Печь внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа
Настоящее изобретение относится к печи внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, содержащей опорную конструкцию, образующую по меньшей мере одну камеру горения горючего материала, предназначенную для генерации тепла, и по меньшей мере одну газоотводную трубу, предназначенную для внешнего отведения топочных газов, образующихся при горении горючего материала. Особенность изобретения состоит в том, что оно содержит двигатель внешнего сгорания, соединенный с опорной конструкцией, горячая часть которого расположена вдоль указанной газоотводной трубы для передачи тепла топочных газов к указанной горячей части, так чтобы обеспечивать преобразование по. меньшей мере части тепловой энергии, которой обладают топочные газы, в механическую энергию посредством работы двигателя внешнего сгорания. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к печи внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа.
Известно множество типов печей для отопления, значительно отличающихся друг от друга по горючему материалу, на котором они работают, и по некоторым техническим особенностям, служащим для оптимизации горения определенного предназначенного для них горючего материала.
В последние десятилетия стали широко использоваться печи последнего поколения, предназначенные, в частности, для бытового потребления, использующие в качестве горючего материала биомассы и так называемые пеллеты.
Более конкретно, пеллеты представляют собой топливо, изготовленное из древесины, получаемое посредством прессования высушенной стружки; оно не содержит добавок и химических веществ, которые не являются частью самой древесины.
Таким образом, получается топливо, обеспечивающее высокую эффективность, тепловая мощность которого, принимая во внимание аналогичный объем, а не аналогичный вес, в два раза выше, чем для древесины традиционной формы в виде поленьев.
Кроме того, использование пеллетов обеспечивает ряд преимуществ в отношении экологических, энергетических и нагревательных характеристик управления систем по сравнению с традиционными печами, не говоря уже о преимуществах, связанных с сохранением окружающей среды, поскольку пеллеты изготавливают из отходов древесины.
С целью максимизации вышеописанных преимуществ, горение пеллет должно постоянно сопровождаться насыщением кислородом за счет принудительной вентиляции.
Следовательно, печи выполнены таким образом, что они содержат вентиляционный проход, в котором, с использованием аспиратора, расположенного в конце прохода:
- свежий воздух всасывается из окружающей среды,
- воздух достигает горелки, где происходит горение, причем горение, по возможности, активируют заранее посредством поджигающего средства, и в котором
- топочные газы, образующиеся при горении, принудительно всасываются в специальную газоотводную трубу, которая, в зависимости от геометрических характеристик печи, может иметь различную форму с целью дальнейшей оптимизации работы печи.
Поскольку, как правило, аспиратор относится к электрическим устройствам, использующие пеллеты печи не лишены недостатков, связанных с тем, что они совершенно не могут использоваться в удаленных районах, не имеющих электроснабжения, или в случае проблем с подачей электроэнергии.
Для устранения этого недостатка, единственное решение, предлагаемое в настоящий момент на рынке, заключается в полном отказе от использования электронных систем для удаления топочных газов, в результате чего печь будет работать так же, как традиционная печь, сжигая при этом пеллеты вместо древесины.
Как очевидно из вышесказанного, в таком решении устранена проблема, связанная с отведением топочных газов, но эффективность печи снижена.
Кроме того, такой подход требует конструктивных компромиссов в отношении размеров и формы отводных труб, что приводит к утрате характеристик, признаков и преимуществ, присущих классическим печам, использующим пеллеты.
Главная задача настоящего изобретения заключается в создании печи внутреннего горения, не имеющей перечисленных выше недостатков.
В рамках этой задачи, задача настоящего изобретения заключается в создании полностью автономной печи, которая, при сохранении рабочих характеристик, присущих печам с принудительной подачей воздуха, и, следовательно, при высокой эффективности горения биомасс или пеллетов, может быть использована в любых условиях, даже в отсутствии электроснабжения, с тем, чтобы обеспечивать работу без необходимости наличия внешних источников энергии.
Эта задача, а также аналогичные и другие задачи, которые будут более понятны из дальнейшего описания, решена посредством печи внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, содержащей опорную конструкцию, ограничивающую собой по меньшей мере камеру горения горючего материала, предназначенную для генерации тепла, и по меньшей мере газоотводную трубу, предназначенную для внешнего отведения топочных газов, образующихся при горении указанного горючего материала, отличающейся тем, что она содержит двигатель внешнего сгорания, соединенный с указанной опорной конструкцией, горячая часть которого расположена вдоль указанной газоотводной трубы для передачи тепла указанных топочных газов к указанной горячей части, так чтобы обеспечивать преобразование по меньшей мере части тепловой энергии, которой обладают указанные топочные газы, в механическую энергию посредством работы указанного двигателя внешнего сгорания.
Другие признаки и преимущества изобретения будут более понятны из описания предпочтительного, но не исключительного варианта осуществления печи внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, проиллюстрированного посредством пояснительного и не ограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:
- фиг. 1 представляет собой вид спереди печи внутреннего горения согласно настоящему изобретению;
- фиг. 2 представляет собой продольное сечение печи, проиллюстрированной на фиг. 1, в плоскости сечения II-II.
Ссылаясь на данные чертежи, печь внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, обозначенная в целом номером позиции 1, содержит опорную конструкцию 2, ограничивающую собой по меньшей мере одну камеру 3 горения горючего материала, предназначенную для генерации тепла, и по меньшей мере одну газоотводную трубу 4, предназначенную для внешнего отведения топочных газов, образующихся при горении горючего материала.
Более подробно, в проиллюстрированном варианте осуществления печь 1 обладает, по меньшей мере частично, признаками печи традиционного типа, использующей пеллеты.
Фактически, она образована передней частью, ограничивающей собой камеру горения, внутри которой расположена горелка 5, в которую падает под действием силы тяжести горючий материал, т.е. пеллеты, через загрузочный канал 6, и к которой подведен аспирационный канал 7, забирающий свежий воздух с задней стороны печи 1.
Начинаясь от передней части, газоотводная труба 4 простирается вверх, а затем вблизи верхнего конца опорной конструкции 2 изгибается примерно на 180°, возвращаясь вниз через заднюю часть печи 1 к основанию печи 1, где расположено аспирационное устройство 8, например, электрического типа, открывающееся в направлении выпускного трубопровода 9 с тем, чтобы принудительно обеспечить удаление топочных газов.
Согласно изобретению, предусмотрен двигатель 10 внешнего сгорания, соединенный с опорной конструкцией 2, горячая часть которого расположена вдоль указанной газоотводной трубы 4 для передачи тепла топочных газов к горячей части, с тем, чтобы обеспечивать преобразование по меньшей мере части тепловой энергии, которой обладают топочные газы, в механическую энергию посредством работы двигателя 10 внешнего сгорания.
Предпочтительно также предусмотрено средство 11 для генерации электрического тока, соединенное с двигателем 10 внешнего сгорания для преобразования по меньшей мере части механической энергии, которой обладают подвижные части двигателя 10 внутреннего сгорания, в электрическую мощность.
Аспирационное устройство 8 может предпочтительно приводиться в действие электрическим образом посредством по меньшей мере источника энергии, выбранного из группы, включающей в себя: электрический аккумулятор, установленный на печи 1, электрическую сеть, предусмотренную снаружи печи 1, и средство 11 для генерации электрического тока.
В проиллюстрированном варианте осуществления двигатель 10 внешнего сгорания представляет собой двигатель Стерлинга в бета-конфигурации, который известен и, следовательно, подробно не описан.
Как было упомянуто ранее, двигатель 10 внешнего сгорания предпочтительно установлен на опорной конструкции 2, так что его горячая часть расположена в точке газоотводной трубы 4.
В проиллюстрированном варианте осуществления горячая часть введена в горячую камеру 12, образованную в месте коленчатого изгиба газоотводной трубы 4 в верхней части опорной конструкции 2.
Таким образом, образуется точка, в которой концентрируются топочные газы, что максимизирует теплообмен между ними и горячей частью двигателя 10 внешнего сгорания.
С целью дальнейшей максимизации описанных выше эффектов, обеспечиваемых замедлением топочных газов, вдоль газоотводной трубы 4 размещено средство 13 для замедления потока в точке, расположенной выше по потоку относительно горячей части двигателя 10 внешнего сгорания вдоль направления движения указанных топочных газов в газоотводной трубе 4.
Таким образом, может быть увеличено время, в течение которого топочные газы находятся вблизи горячей части, что соответствующим образом увеличивает теплообмен между горячей частью и топочными газами.
Для завершения печи 1 может быть предусмотрено средство теплообменника, соединенное с холодной частью указанного двигателя 10 внешнего сгорания для передачи по меньшей мере части тепла от двигателя 10 внешнего сгорания к охлаждающей текучей среде, циркулирующей в системе охлаждения, расположенной снаружи печи 1.
Система охлаждения предпочтительно может быть соединена с системой водоснабжения и канализации помещений, в которых установлена печь 1, так что охлаждающая текучая среда может быть водой, циркулирующей в указанной системе водоснабжения и канализации.
Наконец, предусмотрен перепускной клапан 14, размещенный вдоль газоотводной трубы 4 в точке, расположенной выше по потоку относительно горячей части двигателя 10 внешнего сгорания вдоль направления движения топочных газов в газоотводной трубе 4, и выполненный с возможностью переключения между первым положением, в котором топочные газы проходят через газоотводную трубу 4 по всему ее протяжению, и вторым положением, в котором топочные газы перехватываются и перенаправляются в точку газоотводной трубы 4, расположенную ниже по потоку относительно указанной горячей части также вдоль направления движения топочных газов в газоотводной трубе 4.
Печь 1 внутреннего горения согласно изобретению функционирует следующим образом.
Вначале печь 1 работает как использующая пелеты печь традиционного типа: пеллеты поджигаются в горелке 5, возможно, с использованием электрического поджигателя, и аспирационное устройство 8 создает пониженное давление, необходимое для выпуска топочных газов в выпускной трубопровод 9.
Предполагая, что перепускной клапан переключен в свое первое положение, топочные газы занимают горячую камеру 12, и, благодаря ручному запуску посредством рукоятки или запуску двигателя 10 внешнего сгорания посредством электричества с использованием средства 11 для генерации электрического тока, которое может содержать совершенно обычный электрический генератор, для питания аспирационного устройства 8 вырабатывается достаточный электрический ток, такой что устраняется необходимость, при работе в стандартном режиме, использования внешних источников энергии, а также питания других электрических приспособлений, находящихся снаружи печи 1.
В то же время, нагревается вода, циркулирующая в системе водоснабжения и канализации, соединенной с системой охлаждения двигателя 10 внешнего сгорания.
В обратном случае, когда выработка электроэнергии не требуется, при переключении перепускного клапана 14 в его второе положение горячая камера 12 изолирована от циркуляции топочных газов, так что двигатель 10 внешнего сгорания не работает, и в этой ситуации печь 1 функционирует как использующая пеллеты печь традиционного типа.
На практике было замечено, что печь внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, согласно изобретению, обеспечивает полную реализацию поставленных целей и задач, поскольку она обеспечивает отопление окружающего пространства без использования электрического тока от сети.
Фактически, предполагая, что печь снабжена аккумулятором, питание от аккумулятора может использоваться на этапах запуска, а энергия, вырабатываемая электрическим генератором, может использоваться для питания аспирационного устройства и перезарядки самого аккумулятора.
Таким образом, печь может функционировать в любом месте, располагаясь там, где в ней имеется наибольшая потребность.
Если же печь подсоединена к сети и/или системе водоснабжения и канализации, электрический ток может подаваться в сеть, и, в то же время, он может использоваться для нагревания воды для устройств водоснабжения.
Печь внутреннего горения, в частности, усовершенствованного типа, согласно изобретению, может иметь значительное количество модификаций и вариантов, все из которых попадают в объем правовой охраны изобретения.
Кроме того, все детали могут быть заменены другими эквивалентными элементами.
На практике, используемые материалы, а также их размеры и формы, могут быть различного типа, в зависимости от предъявляемых требований и уровня техники.
1. Печь (1) внутреннего горения, содержащая опорную конструкцию (2), образующую по меньшей мере одну камеру (3) горения горючего материала, предназначенную для генерации тепла, и по меньшей мере одну газоотводную трубу (4), предназначенную для внешнего отведения топочных газов, образующихся при горении указанного горючего материала, двигатель (10) внешнего сгорания, соединенный с указанной опорной конструкцией (2), горячая часть которого расположена вдоль указанной газоотводной трубы (4) для передачи тепла указанных топочных газов к указанной горячей части, так чтобы обеспечивать преобразование по меньшей мере части тепловой энергии, которой обладают указанные топочные газы, в механическую энергию посредством работы указанного двигателя (10) внешнего сгорания, отличающаяся тем, что газоотводная труба (4) простирается вверх, а затем изгибается примерно на 180° вблизи верхнего конца опорной конструкции (2), возвращаясь вниз через заднюю часть печи (1), причем горячая часть указанного двигателя (10) внешнего сгорания введена в горячую камеру (12), образованную в месте изгиба на 180° газоотводной трубы (4).
2. Печь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит средство (11) для генерации электрического тока, соединенное с указанным двигателем (10) внешнего сгорания для преобразования по меньшей мере части указанной механической энергии в электрическую мощность.
3. Печь (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит средство теплообменника, соединенное с холодной частью указанного двигателя (10) внешнего сгорания для передачи по меньшей мере части тепла указанного двигателя (10) внешнего сгорания к охлаждающей текучей среде, циркулирующей в системе охлаждения, расположенной снаружи указанной печи (1).
4. Печь (1) по п. 1, отличающаяся тем, что указанная система охлаждения может быть соединена с системой водоснабжения и канализации, и тем, что указанная охлаждающая текучая среда представляет собой воду, циркулирующую в указанной системе водоснабжения и канализации.
5. Печь (1) по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она содержит перепускной клапан (14), расположенный вдоль указанной газоотводной трубы (4) в точке, расположенной выше по потоку относительно указанной горячей части вдоль направления движения указанных топочных газов в указанной газоотводной трубе (4), и выполненный с возможностью переключения между первым положением, в котором указанные топочные газы проходят через указанную газоотводную трубу (4) по всему ее протяжению, и вторым положением, в котором указанные топочные газы перехватываются и перенаправляются в точку указанной газоотводной трубы (4), расположенную ниже по потоку относительно указанной горячей части вдоль направления движения указанных топочных газов в указанной газоотводной трубе (4).
6. Печь (1) по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что она содержит средство (13) для замедления потока, размещенное вдоль указанной газоотводной трубы (4) в точке, лежащей выше по потоку относительно указанной горячей части вдоль направления движения указанных топочных газов в указанной газоотводной трубе (4), и выполненное с возможностью увеличения времени удержания указанных топочных газов вблизи указанной горячей части, так чтобы повысить теплообмен между указанными топочными газами и указанной горячей частью.
7. Печь (1) по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что она содержит аспирационное устройство (8), предназначенное для всасывания указанных топочных газов.
8. Печь (1) по п. 7, отличающаяся тем, что указанное аспирационное устройство (8) является устройством электрического типа и обеспечивается электропитанием посредством по меньшей мере одного источника энергии, выбранного из группы, включающей в себя: электрический аккумулятор, установленный на указанной печи (1), электрическую сеть, предусмотренную снаружи указанной печи (1), и указанное средство (11) для генерации электрического тока.
9. Печь (1) по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она относится к типу печей, использующих пеллеты.
10. Печь (1) по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что указанный двигатель (10) внешнего сгорания относится к двигателям типа Стерлинга.
