Паливна піч “наталі”

Паливна піч, яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажу вальний люк із кришкою, зольник із люком для вилучення продуктів згорання і теплообмінник, сполучений з димовсмоктувачем, яка відрізняється тим, що топка має отвори, зольник з'єднаний патрубком з теплообмінником і має відбивач, розташований під колосниками, причому у корпусі зольника, напроти відбивача, виконані вхідні отвори для подання підігрітого повітря. Корисна модель має відношення до печей, а саме до побутових печей для твердого палива та може бути використаний при будуванні житлових приміщень. Загальновідомо, що процес спалювання твердого палива схематично можна описати за такою схемою. При горінні твердого палива відбуваються процеси: окислювання вуглецю з виділянням тепла; нагрівання вологи (у дровах вологи міститься до 40%) до кипіння та випарування з поглинанням тепла; нагрівання смолистих речовин у твердому паливі та випарування з поглинанням тепла, їх горіння з виділянням тепла; процес створення угарного газу (СО) при проходженні вуглекислого газу (СОг) крізь розігрітий вуглець (С) із поглинанням тепла, а також інші фізико-хімічні процеси, на розбиранні яких не будемо зупинятись. Опишемо ці процеси у такому вигляді: Реакція окислювання вуглецю 2С+О2=СО2+96700кал. (1). Утворення угарного газу СО2+С=2СО39720кал (2). Високотемпературна реакція НгО+С=СО+Н229330 кал (3). Низькотемпературна реакція 2НгО+С=СО2+2Н2-17470кал (4). видно, що реакція (1) та реакція горіння смолистих сполук, які містяться у деревині або її продуктах, відбувається з виділянням тепла, яке важко піддається обліку через відсутність кількісних даних щодо вмісту смолистих речовин у твердому паливі. Реакції (2) - (5) відбуваються з поглинанням тепла. Відома паливна піч [1], яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання. Піч має теплообмінник, з'єднаний з топкою, який розташований вище топки. Таке розташування теплообмінника веде до нераціонального обігрівання простору приміщення (обігрівається тільки верхня частина простору). Крім того, в паливній печі [1] холодне повітря подається крізь підзольник до топки. Процес згорання твердого палива відбувається за вище описаною схемою із здійсненням реакцій (1)-(5). Тому ККД згорання твердого палива у печах подібного типу майже не відрізняється один від одного та є надто низьким (до 40%). Відома паливна піч [2], обрана як прототип. Піч містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання. Піч має тепло обмінник, розташований ю (О о ю Оі мало чим відрізняється від процесу горіння, що відбувається у печі, описаної у [1]. У відомому при строю [2] горіння твердого палива (реакція (1)) поблизу колосників, а у на ступних шарах твердого палива реакція (1) не відбувається через відсутність кисню. У цьому місці відбуваються реакції (2)-(5). В основу корисної моделі поставлене завдання створити таку паливну піч, яка б мала більш високий коефіцієнт корисної дії. Поставлене завдання вирішується у поливній печі, яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання, теплообмінник, сполучений з димовсмоктувачем. Згідно з корисною моделлю топка має отвори для подання з вихідного отвору підігрітого повітря, підзольник з'єднаний за допомогою патрубку з теплообмінником, має відбивач, який розташований під колосниками. Напроти відбивача у корпусі підзольника виконані вхідні отвори для подання підігрітого повітря. Розглянемо стаціонарний процес спалювання твердого палива у палив них печах, які описані в [1], [2]. Не важко замітити, що реакції (2) - (4) відбуваються з поглинанням тепла при підвищеній температурі. Холодне повітря, до якого входять кисень (О2) (його міститься біля 21%) та азот (N2), проходить із підзольника (піддувала) крізь колосники, де нагріваються, до топки. Вище колосників відбувається реакція (1) окислення вуглецю з виділянням великої кількості тепла. Слід зауважити, що колосники в основному нагріваються променистою енергією. При цьому склад повітря змінюється (кисень замінюється вуглецевим газом), та наступний рух у топці продуктів горіння з підвищеною температурою здійснюється у середовищі вуглецю (обвугленої деревини, яка ще не згоріла). Процеси окислення (горіння) не проходять через відсутність кисню, тому реакція (2)-(5) йдуть із поглинанням тепла (утворенням угарного газу та водню). У пропонованій печі основні її компоненти конструктивно виконані так, що у процесі горіння твердого палива реакції' (2)-(4) не відбуваються. На Фіг.1 показана паливна піч Наталі у перерізу; на Фіг.2 та 3 - різні випадки її використання: 2 - Із газовим теплоносієм, 3 - із водяним теплоносієм. Паливна піч має топку 1 із колосниками 2, завантажувальним люком 3, кришкою та отворами 4 для подання підігрітого повітря. Піч має також підзольник 5 із відбивачем 6, який розташований під колосниками 2. Напроти відбивача 6 у корпусі підзольника 5 є вхідні отвори 7 для подання підігрітого повітря. У корпусі підзольника 5 є також патрубок 8 для виходу гарячих газів та люк 9 для виймання продуктів згоряння. Піч має кожух 10 із ВУШНИМ ОТВОПОМ 1 1 ЯПЯ ЧЯЙППУ ХПППЛЫПГП ПППІТПЯ запалений факел кладуть у топку 1 та закривають завантажувальний люк 3 кришкою. Тяга утворюється димовсмоктувачем 14. Полум'я від факела переходить до тріски, і вона займається. Тепло від тріски, яка горить, сушить і нагріває дрова, утворюючи необхідні умови для запалення товстих дров. Тепло, яке утворюється при згорянні дров, нагріває корпус топки 1 та каркас підзольника 5. Повітря з вхідного отвору 11 проходить між кожухом 10, каркасом підзольника 5 та корпусом топки 1 І нагрівається. Потім воно попадає до топки крізь отвори 4 у верхній її частині (невелика частина теплого повітря також проходить у підзольник крізь отвори 7), сушить верхні ряди дров, здійснюють сублімацію смолистих речовин із деревини та наповнює киснем топку 1. Пари смолистих сполук під дією зниженого тиску, яке утворюється димовсмоктувачем 14, попадає на колосники 2, і їх деяка частина займається. Колосники 2 у цьому випадку виконують функцію тепло на громаджу вача, забезпечуючи умови окислення поруч розміщеного вуглецю ( для здійснення реакції окислення вуглецю необхідна початкова температура від 300°С). Полум'я проникає крізь колосники 2 до підзольника 5 і обхоплює відбивач 6. У цьому місці частина смолистих сполук, яка не згоріла, зустрічається з теплим повітрям, що містить кисень, який потрапляє з отвору 7, та догоряє. Тут також відбувається реакція 2СО+О2=2СО2. (CO утворюється під час реакції (3)). При такому способі спалювання твердого палива зникає зіткнення вуглекислого газу з вуглецем та, як наслідок, реакція (2) не відбувається. Виключаються додаткові витрати тепла, не утворюється угарний газ. Реакції (3) та (4) відбуваються в області перед колосником. Утворений угарний газ та водень спалюються у підзольнику 5 на відбивачі 6 при зіткненні з додатковою порцією кисню у повітрі, яке поступає з отворів 7. Частина вуглів, яка випадково провалилася до підзольника 5, повільно згорає через високу температуру та потік збідненого киснем повітря. У підзольнику 5 залишається тільки попіл, частина якого вилітає у патрубок 8 під дією тяги димовсмоктувач 14. Перед теплообмінником 13 цей попіл заримується попілоуловлювачем 12. Попіл із підзольника 5 та попілоуловлювача 12 вилучають під час профілактики. У міру згорання дров чергову порцію підкладають до топки 1 крізь завантажувальний люк 3. Швидкість спалювання твердого палива регулюється КІЛЬКІСТЮ забірного повітря, що проходить крізь отвір 11. У залежності від поставленого завдання можливі різні варіанти відбирання тепла. Підзольник 5 оточують твердою речовиною, яка акумулює тепло, або газом або рідиною. Останні за допомогою помпи перекачують на деяку відстань, гарячі продукти згорання проганяють по трубах до місця споживання тепла та ін. Пппппипияця ununnviti іІа папипилі пои і иаг вальний період традиційною піччю нес середньому приблизно 30м 3 дров на рік. вання тієї ж саме площі на протязі двох [ понованою піччю витрати палива склада 10 ^Ш* Фіг. 1 КЬМП'ЮТРПНЯ и^псгкя R УКРАЇНА (19) UA (11)5965 (із) U (5i)7F24B1/24 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) ПАЛИВНА ПІЧ "НАТАЛІ" (21)20031211126 (22) 08.12.2003 (24)15.04.2005 (46) 15.04.2005, Бюл. № 4, 2005 р. (72) Кривоносое Геннадій Олександрович, Мельников Дмитро Сергійович (73) Кривоносое Геннадій Олександрович, Мельников Дмитро Сергійович (57) Паливна піч, яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажу вальний люк із кришкою, зольник із люком для вилучення продуктів згорання і теплообмінник, сполучений з димовсмоктувачем, яка відрізняється тим, що топка має отвори, зольник з'єднаний патрубком з теплообмінником і має відбивач, розташований під колосниками, причому у корпусі зольника, напроти відбивача, виконані вхідні отвори для подання підігрітого повітря. Корисна модель має відношення до печей, а саме до побутових печей для твердого палива та може бути використаний при будуванні житлових приміщень. Загальновідомо, що процес спалювання твердого палива схематично можна описати за такою схемою. При горінні твердого палива відбуваються процеси: окислювання вуглецю з виділянням тепла; нагрівання вологи (у дровах вологи міститься до 40%) до кипіння та випарування з поглинанням тепла; нагрівання смолистих речовин у твердому паливі та випарування з поглинанням тепла, їх горіння з виділянням тепла; процес створення угарного газу (СО) при проходженні вуглекислого газу (СОг) крізь розігрітий вуглець (С) із поглинанням тепла, а також інші фізико-хімічні процеси, на розбиранні яких не будемо зупинятись. Опишемо ці процеси у такому вигляді: Реакція окислювання вуглецю 2С+О2=СО2+96700кал. (1). Утворення угарного газу СО2+С=2СО39720кал (2). Високотемпературна реакція НгО+С=СО+Н229330 кал (3). Низькотемпературна реакція 2Н2О+С=СО2+2Н2-17470кал (4). Витрати тепла для нагрівання вологи та її випарування О.=-80кал (нагрівання від 20°С до 100°С) - 539кал (теплота пароутворення) (5). Кількісні значення тепла наведені для одного грама речовини. Зі схематичного розбирання процесів горіння видно, що реакція (1) та реакція горіння смолистих сполук, які містяться у деревині або її продуктах, відбувається з виділянням тепла, яке важко піддається обліку через відсутність кількісних даних щодо вмісту смолистих речовин у твердому паливі. Реакції (2) - (5) відбуваються з поглинанням тепла. Відома паливна піч [1], яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання. Піч має теплообмінник, з'єднаний з топкою, який розташований вище топки. Таке розташування теплообмінника веде до нераціонального обігрівання простору приміщення (обігрівається тільки верхня частина простору). Крім того, в паливній печі [1] холодне повітря подається крізь підзольник до топки. Процес згорання твердого палива відбувається за вище описаною схемою із здійсненням реакцій (1)-(5). Тому ККД згорання твердого палива у печах подібного типу майже не відрізняється один від одного та є надто низьким (до 40%). Відома паливна піч [2], обрана як прототип. Піч містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання. Піч має тепло обмінник, розташований нижче топки, та димовсмоктувач, з'єднаний з теплообмінником. У такій конструкції печі димовсмоктувач сприяє поліпшенню тяги продуктів згорання, що веде до більш раціонального обігрівання простору приміщення. Проте у такій печі повітря, що всмоктується ю Ю О) 5965 димовсмоктувачем, збагачене киснем, із підзольника проходить крізь колосники і попадає у топку з твердим паливом. У цьому випадку процес горіння мало чим відрізняється від процесу горіння, що відбувається у печі, описаної у [1]. У відомому при строю [2] горіння твердого палива (реакція (і)) поблизу колосників, а у на ступних шарах твердого палива реакція (1) не відбувається через відсутність кисню. У цьому місці відбуваються реакції (2)-(5). В основу корисної моделі поставлене завдання створити таку паливну піч, яка б мала більш високий коефіцієнт корисної дії. Поставлене завдання вирішується у поливній печі, яка містить кожух із вхідним отвором, топку з колосниками, яка має завантажувальний люк із кришкою, підзольник із люком для вилучення продуктів згорання, теплообмінник, сполучений з димовсмоктувачем. Згідно з корисною моделлю топка має отвори для подання з вихідного отвору підігрітого повітря, підзольник з'єднаний за допомогою патрубку з теплообмінником, має відбивач, який розташований під колосниками. Напроти відбивача у корпусі підзольника виконані вхідні отвори для подання підігрітого повітря. Розглянемо стаціонарний процес спалювання твердого палива у палив них печах, які описані в [1], [2]. Не важко замітити, що реакції (2) - (4) відбуваються з поглинанням тепла при підвищеній температурі. Холодне повітря, до якого входять кисень (О2) (його міститься біля 21%) та азот (N2), проходить із підзольника (піддувала) крізь колосники, де нагріваються, до топки. Вище колосників відбувається реакція (1) окислення вуглецю з виділянням великої кількості тепла. Слід зауважити, що колосники в основному нагріваються променистою енергією. При цьому склад повітря змінюється (кисень замінюється вуглецевим газом), та наступний рух у топці продуктів горіння з підвищеною температурою здійснюється у середовищі вуглецю (обвугленої деревини, яка ще не згоріла). Процеси окислення (горіння) не проходять через відсутність кисню, тому реакція (2)-(5) йдуть із поглинанням тепла (утворенням угарного газу та водню). У пропонованій печі основні її компоненти конструктивно виконані так, що у процесі горіння твердого палива реакції (2)-(4) не відбуваються. На Фіг.1 показана паливна піч Наталі у перерізу; на Фіг.2 та 3 - різні випадки її використання: 2 - із газовим теплоносієм, 3 - із водяним теплоносієм. Паливна піч має топку 1 із колосниками 2, завантажувальним люком 3, кришкою та отворами 4 для подання підігрітого повітря. Піч має також підзольник 5 із відбивачем 6, який розташований під колосниками 2. Напроти відбивача 6 у корпусі підзольника 5 є вхідні отвори 7 для подання підігрітого повітря. У корпусі підзольника 5 є також патрубок 8 для виходу гарячих газів та люк 9 для виймання продуктів згоряння. Піч має кожух 10 із вхідним отвором 11 для забору холодного повітря. До патрубка 8 приєднані послідовно попілоуловлювача 12, теплообмінник 13 та димовсмоктувач 14. Паливна піч працює так. До топки 1 через завантажувальний люк 3 на колосники 2 спочатку кладуть дрова невеликим шаром. Зверху розташовують тріски, а потім папір або інший легко займистий матеріал. Умикають димовсмоктувач 14, запалений факел кладуть у топку 1 та закривають завантажувальний люк 3 кришкою. Тяга утворюється димовсмоктувачем 14. Полум'я від факела переходить до тріски, і вона займається. Тепло від тріски, яка горить, сушить і нагріває дрова, утворюючи необхідні умови для запалення товстих дров. Тепло, яке утворюється при згорянні дров, нагріває корпус топки 1 та каркас підзольника 5. Повітря з вхідного отвору 11 проходить між кожухом 10, каркасом підзольника 5 та корпусом топки 1 і нагрівається. Потім воно попадає до топки крізь отвори 4 у верхній її частині (невелика частина теплого повітря також проходить у підзольник крізь отвори 7), сушить верхні ряди дров, здійснюють сублімацію смолистих речовин із деревини та наповнює киснем топку 1. Пари смолистих сполук під дією зниженого тиску, яке утворюється димовсмоктувачем 14, попадає на колосники 2, і їх деяка частина займається. Колосники 2 у цьому випадку виконують функцію тепло нагромаджувача, забезпечуючи умови окислення поруч розміщеного вуглецю ( для здійснення реакції окислення вуглецю необхідна початкова температура від 300°С). Полум'я проникає крізь колосники 2 до підзольника 5 і обхоплює відбивач 6. У цьому місці частина смолистих сполук, яка не згоріла, зустрічається з теплим повітрям, що містить кисень, який потрапляє з отвору 7, та догоряє. Тут також відбувається реакція 2СО+Ог=2СО2. (CO утворюється під час реакції (3)). При такому способі спалювання твердого палива зникає зіткнення вуглекислого газу з вуглецем та, як наслідок, реакція (2) не відбувається. Виключаються додаткові витрати тепла, не утворюється угарний газ. Реакції (3) та (4) відбуваються в області перед колосником. Утворений угарний газ та водень спалюються у підзольнику 5 на відбивачі 6 при зіткненні з додатковою порцією кисню у повітрі, яке поступає з отворів 7. Частина вуглів, яка випадково провалилася до підзольника 5, повільно згорає через високу температуру та потік збідненого киснем повітря. У підзольнику 5 залишається тільки попіл, частина якого вилітає у патрубок 8 під дією тяги димовсмоктувач 14. Перед теплообмінником 13 цей попіл заримується попілоуловлювачем 12. Попіл із підзольника 5 та попілоуловлювача 12 вилучають під час профілактики. У міру згорання дров чергову порцію підкладають до топки і крізь завантажувальний люк 3. Швидкість спалювання твердого палива регулюється кількістю забірного повітря, що проходить крізь отвір 11. У залежності від поставленого завдання можливі різні варіанти відбирання тепла. Підзольник 5 оточують твердою речовиною, яка акумулює тепло, або газом або рідиною. Останні за допомогою помпи перекачують на деяку відстань, гарячі продукти згорання проганяють по трубах до місця споживання тепла та ін. Пропонована конструкція паливної печі має високий ККД. Точний роз рахунок ККД утруднений через ряд об'єктивних причин: не відомо точне значення теплотворної здатності спалюваних дров, їх вологості. Практично занадто важко визначити кількість тепла, яке випромінюється піччю, 5965 3 що забирається вихідними газами і т.д. Проте багаторічна практика показала, що для обігрівання 2 виробничих приміщень площею 1000м в опалювальний період традиційною піччю необхідно у 3 середньому приблизно 30м дров на рік. На обігрівання тієї ж саме площі на протязі двох років пропонованою піччю витрати палива складають у се редньому до 20м на рік. Література. 1. Н.Е. Михайлусенко. «Как сложить экономичную бытовую печь», Краснодарское книжное издательство, 1991, с.60. 2. Патент РФ №2049964, МПК6 F24B1/24.1995. з 10 \^f Фіг. 1 Фіг, 2 ФІГ.З Комп'ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601