Устройство управления тепловой мощностью отопительного прибора

Устройство управления тепловой мощностью отопительного прибора

Реферат

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам управления мощностью отопительных приборов на твердом топливе, и может быть использовано для создания отопительных приборов с повышенной эффективностью.

Известно устройство управления тепловой мощностью /Патент RU №2561806/, характерное для простых отопительных приборов, которое содержит входной воздуховод, соединенный с подколосниковой полостью, и заслонку. В этом устройстве с помощью заслонки, управляемой вручную, осуществляется регулировка объема, поступающего в отопительный прибор воздуха. Недостатком такого устройства является сравнительно низкая точность управления воздушным потоком и как следствие низкая эффективность отопительного прибора. Это обусловлено тем, что объем воздуха, поступающий в отопительный прибор, зависит не только от площади проходного сечения под заслонкой, но и от тяги в дымоходе, которая в свою очередь зависит от температуры дымовых газов в дымоходе, зависящей, в том числе, от объема одновременно горящего топлива. Поэтому даже при незначительном изменении углового положения заслонки объем воздуха, поступающий в отопительный прибор, может изменяться в несколько раз. Также существенно может изменяться тепловая мощность отопительного прибора.

Известно устройство управления тепловой мощностью отопительной печи /Патент RU №2031315/, содержащее зольный ящик-дозатор, размещаемый в зольнике (под колосниковые полости). Недостатком такого устройства является низкая точность управления воздушным потоком по указанным выше причинам и, как следствие, низкая точность управления тепловой мощностью.

Известно устройство управления тепловой мощностью, характерное для простейших отопительных приборов /Полезная модель RU №79166/, выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит зольный ящик, размещаемый в зольнике под колосниковой решеткой. Зольный ящик имеет фронтальную панель, превышающую по размерам отверстие для установки ящика. Регулировка потока входного воздуха осуществляется изменением размера щели между фронтальной панелью зольного ящика и корпусом печи. Недостатком такой системы управления является низкая точность управления входным воздушным потоком и, соответственно, тепловой мощностью печи и низкая ее эффективность. Низкая точность управления воздушным потоком обусловлена, как уже указывалось, тем, что объем воздуха, поступающий в отопительный прибор, зависит не только от площади проходного сечения щели в зольный ящик. Объем воздуха, поступающего в печь, также зависит от тяги в дымоходе, которая в свою очередь пропорциональна температуре дымовых газов в дымоходе. Следствием такой регулировки тепловой мощности является то, что интенсивность горения в печи в основном определяется объемом одновременно горящего твердого топлива. При таком режиме горения из-за высокой температуры дымовых газов КПД печи может снижаться до 10-30%, и экономичность печи оказывается очень низкой. Это обусловлено тем, что с ростом температуры дымовых газов растет коэффициент избытка воздуха, то есть увеличивается доля воздуха, не участвующего в окислении топлива и генерации тепловой энергии. Этот воздух, проходя через отопительный прибор, нагревается и дополнительно уносит образующуюся в нем тепловую энергию.

Технический результат состоит в повышении точности управления тепловой мощностью отопительного прибора и повышении его экономичности при сохранении простоты конструкции.

Технический результат достигается тем, что в устройстве управления тепловой мощностью отопительного прибора, содержащем зольный ящик, установленный в зольнике, на зольном ящике возле передней стенке между боковыми стенками установлена пластина с отверстием, а на передней стенке зольника вокруг верхней и боковых сторон зольного ящика размещена П-образная пластина.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где показано устройство управления в составе отопительного прибора. На фиг. 1 обозначено: 1 - зольный ящик с передней стенкой 2 и ручкой 3, 4 - поперечная пластина с отверстием 5, 6 - П-образная пластина, 7 - зольник (под колосниковая полость), 8 - отопительный прибор. Зольный ящик 1 принципиальных особенностей не имеет и по конструкции, и по назначению. В рассматриваемом примере реализации устройства управления зольный ящик имеет переднюю стенку 2, которая в закрытом состоянии перекрывает по всему периметру на несколько сантиметров отверстие в зольник 7, чтобы минимизировать поток воздуха в отопительный прибор. В зольном ящике 1 установлена поперечная пластина 4 с отверстием 5. Установка пластины 4 с отверстием 5 позволяет плавно регулировать поток воздуха (при перемещении зольного ящика 1), поступающего в отопительный прибор. Отверстие 5 может быть выполнено различной формы и площади в зависимости от назначения, конструкции и мощности отопительного прибора. Например, при прямоугольной форме отверстия 5 площадь проходного сечения (при выдвижении зольного ящика 1) изменяется по закону

S=а⋅x,

где а - ширина отверстия 5, x - расстояние от передней стенки 2 зольного ящика 1 до стенки зольника 7.

Для треугольной формы отверстия 5 площадь проходного сечения изменяется по закону

S=x²⋅tgα,

где α - угол при вершине треугольника возле передней стенки 2 ящика 1.

Форма отверстия 5 может быть и комбинацией из указанных или другой, которая выбирается исходя из назначения и особенностей отопительного прибора, высоты и качества дымохода, требований к удобству и качеству управления.

Ширина пластины 4 выбирается исходя из требований к точности управления отопительным прибором, удобства пользования при управлении его тепловой мощностью и конструкции отопительного прибора. Например, для некоторых конструкций банных печей ширина пластины 4 составляет 10-15 сантиметров. Для лучшего сохранения формы пластины 4 на ее конце может быть выполнено ребро путем подгиба части пластины 4.

П-образная пластина 6 предназначена для уменьшения неконтролируемого потока воздуха, поступающего в зольник 7 в щели между стенками зольного ящика 1 и отверстием под этот ящик в зольнике 7. Сопротивление воздушного тракта возрастает пропорционально его длине. Пластина 6 устанавливается на передней стенке зольника 7 и образует тоннель, по которому двигается зольный ящик 1. Щель между пластиной 6 и стенкам ящика 1 выбирается минимально возможной (в пределах нескольких миллиметров), чтобы обеспечить свободное перемещение ящика 1 с учетом тепловых деформаций элементов конструкции. Ширина пластины 6 выбирается примерно равной ширине пластины 4.

Работает устройство управления следующим образом. После загрузки топлива в отопительный прибор 8 и его розжига загрузочная дверца закрывается, а зольный ящик 1 выдвигается на ширину пластины 4. По мере увеличения интенсивности горения и увеличения тяги в дымоходе зольный ящик 1 вдвигается в зольник 7. При этом за счет уменьшения проходного сечения отверстия 5 сокращается объем воздуха, поступающего в отопительный прибор 8, и интенсивность горения снижается. Поскольку при перемещении зольного ящика 1 (на сантиметры) площадь проходного сечения изменяется на соизмеримую величину (квадратные сантиметры), то тем самым обеспечивается плавная регулировка объема, поступающего в отопительный прибор 8 воздуха. За счет этого может быть осуществлено управление генерируемой тепловой мощностью и предотвращение чрезмерной интенсификации горения. В отличие от прототипа, где при незначительном смещении зольного ящика (на миллиметры) площадь проходного сечения изменяется на порядок более существенно, в связи с чем управление тепловой мощностью является затруднительным.

Таким образом, в предлагаемом устройстве управления тепловой мощностью отопительного прибора обеспечивается существенное повышение точности управления объемом поступающего в отопительный прибор воздуха и как следствие его тепловой мощностью. За счет предотвращения неконтролируемой интенсификации горения, снижения температуры дымовых газов и повышения КПД также существенно повышается экономичность отопительного прибора. Причем это достигается без существенного усложнения конструкции, что является важным для отопительных приборов простой конструкции. Экспериментальная проверка на образце банной печи подтвердила эффективность устройства управления.

Уровень разработки находится на стадии освоения серийного производства банных печей с предлагаемым устройством управления тепловой мощностью отопительного прибора.

1. Устройство управления тепловой мощностью отопительного прибора, содержащее зольный ящик, установленный в зольнике, отличающееся тем, что на зольном ящике возле передней стенки между боковыми стенками установлена пластина с отверстием, а на передней стенке зольника вокруг верхней и боковых сторон зольного ящика размещена П-образная пластина.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластины на ящике и в зольнике выполнены одинаковой ширины.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие в поперечной пластине ящика выполнено в виде прямоугольника, при этом эффективная площадь отверстия определяется из выражения

S=а⋅х,

где а - ширина отверстия, x - расстояние от передней стенки зольного ящика до стенки зольника.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие в поперечной пластине ящика выполнено в виде треугольника, обращенного одним из углов к передней стенке зольного ящика, при этом эффективная площадь отверстия определяется из выражения

S=x²⋅tgα,

где α - угол при вершине треугольника возле передней стенки ящика.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие в поперечной пластине ящика выполнено в виде трапеции, обращенной узкой стороной к передней стенке зольного ящика, при этом эффективная площадь отверстия определяется суммой эквивалентных площадей прямоугольника и треугольника.