Система воздушного отопления на базе газового конвектора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ НА БАЗЕ ГАЗОВОГО КОНВЕКТОРА(71) Заявитель Королев Геннадий Витальевич(72) Автор Королев Геннадий Витальевич(73) Патентообладатель Королев Геннадий Витальевич(57) Система воздушного отопления на базе газового конвектора, содержащая конвектор с камерой сгорания газа, стенки которой выполнены из керамической огнеупорной смеси,теплообменники из трубчатых воздуховодов, отличающаяся тем, что содержит поворотные плинтусы, установленные с возможностью регулировки воздухозабора в подпольное пространство из помещения, а нижние концы трубчатых воздуховодов заглублены через отверстия в полу в подпольное пространство. 82182012.04.30 Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к устройствам для обогрева жилых, производственных и бытовых помещений с использованием сжиженного или природного газа. В последнее время в США, Европе, Скандинавских странах и России нашли широкое применение для обогрева помещений газовые конвекторы, работающие как на природном,так и на сжиженном газе. Это объясняется как их высокой экологичностью, экономичностью, так и ростом цен на уголь, нефть, торф, дрова и другие источники отопления зданий, а также тем, что перевод автомобилей на газовое горючее способствовал созданию широкой сети газозаправочных территориальных станций, а также возможности работы таких высокоэкологичных отопителей при отсутствии воды и электричества 1, 2. Газовые конвекторы имеют неоспоримые преимущества перед другими отопительными системами, так как в отличие от систем водяного отопления, которое требует больших капитальных вложений и затрат на монтаж котла, труб по всему дому, радиаторов в каждой комнате, затраты на монтаж конвекторной системы значительно ниже, отсутствует шум, газ более экологичен, а отопители такого типа идеально подходят для помещений, не предназначенных для постоянного проживания. Даже при отсутствии природного газа отопитель надежно работает на сжиженном. Газоотопительные конвекторы при всех достоинствах имеют ряд недостатков, в том числе локальный перегрев небольших участков отапливаемого помещения. А потому в инструкциях их монтажа указано, что конвектор следует монтировать под окном помещения. Надежное отопление большого помещения осуществляется несколькими отопителями,устанавливаемыми под окнами в разных частях помещения, а отопление здания, состоящего из нескольких комнат, требует монтажа отопителей в каждой комнате. Кроме того, в камере сгорания газа такого конвектора теплопередача осуществляется чаще всего теплообменом через тонкую стенку из гофрированной жаропрочной стали, которая очень дорога,а знакопеременные при нагреве и охлаждении термические напряжения рвут пластину по сварным швам, существенно снижая совместно с прогаром время эксплуатации отопителя. Отливки теплообменников из чугуна, которые используются в английских, турецких и украинских конвекторах, имеют невысокую надежность в связи со сложностью получения герметичной пустотелой отливки, а также появлением термических трещин в таких отливках в процессе эксплуатации, сокращающих срок функционирования газового конвектора. В то же время в термических печах, где используются газовые горелки, стенки камеры сгорания печей формуются герметичными с использованием футеровки из огнеупорных керамических материалов, выдерживающих огромное количество высокотемпературных циклов нагрева и охлаждения без нарушения герметичности. Основным требованием к газовым конвекторам является надежность и эффективность теплообмена в камере сгорания и теплопередачи горячего воздуха из камеры сгорания в атмосферу отапливаемого помещения, причем главной задачей безопасности при этом является предотвращение попадания продуктов сгорания газов в атмосферу отапливаемого помещения. Известны теплоагрегаты Королева 3, 4, теплоотдача в которых осуществляется через трубчатые теплообменники, эффективность которых почти в пять раз выше плоскостных. Известна система воздушного отопления Королева 5, функционирование которой осуществляется за счет калорифера из трубчатых воздуховодов. К недостаткам этой системы относятся необходимость электроэнергии для ее функционирования, а также потребность в монтаже воздуховодов, подающих холодный воздух из отапливаемых помещений,что возможно лишь в период строительства здания и требует больших капитальных затрат при монтаже подобной системы в уже готовом здании. Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение области применения и эффективности систем воздушного отопления на базе газового отопительного конвектора,снижение стоимости изготовления камеры сгорания и теплообменника в целом, повышение надежности работы конвектора и системы воздушного отопления. 2 82182012.04.30 Для этого предлагаемый конвектор, теплообменники которого пропущены через камеру сгорания, сформированную из огнеупорной оформляющей герметичной смеси, имеет трубчатые воздуховоды-теплообменники, нижняя часть которых пропущена через отверстия в полу в зону подпольного пространства. Теплообменники чаще всего выполнены из труб толстостенного (до 8 мм) чугуна, а потому имеют меньшую стоимость по сравнению с жаропрочной сталью, а также обладают высокой термической циклической стойкостью,что способствует их более низкой стоимости и высокой эксплуатационной надежности по сравнению с тонкостенной жаропрочной сталью. Регулирование режимов воздухозабора из отапливаемого помещения в подпольное пространство осуществляется путем подъема или опускания плинтусов пола в определенных зонах или соседних комнатах. При перегреве воздуха, находящегося внутри воздуховодов, возникает конвективный поток, создающий малое разрежение в подпольном пространстве и небольшое повышение давления в атмосфере отапливаемого помещения. За счет этого холодный воздух из отапливаемого помещения через поднятые плинтусы пола поступает в подпольное пространство, а нагретый - вдоль помещения стремится к зоне забора воздуха. Возникает замкнутый непрерывный круговой поток воздуха как внутри отапливаемого помещения, так и подпольной зоне. Следует учесть, что для надежности функционирования этого стабильного потока подпольное пространство здания должно быть загерметизировано от внешней атмосферы. При этом кроме конструктивных особенностей камеры сгорания и системы воздухообмена предлагаемый конвектор по комплектации, монтажу,функционированию, составу основных узлов и приборов, контролирующих и регулирующих процессы работы конвектора, не отличается от серийно выпускаемых сегодня чешских, английских, итальянских, венгерских, польских, турецких и украинских изделий. Только сочетание элементов системы воздушного отопления и трубчатых воздуховодовтеплообменников обеспечивает принципиально новые качества функционирования системы воздушного отопления больших помещений на базе газоотопительного конвектора. Безопасность и надежность функционирования подобных систем отопления на базе газового конвектора обеспечивается за счет разделения воздушных потоков системы теплообмена в газовой горелке и обеспечения локальной системы воздухоподачи из атмосферы в зону горения газа, а также выбросов продуктов сгорания газа в атмосферу аналогично тому, как это осуществляется во всех конвекторах за счет естественной циркуляции в коаксиальной трубе воздухообменника, где продукты сгорания газа, проходя по внутреннему воздуховоду, обеспечивают некоторый подогрев атмосферного воздуха, подающегося в камеру сгорания газа. При работе газоконвектора зоны камеры сгорания газа и теплообмена полностью изолированы от нагреваемого воздуха в помещении. Для сжигания газа используется воздух из окружающей атмосферы, что сохраняет кислород помещения, обеспечивая высокую экологичность и безопасность атмосферы в отапливаемом помещении. Предлагаемая система воздушного отопления на базе газового конвектора обеспечивает надежную герметичность камеры сгорания за счет футеровки камеры сгорания, а также эффективность и надежность процессов теплообмена при использовании дешевых чугунных трубчатых теплообменников. Теплообмен в трубчатых воздуховодах, проходящих через камеру сгорания, создает в трубчатых теплообменниках конвективный поток, при котором воздух засасывается из подпольного пространства, создавая стабильный конвективный теплообмен за счет воздухозабора, поступающего в подпольное пространство воздуха из отапливаемого помещения через поднятые плинтусы, и равномерного конвективного потока нагретого воздуха по отапливаемому помещению от конвекторов к воздухозаборам. Минимальное давление, создаваемое при поступлении горячего воздуха из теплообменников и заборе холодного воздуха из подпольного пространства, обеспечивает стабильную 3 82182012.04.30 работу воздушного отопления за счет конвекции даже при отсутствии электроснабжения. Для надежности функционирования этой системы отопления необходима герметизация подпольного пространства от внешней воздушной среды здания. Предлагаемая система воздушного отопления надежно работает лишь с трубчатыми воздухообменниками. Несколько теплообменников из чугунных труб толщиной 6-8 мм,имеющих литую страховую шейку, пропускают через камеру сгорания газа, стенки которой (донная, боковые) отформованы из жароупорной керамической смеси, располагаемой в тонкостенном из нержавеющей стали или алюминия защитном контуре камеры сгорания, верхняя поверхность которой оформляется чугунной литой плитой, имеющей отверстия, соосные с донной частью, через которые вставляются трубчатые теплообменники,верхняя часть которых фиксируется в плите с помощью страховой шейки, а нижняя часть вводится в подпольное пространство. Так как стенки, днище и верх камеры сгорания выполнены из жаропрочных керамических материалов толщиной порядка 80-100 мм, то при непрерывной работе конвектора в течение 30 минут их наружная поверхность достигает температуры 250 С, что недопустимо по требованиям пожарной безопасности. Для обеспечения норм пожарной безопасности такого конвектора камера сгорания располагается внутри термозащитного кожуха, нижняя часть которого для забора воздуха из помещения не имеет стенки, а в лицевой стенке вверху кожуха имеется полость с пылеулавливающей накладкой для выхода горячих газов в отапливаемое помещение. Горячие слои воздуха, поступающие из верхних частей трубчатых теплообменников, а также охлаждаемых стенок камеры сгорания, поступает в отапливаемое помещение через полость с пылеулавливающей накладкой, при этом нагрев стенок защитного кожуха от инфракрасного излучения не превышает 100 С, что соответствует нормам пожарной безопасности. При сборке камеры сгорания на края керамической оболочки опускается чугунная пластина, имеющая отверстия для монтажа трубчатых теплообменников, снабженных кольцами в головной части, предохраняющими от выпадения теплообменников из чугунной пластины. Возможные зазоры, через которые продукты сгорания могут попасть в атмосферу отапливаемого помещения, замазываются жаростойким герметиком. Подобная горелка сохраняет свои многолетние эксплутационные свойства даже при длительном в перерыве работе конвектора. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на фиг. 1 представлены элементы системы воздушного отопления, фиг. 2 - конвектор камеры сгорания с трубчатыми теплообменниками. Широко используемые в конвекторах апробированные во всех странах типовые коаксиальные системы воздухозабора из окружающей среды для горения газа и воздухоотвода сгоревших газов, подачи газа, зажигания газа пьезозапальником, приборы регулирования режимов работы конвектора являются типовыми для всех конструкций эксплуатируемых газоконвекторов, и потому приводить их описание заявитель посчитал нецелесообразным. Ни в тексте описания, ни на чертежах они не отмечены. На фиг. 1 наружная стена отапливаемого помещения 1, газовый конвектор 2, окно в отапливаемом помещении 3, подпольное пространство 4, лаги подпольные 5, пол помещения 6, поворотные регулирующие воздухообмен плинтусы 7, введенные в подпольное пространство трубчатые теплообменники 8, коаксиальная труба для забора воздуха из атмосферы и вывода отработанных газов за пределы отапливаемого помещения 9, защитный колпак, предотвращающий задувание горелки ветром 10, газовый баллон 11, защитный сейф газового баллона 12, ввод газоподводящих труб 13 в газовый конвектор. На фиг. 2 полость для вывода горячего воздуха из термозащитного кожуха в отапливаемое помещение 14, стенка термозащитного кожуха 15, пылеулавливающая накладка 16,теплозащитное пространство между камерой сгорания и термозащитным кожухом 17, керамическая стенка камеры сгорания 18. 4 82182012.04.30 Работает предлагаемая система следующим образом. Включается газ от баллона 11, который по трубопроводу 13 поступает в камеру сгорания конвектора 2 и поджигается пьезозапальником (на чертеже не представлен). В зависимости от потребности отопления различных зон здания осуществляется регулировка отопительной системы поворотными плинтусами 7. Устанавливается контрольная температура помещения (термодатчики не указаны на схеме). Воздух, забираемый из помещения в подпольное пространство через поворотные плинтусы 7, проходит затем через раскаленные в камере сгорания воздуховоды и через зазор между стенками термозащитного кожуха 15 и камерой сгорания поступает в отапливаемое помещение, минуя полость ввода 14 и пылеулавливающую накладку 16. Создаваемая естественная конвекция слоев воздуха в атмосфере здания и подпольном пространстве обеспечивает равномерный прогрев помещений здания. Предлагаемая система воздушного отопления низка по стоимости, надежна по экологии и пожаробезопасности, работает и на сжиженном газе, а также в отсутствии электроэнергии и воды в помещениях временного проживания, что обеспечивает ее широкую применимость, особенно в зонах чрезвычайных происшествий и дачных помещениях. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5