Теплогенератор “бізон-1″

Винахід відноситься до області теплоенергетики, зокрема до пристроїв для одержання тепла, і може бути використаний для обігріву приміщення. Відомий теплогенератор, що містить корпус, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу і зверху торцевими отворами, передню і задню стінки, перша з яких споряджена дверцятами для завантаження палива і патрубком уведення повітря, друга споряджена патрубком відводу димових газів, а внутрішній обсяг корпуса розділений діафрагмою на топку і камеру допалювання з розташованими в ній трубками для подачі додаткового повітря [п. РФ №2035666, Μ. Кл. F24B7/02, заявл 18.12.1992р., опубл. 20.05.1995p.]. У відомому пристрої корпус теплогенератора виконаний у виді шестигранної призми. Теплообмінні елементи виконані із зістикованих під кутом відрізків труб, які з'єднуються в загальну поверхню за допомогою металевих дуг. Теплообмінні елементи встановлені на двох дзеркально розташованих бічних стінках. Недоліком відомого пристрою є невисокий коефіцієнт корисної дії через відносно високу температуру зовнішньої поверхні теплогенератора, особливо в місцях з'єднання теплообмінних елементів металевими дугами. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є теплогенератор, що містить корпус, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу і зверху торцевими отворами, передню і задню стінки, перша з який споряджена дверцятами для завантаження палива і патрубком уведення повітря, друга споряджена патрубком відводу димових газів, а внутрішній обсяг корпуса розділений діафрагмою на топку і камеру допалювання з розташованими в ній перегородкою і трубками для подачі додаткового повітря [патент України №37024А, М. Кл. F24B7/02, заявл. 10.03.2000р., опубл. 16.04.2001p.]. У відомому пристрої корпус теплогенератора виконаний у вигляді тригранної призми. Теплообмінні елементи, встановлені на внутрішній поверхні бічних стінок корпуса, мають невелику теплообмінну поверхню, у результаті чого неможливо одержати досить ефективного добору тепла з топкового простору теплогенератора. Зовнішня поверхня теплогенератора і вихідні димові гази мають високу температуру, у результаті чого відбувається часткова втрата тепла. Крім того, у верхній частині камери допалювання формується застійна зона, у якій не здійснюється повне згоряння продуктів низькотемпературного розкладання, що надходять з топки, палива. Внаслідок цього відомий пристрій характеризується зниженою ефективністю перетворення енергії палива, що спалюється, у конвекційний потік енергії теплого повітря, що проходить через теплообмінні елементи. Це приводить до зниження ККД пристрою і низкою продуктивності нагрітого повітря. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції теплогенератора, при якій нове конструктивне виконання окремих вузлів теплогенератора і введення нових елементів приводять до збільшення коефіцієнта перетворення радіаційної складової грубних газів у конвективну складову теплового потоку повітря, що проходить через теплообмінні елементи, що забезпечує збільшення ККД пристрою і підвищення теплової продуктивності нагрітого повітря. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому теплогенераторі, що містить корпус, на внутрішній поверхні бічних стінок якого встановлені трубчасті теплообмінні елементи з відкритими знизу і зверху торцевими отворами, передню і задню стінки, перша з який постачена дверцятами для завантаження палива і патрубком уведення повітря, друга постачена патрубком відводу димових газів, а внутрішній обсяг корпуса розділений діафрагмою на топку і камеру допалювання з розташованими в ній перегородкою і трубками для подачі додаткового повітря, відповідно до винаходу, новим є те, що корпус теплогенератора виконаний у вигляді усіченої тригранної призми, а вздовж його центральної подовжньої площини вертикально встановлені додаткові трубчасті теплообмінні елементи, передня стінка теплогенератора споряджена другими дверцятами, розміщеними відносно перших симетрично вертикальній осі стінки. Крім того, новим є те, що додаткові теплообмінні елементи, встановлені уздовж центральної подовжньої площини корпуса, розміщені з зазором один до одного, а також те, що діафрагма і перегородка виконані сідлоподібної форми. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак і результатом, що досягається, полягає в такому. Пропонована конструкція виконання теплогенератора із сукупністю істотних ознак, що заявляється, поперше, дозволяє сформувати додаткові канали для вільноконвективного потоку нагрітого повітря, тим самим збільшуючи ефективну площу прохідного перетину, по-друге, забезпечити повноту допалювання продуктів низькотемпературного розкладання палива, по-третє, підсилити конвекцію в каналах теплообмінної поверхні і збільшити площу теплообмінної поверхні. Виконання корпуса теплогенератора у вигляді усіченої тригранної призми, а також розташування додаткових теплообмінних елементів вздовж центральної подовжньої площини корпуса в сукупності з іншими істотними ознаками дозволяє також оптимізувати умови для підсмоктування повітря в корпус знизу і розгалуження ліній струму в корпусі, а також додатково акумулювати тепло з більш нагрітої центральної частини топкової камери. Установка додаткових теплообмінних елементів із зазором друг щодо друга, а також спорядження передньої стінки корпуса додатковими дверцятами дозволяє керувати спрямованим рухом грубних газів у топковому просторі, оптимізувати потоки ентальпії (температури) нагрітого повітря, забезпечуючи маневреність режиму в роботі і досягнення необхідних параметрів повітря без втручання в процеси горіння. Це дозволяє підвищити ККД пристрою та продуктивність нагрітого повітря. Виконання діафрагми і перегородки сідлоподібної форми забезпечує формування газовивідних каналів пічного простору з найменшим гідравлічним опором і з мінімальною температурною деформацією діафрагми і перегородки. На Фіг.1 показаний теплогенератор, вид попереду з центральним розрізом, на Фіг.2 - розріз по А-А на Фіг.1. Теплогенератор містить корпус 1, виконаний у вигляді усіченої тригранної призми. Уздовж бічних стінок на внутрішній поверхні корпуса 1, а також уздовж його подовжньої центральної площини встановлені теплообмінні елементи 2, верхні торці яких розміщені в отворах, виконаних у верхній стінці корпуса 1. Нижні торці розміщені в отворах, виконаних у основі 3 корпуса 1. Теплообмінні елементи 2 виконані з прямолінійних металевих труб і мають перетин у формі багатокутника або кола. Додаткові теплообмінні елементи 2, встановлені уздовж подовжньої центральної площини корпуса, розміщені один відносно одного з зазором і можуть бути встановлені в декілька рядів, наприклад, у 1-3 ряди. На передній стінці 4 корпуса 1 розміщені дверцята 5 для завантаження палива, споряджені патрубками 6 із заслінками 7 для подачі повітря. На задній стінці 8 розміщений патрубок 9 відводу димових газів. У внутрішньому просторі корпуса 1 на передній стінці 4 розміщена діафрагма 10, яка поділяє зазначений простір на топку 11 і камеру 12 допалювання пічних газів. Об’єми 11, 12 з'єднуються між собою з боку задньої стінки 8. Діафрагма 10 виконана з товстолистової низьколегованої або вуглецевої сталі і закріплена на передній стінці 4. Довжина діафрагми 10 складає 0,6-0,8 від довжини пічного простору. У камері 12 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 і перегородка 13 виконані з двох граней, розташованих під кутом 140° Між діафрагмою 10 і перегородкою 13 утворюються три порожнини, які формують наскрізний канал для руху пічних газів у напрямку до вихідного патрубка 9 відводу димових газів. У камері 12 допалювання над вільним кінцем діафрагми 10 і перегородкою 13 установлені металеві трубки 14 для подачі додаткового повітря. Вздовж трубок 14 виконані прорізи 15. Теплогенератор працює таким чином. Встановлюють теплогенератор на горизонтальну площадку, відкривають дверцята 5 і завантажують у топку 11 тверде паливо, наприклад, дрова або деревні відходи та ін. Заслінки 7 патрубків 6 встановлюють у максимально відкрите положення і підпалюють паливо. Режим оптимального горіння підбирають експериментально за допомогою заслінок 7 в залежності від зовнішніх кліматичних умов, типу і якості палива. У процесі горіння палива пічні гази, які утворюються в топці 11, попадають до камери 12 допалювання через зазор між діафрагмою 10 та задньою стінкою 8. Потім вони проходять через канал, утворений діафрагмою 10, перегородкою 13 і бічними стінками корпуса 1, і потім виходять в атмосферу через патрубок 9. Під час руху грубних газів по камері 12 допалювання через прорізи 15, виконані в трубках 14, подають додаткове повітря для допалювання компонентів неповного згоряння палива в топці 11. У процесі згоряння палива нагріваються теплообмінні елементи 2. При цьому повітря, яке рухається по теплообмінних елементах 2, нагрівається за рахунок конвекційного тепла, і попадає до опалюваного 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 опалювальне приміщення. Теплогенератор виконується з матеріалів, наприклад вуглецевої і частково низьколегованої сталі, чавуна і т.д., які випускаються вітчизняною промисловістю, а також із застосуванням загальнодоступних технологічних операцій: зварювання, різання. Експлуатація пристрою здійснюється на доступному в різних кліматичних умовах паливі, наприклад, дерево, картон, відходи деревообробної промисловості.