ИНЖЕКЦИОННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1995 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности, для оборудования бытовых газовых агрегатов, духовых шкафов газовых плит, проточных водонагревателей и других.

Известны горелки из стальных труб с размещенными по их длине круглыми или щелевидными огневыми отверстиями. На различных моделях плит использовались горелки, состоящие из двух параллельных трубок, из трубы, изогнутой П-образно, штампованные О-образные, согнутые по спирали.

Все эти горелки имеют невысокую эффективность сжигания газа. Величина коэффициента инжекции первичного воздуха ограничена требованиями стабильности процесса горения. Большая длина факелов обуславливает значительное расстояние до обогреваемых тел, что в свою очередь приводит к большим тепловым потерям и снижает КПД горелки.

Известны горелки инфракрасного излучения, в которых использован керамический огневой насадок. Преимуществами горелок этого типа, работающих в условиях предварительного смешения газа с необходимым для горения количеством воздуха, являются достаточно высокая полнота сжигания газа и относительно высокий КПД, за счет инфракрасного излучения и меньшего расстояния до обогреваемых тел. Недостатком таких горелок является сложность регулирования, возможность залива огневых отверстий пищей, невысокая прочность керамических насадков, низкая полнота сжигания газа при малых тепловых нагрузках и малый коэффициент рабочего регулирования.

Известна инжекционная газовая горелка для тепловой обработки пищевых продуктов, содержащая газораспределительную камеру и сопла, расположенные по окружности смесителя. Благодаря этому обеспечивается периферийная подача газа. Горелка снабжена перфорированным огневым насадком. Недостатком таких горелок является возможность залива огневых отверстий пищей, низкая полнота сжигания газа при малых тепловых нагрузках, низкий коэффициент рабочего регулирования.

Известна газовая горелка, содержащая стабилизатор горения, выполненный в виде набора кольцевых пластин, установленных между зубьями. Между зубьями и внутренними отверстиями пластин образуются конфузорные каналы, по которым проходит газовоздушная смесь. Такая конструкция горелки обеспечивает достаточно устойчивую работу в широком диапазоне нагрузок и более высокие показатели конвективной теплоотдачи в топке за счет вихревого движения продуктов сгорания. Горелка имеет сложную конструкцию и не позволяет уменьшить длину факелов.

Известна также инжекционная газовая горелка, содержащая огневой насадок, состоящий из распределительных трубок, связанных между собой. В верхней части трубок установлена пластина с продольными огневыми щелями. Коэффициент инжекции первичного воздуха в таких горелках составляет 0,6-0,7. Недостатком таких горелок является относительно низкий коэффициент инжекции первичного воздуха и значительная длина факелов, что соответствует потребности в больших размерах камеры водонагревателя для возможности доступа вторичного воздуха и обеспечения горения. Горелки имеют узкие пределы устойчивости работы, низкий коэффициент рабочего регулирования.

Наиболее близким техническим решением (прототип) к изобретению является инжекционная газовая горелка, имеющая насадок, на поверхности которого размещены круглые или прямоугольные отверстия. Недостатком известных горелок является низкий коэффициент инжекции первичного воздуха, значительная длина факелов, большие размеры огневой камеры для возможности доступа вторичного воздуха и обеспечения горения, узкие пределы устойчивости работы, невысокий коэффициент конвективной составляющей в рабочей камере. Содержание СО в продуктах сгорания.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности сжигания газообразного топлива за счет эффекта соударения встречных струй газовоздушной смеси. При этом наблюдается снижение длины факелов, повышение турбулизации горения и улучшение смесеобразования.

Сущность изобретения заключается в том, что инжекционная газовая горелка содержит огневой насадок, соединенный со смесительной камерой. Огневые отверстия горелки имеют форму сегмента и расположены напротив друг друга в торцах канавок. Размер огневого отверстия согласован с условием стабильности горения.

Насадок может быть выполнен в виде части сферы, тогда канавки с огневыми отверстиями располагают по периметру.

При выполнении насадка в виде распределительных трубок, связанных между собой, на поверхность которых устанавливают пластину, канавки с огневыми отверстиями размещают на пластине вдоль распределительных трубок.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что такая конструкция огневого насадка инжекционной газовой горелки авторам не известна.

При соударении встречных струй газовоздушных потоков наблюдается гашение энергии, улучшение смешения и снижение длины факела. Это позволяет приблизить горелку к обогреваемому телу и тем самым сократить потери тепла в окружающую среду.

За счет взаимного влияния встречных струй значительно увеличивается устойчивость по отношению к отрыву пламени. Это позволяет довести коэффициент первичного воздуха α₁ до 0,9 против рассматриваемых аналогов, которые работают с α₁ 0,6. Улучшается эжектирование вторичного воздуха, что обеспечивает полное сжигание газового топлива и значительное сокращение вредных выбросов в атмосферу.

Применение предлагаемых горелок позволит достичь следующий технический результат.

В случае размещения канавок с огневыми отверстиями вдоль распределительных трубок обеспечивается увеличенная площадь теплоотдачи. Повышение турбулизации горения позволяет обеспечить более высокие показатели конвективной теплоотдачи в топке за счет увеличения скорости движения продуктов сгорания.

Сокращается потребность во вторичном воздухе, следовательно, можно сделать рабочую камеру меньшего размера и тем самым сократить металлоемкость агрегата.

Изготовление такой конструкции огневого насадка не требует сложной технологии. Предлагаемая горелка может эффективно использоваться для оборудования проточных водонагревателей.

В случае размещения канавок с огневыми отверстиями по периметру части сферы уменьшение длины факелов позволит сократить расстояние от горелки до дна посуды, повышенная турбулентность горения улучшит теплоотдачу. Использование такой конструкции для оборудования духовых шкафов бытовых газовых плит позволит значительно сократить потери тепла и повысить экономичность газовых агрегатов.

Предлагаемое размещение канавок с огневыми отверстиями на поверхности насадка дает возможность наиболее эффективно рассчитать размеры отверстий и расстояние между ними. Ширина огневого отверстия принимается меньше критического размера, что исключает возможность проскока пламени во всем диапазоне рабочего регулирования. Таким образом, организация высокотурбулентного устойчивого горения позволяет увеличить КПД горелки, повысить эффективность и качество сжигания газа, значительно улучшить санитарно-гигиенические и экологические условия в помещении.

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области дает возможность сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1, 2 схематически изображена предлагаемая конструкция огневого насадка инжекционной газовой горелки; на фиг. 3 сечение огневого насадка в форме части сферы; на фиг. 4- поперечное сечение огневого отверстия; на фиг. 5 разрез на фиг. 2.

Инжекционная газовая горелка содержит смесительную камеру 1, на которой закрепляется огневой насадок 2 с канавками 3, образующими в торцах огневые отверстия в форме сегмента 4 и расположенные напротив друг друга.

Огневой насадок 2 может быть выполнен в виде части сферы (фиг. 1). В этом случае канавки 3 с огневыми отверстиями 4 размещены по периметру. В случае выполнения насадка 2 в виде распределительных трубок 5, связанных между собой, на поверхности которых установлена пластина 6, канавки 3 с огневыми отверстиями 4 выполняются на поверхности пластины 6 вдоль распределительных трубок 5.

Инжекционная газовая горелка работает следующим образом. Струи газовоздушной смеси вытекают из огневых отверстий 4 навстречу друг другу и при соударении образуют высокотурбулентную струю. При соударении газовоздушных струй происходит гашение энергии, улучшение смешения газа с воздухом и уменьшение длины факела. Взаимовлияние пламени повышает стабильность горения и позволяет организовать сжигание газа с α₁ > 0,6. Улучшается взаимодействие факела со вторичным воздухом, благодаря чему обеспечивается полнота сгорания. Таким образом значительно сокращается содержание СО в продуктах сгорания при неизменном содержании оксидов азота.

Ширина огневого отверстия 4 принимается меньше критического размера, это исключает проскок пламени во всем диапазоне рабочего регулирования. Предлагаемая форма и размещение огневых отверстий 4 позволяет обеспечить увеличенную площадь теплоотдачи, а повышение турбулентности горения увеличивает конвективную составляющую теплообмена. Снижение длины факела, уменьшение доли вторичного воздуха позволяет располагать горелку ближе к обогреваемому телу.

Полученные технические преимущества позволят значительно сократить потери тепла, повысить эффективность сжигания газообразного топлива, увеличить КПД горелки.

Использование горелки предлагаемой конструкции дает возможность уменьшить размеры топочной камеры, что приводит к экономии металла. Данная конструкция проста в изготовлении и технологична при сборке.

Использование: для оборудования духовых шкафов бытовых газовых плит, проточных водонагревателей и в других теплотехнических агрегатах. Сущность изобретения: в инжекционной газовой горелке, содержащей огневой насадок 2, соединенный со смесительной камерой 1, огневые отверстия 4 имеют форму сегмента и расположены напротив друг друга в торцах каналов 3, размещенных на насадке. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ИНЖЕКЦИОННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА, содержащая насадок с огневыми отверстиями, подключенный к источнику газовоздушной смеси, отличающаяся тем, что на насадке выполнены канавки, а огневые отверстия имеют форму сегмента и расположены друг напротив друга в торцах канавок. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что насадок выполнен в форме части сферы, а канавки с огневыми отверстиями расположены по ее периметру. 3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что насадок выполнен в виде скрепленных между собой распределительных трубок, на верхней части которых установлена пластина, а канавки с огневыми отверстиями размещены на ней вдоль распределительных трубок.