Прямоточная, реверсивная, теплоаккумулирующая отопительная колонка

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве бытовых отопительных приборов. В корпусе теплоаккумулирующей колонки расположение тепловоспринимающее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных камер и диафрагм, причем внутреннее поверхности камер и диафрагм образуют канал с периодически изменяющимся сечением. Между наружными поверхностями камеры и корпусом расположен теплоаккумулирующий элемент, например песок. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве бытовых отопительных и отопительно-варочных печей как индивидуальных источников тепла, работающих на любом виде топлива.

Каждая теплоемкая отопительная и отопительно-варочная печь состоит из топочной камеры и теплоаккумулирующего устройства. (Школьник А.К. Печное отопление малоэтажных зданий. Высшая школа, 1991. с. 32-34).

По сложившейся многовековой традиции (как у нас в стране, так и за рубежом) основным материалом для строительства теплоемких печей служит полнотелый керамический кирпич, уложенный на глинопесчаном, кладочном растворе. Методом поштучной раскладки кирпича создают конструктивные элементы печи, включающие топочную камеру и теплоаккумулирующее устройство, в котором теплоаккумулирующим элементов является керамический кирпич. Для отбора тепла от теплоносителя (дымовых газов) развивают внутренние тепловоспринимающие поверхности путем создания дымооборотов по канальной или бесканальной системе. Теплоотдающими поверхностями служат наружные активные поверхности печи. Такие печи имеют значительный вес, для их установки требуется специальный фундамент. Процесс кладки трудоемкий, не подлежит механизации, требует затрат ручного труда высококвалифицированных исполнителей. Рабочие параметры этих печей и их внешней вид зависят от профессионализма и способностей исполнителя.

Задачи предлагаемого изобретения состоят в: снижении трудоемкости работ по созданию теплоаккумулирующего устройства (колонка), которое может применяться как в бытовых отопительных печах, так и в любом отопительном приборе с газообразным теплоносителем; изготовлении печей индустриальным способом; снижении расхода материалов на сооружение колонки, а следовательно и отопительного прибора.

Задачи решаются тем, что в корпусе теплоаккумулирующей колонки расположено тепловоспринимающее устройство, выполненное в виде последовательно соединенных камер и диафрагм, причем внутренние поверхности камер и диафрагм образуют вертикальный канал с периодически изменяющимся сечением. Между наружными поверхностями камеры и корпусом расположен теплоаккумулирующий элемент, например песок. Теплоаккумулирующая колонка работает по физическим законам отбора тепловой энергии от струи газов, проходящих по периодически сужающемуся и расширяющемуся каналу, состоит из небольшого числа унифицированных деталей и позволяет подбирать их комплект (число расширении-сжатий) в зависимости от мощности генератора тепла (топочной камеры). Колонка может работать самостоятельно; из колонок можно собирать батареи с последовательным и параллельно-последовательным движением дымовых газов.

На фиг. 1 изображена прямоточная реверсивная теплоаккумулирующая колонка в разрезе по вертикальной оси секущей плоскостью. на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, вариант выполнения; на фиг. 4 то же, вариант выполнения; на фиг. 5 круглая диафрагма с уплотнительно-фиксирующим выступом и центральным отверстием в разрезе; б) горизонтальная проекция круглой диафрагмы; на фиг. 6 а) круглая камера в разрезе, б) горизонтальная проекция круглой камеры; на фиг. 7 а) квадратная диафрагма с уплотнительно-фиксирующим выступом и центральным отверстием в разрезе, б) горизонтальная проекция квадратной диафрагмы; на фиг. 8 а) квадратная камера в разрезе, б) горизонтальная проекция квадратной камеры.

Прямоточная реверсивная теплоаккумулирующая отопительная колонка состоит из диафрагмы 1 с уплотнительно-фиксирующим выступом и центральным отверстием, камеры 2, наружного корпуса 3, теплоаккумулирующего наполнителя 4 и эластичных уплотнительных элементов 5.

Собранные последовательно диафрагмы 1 и камера 2 создают внутренний периодически сужающийся и расширяющийся канал. Положение камеры 2 относительно диафрагмы 1 фиксируется уплотнительно-фиксирующим выступом. Собранная таким образом конструкция, состоящая из диафрагмы 1 и камеры 2, заключена в наружный корпус 3. Пространство между наружным корпусом 3 и внутренней конструкции заполняется теплоаккумулирующим наполнителем 4.

Наружный корпус 3, камеры 2 и диафрагмы 1 могут изготавливаться из разных материалов. Так как колонка рассчитана на температурные циклы, между наружным корпусом 3 и диафрагмами 1 предусматриваются компенсационные зазоры. Чтобы теплоаккумулирующий наполнитель 4 не пересыпался в нижние полости, компенсационные зазоры перекрываются эластичными термостойкими уплотнительными элементами 5.

Диафрагмы 1 с уплотнительно-фиксирующими выступами и камеры 2 служат для создания внутренних тепловоспринимающих поверхностей, могут выполняться из любого термостойкого материала металлов, керамики, стекла. Наружный корпус 3 служит для обеспечения жесткости конструкции, архитектурного оформления отопительного прибора и создания полостей для теплоаккумулирующего наполнителя 4, может выполняться из любого термостойкого теплопроводного материала - металла, керамики, фаянска, фарфора, стекла. Теплоаккумулирующий наполнитель 4 служит для отбора, накопления тепла с последующей отдачей его на отопление помещения и для герметизации нижнего стыка между диафрагмами 1 и камерами 2. В качестве теплоаккумулирующего наполнителя используются любые экологически чистые теплоемкие сыпучие природные или искусственные материалы мелкий песок, измельченная глина, супеси, суглинки, клинкер. Эластичные термостойкие уплотнительные элементы 5 служат для перекрытия компенсационных зазоров между корпусом 3 и диафрагмами 1 с целью предотвращения пересыпания теплоаккумулирущего наполнителя 4 из верхних полостей в нижние. В качестве эластичных термостойких уплотнительных элементов может применяться минеральная вата, стеклоткань, асбест.

Диафрагмы 1 и камеры 2 можно изготовить из любого термостойкого материала: если материал не теплоемкий, то увеличивается количество теплоаккумулирующего наполнителя. Используя теплоемкий материал, можно изготовить колонку без применения теплоаккумулирующего наполнителя.

Работа прямоточной реверсивной теплоаккумулирующей отопительной колонки заключается в отборе тепловой энергии дымовых газов, выходящих из топочной камеры и накопления тепла в массиве колонки (отопительного прибора) с последующей передачей тепла в помещении. При движении по внутреннему периодически сужающемуся и расширяющемуся каналу дымовые газы интенсивно теряют тепловую энергию. На выходе из центрального отверстия диафрагмы 1 струя дымовых газов резко расширяется, движение потока в камере становится турбулентным, происходит сброс тепловой энергии, которая передается стенкам камеры 2 и поглощается теплоаккумулирующим наполнителем 4, а через наружный корпус 3 поступает в помещение.

Прямоточная реверсивная теплоаккумулирующая отопительная колонка может применяться для изготовления автономных отопительных приборов, работающих как с собственным генератором тепла (отопительная печь), так и утилизирующих тепло дымовых газов, отходящих от другого источника (отопительный щиток).

Колонка работает в вертикальном положении с восходящим или нисходящим движением дымовых газов, может устанавливаться на топочную камеру, может устанавливаться рядом с топочной камерой и соединяться с ней соединительным патрубком. Для увеличения мощности (теплоемкости) отопительного прибора можно собирать в одном корпусе батарею из колонок, соединенных последовательно или параллельно-последовательно. Сборка колонки (батареи из колонок) осуществляется на месте установки отопительного прибора из унифицированных деталей, изготовленных в заводских условиях без применения кладочного раствора.

Формула изобретения

1. Прямоточная реверсивная теплоаккумулирующая отопительная колонка, содержащая корпус и тепловоспринимающее устройство, отличающаяся тем, что тепловоспринимающее устройство выполнено в виде последовательно соединенных камер и диафрагм, причем внутренние поверхности камер и диафрагм образуют вертикальный канал с периодически изменяющимся сечением и возможностью свободного движения по нему газообразного теплоносителя.

2. Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что между корпусом и тепловоспринимающим устройством размещен теплоаккумулирующий наполнитель - любое вещество с большим коэффициентом теплоемкости.

3. Колонка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что корпус, диафрагмы и камеры изготовлены из любых термостойких материалов.

4. Колонка по пп. 1 3, отличающаяся тем, что она выполнена из унифицированных деталей, изготовленных индустриальным способом.

5. Колонка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что корпус, диафрагмы и камеры изготовлены из нетеплоемких материалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8