Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности - к отопительным устройствам, в которых твердое топливо растительного происхождения (дрова, отходы деревообработки, щепа, солома) подвергается высокотемпературной газификации (пиролизу) с последующим сжиганием пиролизных газов и угольного остатка.

Из существующего уровня техники известно отопительное устройство (котёл), содержащее объединенные общим вертикально ориентированным корпусом бункер для древесного топлива, камеру газификации (камера первичного горения) и камеру дожигания, состоящую из одного или двух отсеков, размещенных ниже или сбоку от камеры газификации (камеры первичного горения). По такой схеме выполнено абсолютное большинство серийно выпускаемых бытовых котлов на древесном топливе, например, изделия фирм ARCA, Astra, Atmos, Attack, Buderus, Cichewic, Guntamatic, Kalvis, Heiztechnik, Kostrzewa, Orlan, Solarbayer, Viessmann.

В таком устройстве продукты газификации древесного топлива, в том числе водяной пар, выделяющийся в верхней части топливного бункера, движутся сверху вниз и поступают в камеру первичного горения. При этом водяной пар препятствует эффективному смешению кислорода воздуха с горючими компонентами пиролизного газа, что делает процесс горения неустойчивым или вовсе невозможным. В результате все перечисленные выше отопительные устройства способны использовать в качестве топлива лишь древесину с влажностью не более 15-20%.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Это ограничение существенно усложняет и удорожает эксплуатацию отопительного устройства, т.к. древесина естественной влажности (например, свежеспиленные дрова) имеет влажность порядка 45-60%, и для использования её в качестве топлива требуется многолетняя сушка. Некоторые виды

древесного топлива, например, щепу из свежеспиленных деревьев, невозможно высушить естественным путем (этому препятствует развивающийся процесс гниения сырой щепы), и поэтому использование его в бытовом отопительном устройстве становится невозможным.

Известно несколько технических решений, позволяющих использовать в качестве топлива для бытового отопительного устройства малой (20-100 КВт) мощности древесину высокой влажности. Принципиальной основой

технического решения является создание и поддержание в камере газификации (камере первичного горения) высокой (700-800 и более градусов С)

температуры, при которой водяной пар в контакте с раскаленным углем превращается в два горючих газа: водород и моно-окись углерода (угарный газ). Для достижения такого температурного режима камера дожигания пиролизного газа размещена внутри камеры газификации (см. ЕР 2 821 698 А1), или камера дожигания пиролизного газа выполнена в виде кольца, концентрически окружающего камеру газификации (см. DE 3411822 А1 и RU 2578550 С1), или поток раскаленных продуктов сгорания, выходящих из камеры дожигания пиролизного газа, поднимается вверх и при этом омывает и нагревает боковые стенки камеры газификации (см. CZ 2008191 A3). Известно также отопительное устройство, в котором перечисленные выше приемы разогрева дополняются вдуванием в камеру газификации сильно нагретого первичного воздуха с большой скоростью (см. RU 164691 U1).

Недостатком таких конструкций является неизбежное в этом случае

использование дорогостоящих материалов: жаропрочной стали и специальной жаропрочной керамики. Кроме того, многочисленные испытания показали, что

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) даже использование всех перечисленных выше приемов разогрева зоны газификации (зоны первичного горения) не позволяет обеспечить устойчивое сжигание особо сложных видов древесного топлива, например, сырой

свежерубленной щепы или сырых опилок.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому отопительному устройству является т.н. "топка скоростного горения Померанцева" (см. В. В. Померанцев, "Топки скоростного горения для древесного топлива", М, Машгиз, 1948 г.; Авторское свидетельство СССР J ° 50503, заявлено 19 мая 1936 г.). В верхней части топливного бункера (Померанцев называл его "топливной шахтой" или "топливным рукавом") было выполнено отверстие, через которое "влажный газ" под воздействием разрежения в выходном дымоходе

отсасывался из топливного бункера и по специальному газоходу вместе с дымовыми газами выбрасывался в атмосферу.

Работоспособность такой конструкции основано на том, что водяной пар является самым легким компонентом газовой среды топливного бункера: он в 2,4 раза легче углекислого газа, в 1 ,6 раза легче азота, в 1 ,5 раз легче угарного газа (моноокись углерода) и поэтому накапливается в верхней части топливного бункера. Прямое механическое удаление водяного пара является самым радикальным и одновременно простым и дешевым способом решения

проблемы сжигания влажного топлива, и это является существенным

преимуществом "топки Померанцева".

Неустранимым недостатком конструкции является то, что неизбежно

присутствующие в смеси с водяным паром малые дозы продуктов пиролиза древесины, в том числе и угарного газа, также выбрасываются в атмосферу. В 30-40 годы на это не обращали внимания, но с тех пор требования к

экологической чистоте отопительных устройств значительно ужесточились. Так, советский стандарт на дровяные печи 80-х годов (ГОСТ 9817-82)

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ограничивал допустимые выбросы угарного газа 4%, а современный стандарт Евросоюза EN 303-5 по 5-му классу требует сокращения выбросов угарного газа до 0,04%. Снизить выбросы угарного газа до такого уровня не всегда удается даже с использованием сложных по конструкции камер дожигания, тем более невозможно уложиться в жесткие современные нормы, выбрасывая содержимое газовой среды топливного бункера напрямую в атмосферу.

Техническим результатом, для достижения которого предлагается заявляемая полезная модель, является устойчивое и экологически чистое сжигание древесного топлива естественной (т.е. высокой) влажности.

Указанный технический результат достигается тем, что в отопительном устройстве на древесном топливе, содержащем размещенные в едином вертикально ориентированном корпусе бункер для твердого топлива и ниже него камеру газификации, камеру дожигания, а также воздуховоды подачи первичного и вторичного воздуха, выходной дымоход и емкость с водой, внутри которой размещен жаротрубный теплообменник, имеется по меньшей мере один вертикально ориентированный дополнительный газоход, верхнее отверстие которого находится в верхней точке внутреннего объема топливного бункера, а нижнее отверстие находится в той зоне камеры дожигания, где заканчивается горение факела пламени

В верхней части топливного бункера может быть установлена по меньшей мере одна газосборная воронка, верхняя точка которой соединена с верхним отверстием дополнительного газохода

В дополнительный газоход может быть врезан запорно-регулирующий кран

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Дополнительный газоход может быть по меньшей мере частично размещен внутри емкости с водой, при этом в нижней точке размещенной в воде части дополнительного газохода имеется емкость для сбора конденсата с устройством для слива конденсата наружу из отопительного устройства.

Указанные конструктивные решения обеспечивают достижение заявленного технического результата и в своей совокупности не встречаются ни в одном из известных отопительных устройств на древесном топливе, таким образом заявляемая полезная модель соответствует критерию новизны.

Заявляемое устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных и традиционных для производства отопительных устройств технологических процессов и материалов. Таким образом,

заявляемая полезная модель соответствует критерию промышленной

применимости.

Конструкция заявляемого отопительного устройства поясняется эскизом Фиг. 1, на котором изображен вертикальный разрез устройства в варианте исполнения с газосборной воронкой, но без емкости для сбора конденсата.

Отопительное устройство содержит бункер для твердого топлива 1 с

загрузочным люком 12, расположенную в нижней части бункера зону (камеру) газификации 2, камеру дожигания 3, воздуховоды подачи первичного воздуха 4, воздуховоды подачи вторичного воздуха 5, емкость с водой 6, внутри которой расположен жаротрубный теплообменник 7, соединенный выходным

дымоходом с дымососом 8. Дополнительный газоход 9, соединенный в своей верхней части с газосборной воронкой 10, проходит сверху вниз до камеры дожигания, и его нижнее отверстие расположено в конечной (по ходу движения горючих газов) точке факела пламени

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Отопительное устройство работает следующим образом. Древесное топливо 1 1 (например, дрова или щепа естественной влажности) загружается в бункер 1 через загрузочный люк 12 на боковой стенке бункера. Под действием силы тяжести древесное топливо опускается вниз, последовательно проходя через зону сушки (верхняя часть бункера), зону сухой перегонки (нижняя часть бункера) и попадает в зону (камеру) газификации 2. В этой зоне топливо воспламеняется от внешнего источника (на эскизе не показан) и горит в атмосфере первичного воздуха, поступающего в зону газификации и

первичного горения через воздуховод 4.

Горючие газы (водород, метан, угарный газ), образовавшиеся в результате первичного пиролиза древесины и химического восстановления при контакте с раскаленным углем, поступают в камеру дожигания 3, где смешиваются со вторичным воздухом, поступающим через воздуховод 5, и сгорают в факеле 13. Раскаленные продукты сгорания из камеры дожигания поступают в

жаротрубный теплообменник 7, где передают свое тепло воде, находящейся в емкости 6, а затем через выходной дымоход с дымососом 8 выбрасываются в дымовую трубу (на эскизе не показана) и далее в атмосферу.

Испаряющаяся из сырой древесины влага в виде водяного пара с температурой 100-120 С поднимается ("всплывает") в верхнюю часть топливного бункера 1 и через газосборную воронку 10 поступает в дополнительный газоход 9.

Движение водяного пара сверху вниз по дополнительному газоходу 9

происходит под воздействием разрежения (перепада давлений), создаваемого дымососом 8 в камере дожигания 3; кроме того, движению пара сверху вниз по дополнительному газоходу 9 способствует разница в удельном весе пара, имеющего температуру 100-120 С и продуктов сгорания в камере дожигания, имеющих температуру более 800-900 С. Удаление, или по крайней мере, значительное сокращение количества водяного пара в зоне первичного горения способствует устойчивому горению древесного топлива.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Водяной пар через дополнительный газоход 9 подводится к конечной (по ходу движения горючих газов) точке факела 13. В этой зоне смешение горючих газов и вторичного воздуха уже полностью завершено, и поэтому появление водяного пара не будет препятствовать процессу горения. Угарный газ, некоторое количество которого неизбежно будет присутствовать в потоке водяного пара, оказавшийся в зоне высоких (более 900 С) температур в наиболее нагретой части факела 13 сгорает во вторичном воздухе.

Полному дожиганию угарного газа способствует и водяной пар, который при высоких температурах вступает в реакцию с угарным газом по формуле:

Н2О + СО = Н2 + СО2 . В результате реакции образуются два безвредных для здоровья человека газа (водород и углекислый газ). Эта реакция

сопровождается выделением тепла, и таким образом не препятствует

основному процессу горения в камере дожигания. Кроме того, при высоких температурах водяной пар вступает в реакцию с мельчайшими частицами несгоревшего угля (сажи) и дожигает их по формуле: Н2О + С = Н2 +СО, а возникающее в результате реакции ничтожное количество угарного газа дожигается в описанных выше реакциях. Возможность уничтожения

(дожигания) мельчайших частиц угля (сажи) весьма важна, т.к. по современным данным эти частицы являются сильным канцерогеном, и их содержание в дымовых газов жестко лимитируется.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)