Печь для нагрева воздуха, описание конструкции

Конструкция печи для нагрева воздуха с дугообразными каналами, расположенными на внешней поверхности камеры сгорания

Конструкция данного устройства запатентована и в представленном материале носит ознакомительный характер.

Печь для нагрева воздуха содержит камеру сгорания, состоящую по крайней мере из двух отсеков, совмещенную с теплообменником, выполненным в виде перекрестно-разведенных чередующихся, идентичных, дугообразных каналов, расположенных на внешней поверхности камеры, системы подачи первичного и вторичного потоков воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена кожухом, выполненным в виде четырех раздельных секций, две из которых расположены у противоположных боковых стенок камеры сгорания и повторяют профиль дугообразных каналов, а две другие расположены над верхней и под нижней стенками камеры сгорания и представляют собой вогнутые в сторону камеры поверхности, причем верхняя секция кожуха выполнена с возможностью перемещения ее боковых краев, а расстояние d от любой секции кожуха до поверхности дугообразной части теплообменных каналов удовлетворяет соотношению d≅2δ, где δ толщина свободного конвективного пограничного слоя.

В качестве топлива в печи используются березовые и осиновые дрова, уголь, древесные отходы, торф.

Предлагаемое конструктивное выполнение кожуха, во-первых, позволяет формировать дополнительные каналы для свободного конвективного потока нагретого воздуха, тем самым увеличивая эффективную площадь проходного сечения, во-вторых, он усиливает конвекцию в дугообразных каналах с поверхностью теплообмена, в-третьих, он играет роль дополнительного экрана для теплового излучения и тем самым увеличивает площадь теплообменной поверхности, а также приводит к понижению температуры наружной поверхности печи, что в совокупности и обусловливает повышение как КПД, так и производительности нагретого воздуха.

Необходимость выполнения кожуха в виде четырех раздельных секций обусловлена тем, что именно четыре указанным образом расположенные секции обеспечивают оптимальные условия для подсоса воздуха в кожух снизу и разветвлений линий тока в кожухе, а также для эффективного ускоренного выхода нагретого воздуха сверху при слиянии всех сформированных кожухом линий тока. Указанный характер формируемого кожухом течения воздуха обеспечивает максимальные КПД и производительность при наименьшем гидравлическом сопротивлении воздушных трактов и максимальной теплоотдаче.

Необходимость выполнения профиля боковых секций кожуха, повторяющего профили дугообразных каналов, продиктована требованием усиления конвекции в дугообразных каналах теплообменной поверхности и требованием усиления подсоса холодного воздуха снизу в пространстве между дугообразными каналами и боковыми секциями кожуха (эффект кожуха).

Необходимость выполнения верхней и нижней секции кожуха в виде вогнутых в сторону камеры сгорания поверхностей связана с естественным требованием формирования каналов с наименьшим гидравлическим сопротивлением для прохождения нагретого воздуха и его ускорения. Вогнутость верхней секции кожуха характеризуется переменным радиусом кривизны. Соотношение максимального и минимального радиусов кривизны для верхней секции кожуха определяется, с одной стороны, радиусом кривизны боковой секции кожуха, а с другой стороны условием оптимизации либо расхода, либо энтальпии потока нагретого воздуха на выходе. Радиус кривизны нижнего кожуха также близок к максимальному радиусу кривизны боковой секции кожуха, а его конкретное значение определяется конструкцией подставки к печи. Верхняя и нижняя секции кожуха должны касаться соответственно верхних и нижних концов дугообразных каналов так, чтобы направление касательной к секции кожуха совпадало с направлением линий тока воздуха.

Таким образом, избранный характер топологии течения обеспечивает максимальную производительность печи, поскольку соответствует естественным направлениям линий тока течения воздуха при естественной конвекции. Двух боковых поверхностей указанного профиля достаточно для проявления эффекта кожуха, одна нижняя поверхность формирует условия для оптимального подсоса воздуха у пола, а верхняя секция кожуха, с одной стороны, способствует снижению потерь при отрывных течениях вблизи верха камеры сгорания, а с другой, обеспечивает оптимальный ускоренный выброс нагретого воздуха в помещение.

Выполнение верхней секции с возможностью перемещения ее боковых краев позволяет регулировать и оптимизировать расход и потоки энтальпии (температуру) нагретого воздуха, обеспечивать маневренность режимов работы печи и достигать необходимых параметров воздуха без вмешательства в процессы горения, в различных климатических и сезонных условиях в зависимости от требований потребителя. Возможность регулирования связана с тем, что максимум расхода воздуха и максимум потока энтальпии в зависимости от положения боковых краев, в общем случае, не совпадают.