ИНФРАКРАСНЫЙ ГАЗОВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к области теплотехники, а конкретно, к нагревательным устройствам и может быть использовано для обогрева больших помещений, например, фабрик, магазинов, спортивных сооружений, строительных площадок, ангаров, складов, а также для тепловой обработки материалов и изделий в сушильных и термических печах в металлургической, авиационной, машиностроительной и других областях промышленности.

Известна радиационная горелка, содержащая рефлектор, отражающие стенки которого выполнены из металлических листов, под воздействием горелки или горелочной пластины металлические стенки нагревают и осуществляют тепловое излучение. По обе стороны горелочной пластины имеются две расположенные одна против другой отражающие стенки разной ширины. При наклонном размещении горелочной пластины нижняя отражающая стенка выполнена более узкой, чем верхняя отражающая стенка. Широкая отражающая стенка имеет направленный вверх изгиб [1]
Известен газовый нагреватель, ближайший по технической сущности и принятый за прототип, содержащий инжекционную горелку со смесителем, входное сечение которого выполнено регулируемым, пазовое сопло, патрубок подачи воздуха, а на выходе горелки установлен излучатель [2]
Недостатком данной горелки является неустойчивое горение на переменных режимах работы, высокий уровень шума при горении, малая эффективность при использовании и пожароопасность.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности теплоотдачи, снижение уровня шума, повышение устойчивости работы в широком диапазоне изменения режимных параметров и повышение безопасности работы нагревателя.

Поставленная задача решается тем, что инфракрасный газовый нагреватель содержит инжекционную горелку со смесителем и с регулируемым входным сечением сопла. На выходе горелки установлен излучатель. Новым является то, что излучатель установлен на выходе горелки с образованием канала вокруг нее, выполнен в виде трубы Вентури, переходящей в трубу равномерного сечения. При этом, выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури. Горелка установлена с возможностью перемещения вдоль оси относительно излучателя. Отношение площадей сопла подвода газа к площади камеры смешения составляет 20-50.

Патрубок подвода воздуха установлен на входе камеры смешения с образованием кольцевого сопла подвода газа вокруг него и с возможностью перемещения вдоль продольной оси. При этом, вход в камеру смешения спрофилирован. На выходе излучателя может быть установлен диффузор. Кроме того, нагреватель может быть установлен под углом до 5 к горизонтальной плоскости.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез инфракрасного газового нагревателя.

На фиг. 2 представлено сопло подвода газа в камеру смешения горелки.

Инфракрасный газовый нагреватель включает инжекционную горелку, содержащую входное устройство воздуха (патрубок) 1, представляющее собой патрубок с конфузорным входом, установленный с возможностью перемещения вдоль оси в передней стенке корпуса форкамеры 2 (например, на резьбе). Входное устройство подачи воздуха 1 установлено в камере смешения 3 с образованием кольцевого сопла 4 вокруг него для подвода газа в камеру смешения 3. Газ подается через патрубок 5 в форкамеру 2, охватывающую входное устройство подачи воздуха 1 и часть камеры смешения 3. На выходе камеры смешения 3 горелки установлен излучатель 6 с образованием канала вокруг нее. Излучатель выполнен в виде трубы Вентури 7, переходящей в трубу равномерного сечения 8, на выходе которой установлен диффузор 9. Выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури 7. Горелка установлена с возможностью перемещения вдоль оси относительно излучателя 6. Для чего излучатель 6 на пилонах 10 закреплен с втулкой 11, которая установлена на горелке посредством, например, резьбового соединения. Отношение площадей сопла 4 подвода газа к площади камеры смешения 3 составляет 20-50. Входная кромка камеры смешения 3 выполнена спрофилированной таким образом, что при перемещении вдоль оси входного устройства подвода воздуха 1 площадь проходного сечения сопла 4 подачи газа будет изменяться.

Работает инфракрасный газовый нагреватель следующим образом.

Газ с низким давлением Р_o 5-200 мм вод. столба подается в форкамеру 2 по патрубку 5 и через кольцевое сопло 4 поступает в камеру смешения 3. Скорость истечения газа из сопел достигает 60-70 м/с. Высокоскоростная струя газа подсасывает воздух из атмосферы через входное устройство подачи воздуха 1. Проходная площадь кольцевого сопла 4 подвода газа может регулироваться перемещением в осевом направлении входного устройства подвода воздуха 1. Соотношение площадей сопла и площади камеры смешения составляет 20-50, что обеспечивает коэффициент эжекции объемной примерно 5-8. В камере смешения 3 газ и воздух постепенно смешиваются, образуя на срезе камеры смешения горячую смесь со скоростью смеси до 8-12 м/с. Излучатель 6, расположенный на выходе из горелки, эжектирует вторичный воздух из атмосферы. При этом срез камеры смешения 3 расположен до горла трубы Вентури в зоне низких скоростей вторичного потока воздуха, подсасываемого из атмосферы, что предотвращает отрыв пламени от среза камеры смешения 3 горелки. Смесь поджигается устройством воспламенения, например, запальником (на фиг. не показан)). Так как скорость движения смеси более чем на порядок превышает нормальную скорость распространения пламени 40-60 см/с, то горение образуется в слое смешения струи, истекающей из горелки частичного смешения и потоком воздуха подсасываемой этой струей. Оба потока движутся спутно, вследствие чего замедляется скорость смешения потоков, а длина пламени увеличивается (до 2 м). Постепенное смешение и постепенное сгорание по длине нагревателя 6 дает возможность избежать зон локального перегрева трубы нагревателя 6, получить равномерную температуру нагрева на большой длине (до 3 м). Высокая скорость истечения из горелки частичного смешения позволяет получить коэффициент эжекции 2-3 при полном давлении смеси до 200 Па. Этого давления достаточно, чтобы организовать поток в трубе нагревателя длиной до 60-70 диаметров трубы. Выхлоп из нагревателя 6 может осуществляться непосредственно в помещении, если свободной конвекцией продукты сгорания удаляются из помещения. Выхлоп может осуществляться в коллектор, если используется несколько излучателей. При этом, дополнительная вытяжка осуществляется дутьевым вентилятором или другим способом.

Таким образом, применение горелки частичного смешения с входом газа по периферии канала и с последующим подсосом вторичного воздуха позволяет организовать устойчивое горение при давлении газа Р₀ ≈ 50-2500 Па, что соответствует запасу устойчивости горелки ≈ 7. Обычные горелки полного смешения имеют запас около 3. Вследствие малых скоростей перемешивания, увеличивается длина пламени, что дает более равномерный нагрев излучающей трубы, что увеличивает эффективность теплообмена. Вследствие низких скоростей потока и ламинарного, диффузного горения, горелка становится практически бесшумной. Вследствие расположения горелки до трубы Вентури, горелка практически не реагирует на колебания давления в выхлопной системе в широком диапазоне давлений Δp~ 100-300 Па. Горелка неопасна в пожарном отношении. При срыве пламени и отказе системы автоматики коэффициент эжекции вторичного воздуха увеличивается, смесь обедняется. Выброс бедной смеси из горелки излучателя может не вызвать опасности ее возгорания, так как концентрация газа может уменьшиться до 4% и менее.

При установке инфракрасного газового нагревателя под углом до 5^o к горизонтальной плоскости появляется дополнительная тяга за счет перепада давлений из-за разности высоты установки входа и выхода.

Кроме того, при горизонтальной установке нагревателя, образующийся при охлаждении продуктов сгорания на выходе из нагревателя конденсат выливается. В этом случае нагреватель должен быть снабжен устройством для сбора конденсата. При установке нагревателя под углом 5^o конденсат не выливается, что повышает удобство эксплуатации инфракрасного газового нагревателя.

Использование: в области энергетики для обогрева больших помещений, а также для тепловой обработки материалов и изделий в сушильных и термических печах. Сущность изобретения: излучатель 6 установлен вокруг горелки с образованием канала и выполнен в виде трубы Вентури, переходящей в трубу 8 равномерного сечения, при этом, выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури, горелка установлена с возможностью продольного перемещения относительно излучателя 6, а отношение площадей проходного сечения газового сопла 4 и камеры 3 сжигания равно 20-50. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Инфракрасный газовый нагреватель, содержащий инжекционную горелку со смесителем, входное сечение которого выполнено регулируемым, газовое сопло, патрубок подачи воздуха, а на выходе горелки установлен излучатель, отличающийся тем, что излучатель установлен вокруг горелки с образованием канала и выполнен в виде трубы Вентури, переходящей в трубу равномерного сечения, при этом выходное сечение горелки расположено до горла трубы Вентури, горелка установлена с возможностью продольного перемещения относительно излучателя, а отношение площадей проходного сечения газового сопла и камеры смешения равно 20 50. 2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что патрубок подачи воздуха заведен во входной участок камеры смешения с образованием кольцевого сопла вокруг него для подачи газа и установлен с возможностью продольного перемещения, при этом вход в камеру смешения спрофилирован. 3. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что на выходе излучателя установлен диффузор. 4. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что он может быть установлен под углом до 5^o к горизонтальной плоскости.