розташованих бічних стінок. Теплообмінні елементи виконані з двох, зістикованих під кутом відрізків труб, які з'єднуються в загальну поверхню за допомогою металевих смуг. Така конструкція корпуса має низьку стійкість при експлуатації, а його виготовлення вимагає складних технологічних операцій. Наявність у топковому просторі єдиної перегородки (діафрагми) не забезпечує формування спрямованого потоку пічних газів у топковому просторі теплогенератора. Це призводить до збоїв у процесі роботи пристрою, що знижує його експлуатаційну надійність. Найбільш близьким за технічною суттю та технічним результатом, що досягається, є теплогенератор, який містить корпус у виді тригранної призми, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу та зверху торцевими отворами, передню та задню стінки, перша з який споряджена дверцятами для завантаження палива та патрубком уводу повітря, друга споряджена патрубком відводу димових газів, а внутрішній простір корпуса розділений діафрагмою на топку та камеру допалювання з розташованими в ній перегородкою та трубками для подачі додаткового повітря, які складаються з горизонтальної та вертикальної частин [патент України №37024А, МПК F24B7/02, заявл. 10.03.2000р., опубл. 16.04.2001p.]. Відомий пристрій характеризується низькою експлуатаційною надійністю. У відомому пристрої діафрагма встановлена з зазором між бічними стінками, а в камері допалювання розташовані декілька перегородок. Таке розташування елементів сприяє формуванню лабіринтового каналу для проходження пічних газів, який має високий аеродинамічний опір. При зміні режимів роботи теплогенератора, викликаних різними температурними режимами в топці, зміною зовнішніх кліматичних умов, виду палива, то що, порушується стабільність аеродинаміки потоку пічних газів, в результаті чого спостерігається підсос димових газів у середовище, що нагрівається. Це знижує експлуатаційну надійність пристрою. Крім того, діафрагма та перегородки у відомому пристрої виконані плоскими. При впливі високих температур вони зазнають зміни як лінійних розмірів, так і формотворних параметрів. У зв'язку з різним коефіцієнтом термічного розширення матеріалів, з яких виконані перегородки та діафрагма, спостерігається різний ступінь їх деформації. Це викликає як звуження, так і зміну форми газовідводящих каналів у пічному просторі пристрою, що приводить до порушення нормального процесу горіння в топковому просторі, а в цілому - до зниження експлуатаційної надійності пристрою. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції теплогенератора, при якій нова форма виконання окремих елементів та нові взаємозв'язки між ними дозволяють стабілізувати аеродинаміку пічних газів, які рухаються в топковому просторі, завдяки чому забезпечується висока експлуатаційна надійність пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому теплогенераторі, який містить корпус у вигляді тригранної призми, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу та зверху торцевими отворами, передню та задню стінки, перша з який споряджена дверцятами для завантаження палива і патрубком уводу повітря, др уга споряджена патрубком відводу димових газів, а внутрішній простір корпуса розділений діафрагмою на топку та камеру допалювання з розташованими в ній перегородкою та трубками для подачі додаткового повітря, які складаються з горизонтальної та вертикальної частин, новим відповідно до винаходу є те, що діафрагма та перегородка виконані сідлоподібної форми, причому кут нахилу граней, які утворюють поверхню діафрагми та перегородки, складає 130-160°. Крім того, новим є також те, що діафрагма розділяє внутрішній простір корпуса при співвідношенні обсягів порожнин 1:(2-3). Новим також є і те, що перегородка торцевими краями сполучена з бічними поверхнями корпуса, а також те, що вертикальна частина трубок для подачі додаткового повітря розташована на зовнішній боковій поверхні теплогенератора. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак і технічним результатом, що досягається, полягає в такому. Виконання діафрагми перегородки сідлоподібної (V-подібної) форми в сукупності з іншими суттєвими ознаками дозволить забезпечити оптимальну аеродинаміку газоподібних продуктів згоряння в топковому просторі теплогенератора при різних температурних режимах процесу горіння в топці. При нагріванні діафрагми та перегородки сідлоподібної форми процеси зміни їх лінійних та формотворних параметрів мають диференційований характер, при якому мають місце взаємно протилежні напрямки векторів деформуючих навантажень. При цьому відбувається часткове гасіння деформуючих зусиль. Завдяки цьому вищевказані елементи зазнають значно меншої деформації. Таким чином, максимально зберігається первісний обсяг та форма газовідводящих каналів у топковому просторі теплогенератора. Експериментально встановлено, що виконання діафрагми та перегородки сідлоподібної форми при розташуванні діафрагми сполученої бічним стінкам корпуса та наявності перегородки в камері допалювання дозволяє сформувати аеродинамічний канал для руху продуктів згоряння в топковому просторі з мінімальним опором. Це дозволяє здійснити процес горіння в топці в оптимальних умовах при різних температурних режимах, обумовлених зовнішніми кліматичними умовами, видом палива та іншими, і, таким чином, забезпечити високу експлуатаційну надійність у роботі пристрою. Експериментально також встановлено, що розташування граней, які утворюють діафрагму та перегородку, під кутом 130-160°, забезпечує їх мінімальну температурну деформацію, а поділ топкового простору діафрагмою на простори зі співвідношенням 1:(2-3) поліпшує процес згоряння палива та збільшує тепловіддачу в навколишнє середовище. Установка перегородки, торцеві грани якої сполучені з бічною поверхнею корпуса, дозволяє здійснити спрямований рух пічних газів у камеру допалювання, що підвищує тепловіддачу в навколишнє середовище. Розміщення вертикальної частини трубки для подачі додаткового повітря на зовнішній боковій поверхні генератора полегшує процес очищення внутрішнього каналу трубки. На Фіг.1 показаний теплогенератор, вид спереду з центральним розрізом, на Фіг.2 - розріз по А-А на Фіг.1. Теплогенератор містить корпус 1, виконаний у вигляді правильної тригранної призми. Уздовж бічних стінок на внутрішній поверхні корпуса 1 розташовані трубчасті теплообмінні елементи 2, верхні торці яких сполучені, а нижні розміщені на рівні верхнього торця основи 3 корпуса 1. Теплообмінні елементи 2 виконані з прямолінійних відрізків металевих труб та мають переріз у формі багатокутника або кола. На передній стінці 4 розміщені дверцята 5 для завантаження палива, а також патрубок 6 із заслінкою 7 для подачі повітря. На задній стінці 8 розміщений патрубок 9. У внутрішньому просторі корпуса 1 на передній стінці 4 розміщена діафрагма 10, яка поділяє зазначений простір на камеру 11 допалювання пічних газів та топку 12 при співвідношенні їх просторів, яке дорівнює 1:2. Простори сполучаються між собою з боку задньої стінки 8. Діафрагма 10 виконана з товстолистової низьколегованої або вуглецевої сталі і закріплена на передній стінці 4 так, що її торці сполучені з бічними стінками корпуса 1. Довжина діафрагми складає 0,6-0,8 від довжини пічного простору. У камері 11 допалювання на задній стінці 8 закріплена перегородка 13, виконана з тонколистової вуглецевої сталі, довжина якої складає 0,7-0,9 довжини пічного простору. Діафрагма 10 та перегородка 13 мають різну товщин у та виконані з двох плоских граней, розташованих під кутом 140°. Між діафрагмою 10 та перегородкою 13 утворюються три порожнини, що формують наскрізний канал для руху пічних газів у напрямку до вихідного патрубка 9 відводу газу в атмосферу. У камері 11 допалювання над вільним кінцем діафрагми 10 та перегородкою 13 розміщені горизонтальні частини металевих тр убок 14 для подачі додаткового повітря, в яких виконані прорізи 15. Вертикальні частини трубок 14 розміщені на зовнішній боковій поверхні теплогенератора. Теплогенератор працює таким чином. Встановлюють теплогенератор на горизонтальну площадку, відкривають дверцята 5 та завантажують у топку 12 тверде паливо, наприклад, дрова, деревні відходи та ін. Заслінку 7 патрубка 6 встановлюють у максимальне відкрите положення та підпалюють паливо. Режим оптимального горіння підбирають експериментально за допомогою заслінки 7 в залежності від зовнішніх кліматичних умов, типу і якості палива. В процесі горіння палива пічні гази, які утворюються в топці 12, попадають у камеру 11 допалювання через зазор між діафрагмою 10 і задньою стінкою 8. Потім вони проходять через канал, який утворений діафрагмою 10, перегородкою 13 та бічними стінками корпуса 1, і далі виходять в атмосферу через патрубок 9. Під час руху пічних газів по камері 11 допалювання через прорізи 15, які виконані в трубках 14, подають додаткове повітря для допалювання компонентів неповного згоряння палива в топці 12. В процесі згоряння палива нагріваються теплообмінні елементи 2. При цьому повітря, що рухається по теплообмінних елементах 2, нагрівається за рахунок конвекційного тепла, та попадає в опалюване приміщення. Одночасно холодне або більш нагріте повітря надходить до порожнини теплообмінних елементів 2 з нижньої сторони. Таким чином, здійснюється постійне нагрівання повітря в порожнинах теплообмінних елементів 2 з подачею його в опалюване приміщення. Теплогенератор виконується з матеріалів, наприклад вуглецевої сталі та частково з низьколегованої сталі і чавуна, тощо, які випускаються вітчизняною промисловістю, а також із застосуванням загальнодоступних технологічних операцій: лазерного та аргонного зварювання, різки. Експлуатація пристрою здійснюється на доступному в різних кліматичних умовах паливі, наприклад, дерево, картон, відходи деревообробної промисловості, що забезпечує його промислову застосовність.