ОБОГРЕВАТЕЛЬ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F23D14/18 

Изобретение относится к области автономных обогревателей, в которых для получения тепла используется принцип беспламенного каталитического окисления углеводородных топлив. Обогреватель предназначен для обогрева жилых и хозяйственных помещений, для обогрева объектов техники, а также для обогрева людей в походных условиях. Обогреватель является автономным устройством, и поэтому один обогреватель может быть последовательно использован для обогрева теплицы, для прогрева двигателя автомобиля, для обогрева водителя и т.п.

Известны обогреватели, в которых для получения тепла используется принцип глубокого каталитического окисления углеводородных топлив. Известен, например, каталитический нагреватель по авт. св. N 859764, М.кл.3 F 23 D 13/18 с пр. от 05.12.79 г., в котором используется каталитическое окисление паров бензина. Нагреватель содержит корпус, в котором установлен топливный бак, охваченный кольцевой каталитической насадкой, заключенной в обойму. В корпусе с зазором установлена обечайка, которая с одной стороны скреплена с насадкой, а с другой - с регулятором. В корпусе выполнены верхние и нижние окна, а верхняя стенка перфорирована отверстиями. Недостатками обогревателя является: сложность изготовления насадки кольцевой формы; ограничение доступа воздуха к катализатору; затруднен отвод продуктов реакции, что уменьшает теплоотдачу с излучающей поверхности.

Известен также газовый каталитический камин по Патенту RU N 2057277, F 24 C 3/00 с пр. от 07.10.92 г. Камин работает на газообразном углеводородном топливе и содержит корпус в виде коробки, внутри которой размещен тепловыделяющий элемент с катализаторной пластиной, газопровод и факельное устройство. С лицевой стороны корпуса выполнено окно, закрытое сеткой, а в нижней части корпуса выполнено отверстие, против которого расположено фитильное устройство. На корпусе расположен кран, регулирующий подачу газа. Недостатками известного камина является следующее: корпус и каталитический элемент выполнен как отдельные узлы, каталитический элемент установлен внутри корпуса с зазором, что усложняет конструкцию, затрудняет подвод воздуха и отвод продуктов окисления; ограничение удельной мощности из-за подачи газа сверху, без подогрева.

Известен также каталитический газожидкостный обогреватель по патенту RU N 2042884, 6 F 23 D 14/18, который выбираем за прототип. Обогреватель содержит корпус с внутренними отражающими поверхностями, вертикально установленную внутри корпуса каталитическую насадку, включающую слой катализатора и помещенный внутри каталитической насадки испаритель с парогазораспределительным коллектором, соединенным краном с газовой или бензиновой топливной емкостью. Топливная емкость - баллон с газом или бачок с жидким углеводородным топливом, сообщается через кран питания газом или через кран питания бензином с испарителем. Корпус снабжен шарнирно закрепленной теплоотражающей решеткой, с внутренней стороны отражающая поверхность корпуса выполнена криволинейной.

Недостатки известного решения:
Корпус и каталитическая насадка являются отдельными узлами, что усложняет конструкцию, увеличивает габариты и массу.

Каталитическая насадка установлена внутри корпуса, что ухудшает подвод воздуха и отвод продуктов реакции.

Каталитический элемент поджимается к трубкам испарителя; сложность поверхностей сопряжения усложняет сборку и не гарантирует герметичность по всем контактирующим поверхностям.

Пластины поворотной теплоотражающей решетки закреплены жестко, что вносит неопределенность при определении угла отражения.

Достоинства нового решения:
Функции корпуса и функции узла крепления каталитического элемента совмещены в одном узле, что позволяет упростить конструкцию, уменьшить габариты и массу обогревателя.

Корпус выполнен герметичным по всем стыкам и имеет выходное окно, закрытое каталитическим элементом. Каталитический элемент поджат к плоскости корпуса по периметру окна с заданным усилием, что обеспечивает герметичное сопряжение по периметру, и, как следствие, отсутствие утечек "недожженного" топлива через сопряжение.

Отражатель выполнен в виде пластины с внутренней отражающей поверхностью, установленной с возможностью поворота и фиксации в заданном положении. В зависимости от положения оси поворота тепловое излучение может быть направлено от горизонтального до вертикального вверх или вниз и от излучения вправо до излучения влево на любой заданный угол.

Сущность изобретения заключается в том, что корпус выполнен в виде коробки прямоугольного, овального или другого профильного поперечного сечения, герметизированной по всем стыкам, на одной или на двух боковых стенках которой выполнены выпускные окна, закрытые каталитическими элементами, установленными с припуском по периметру окон и поджатыми к лицевой поверхности корпуса прижимом. Корпус совместно с каталитическим элементом образует испарительную полость, в нижней части которой герметично установлен трубчатый испаритель. Полость корпуса сообщается с внешней средой только через поры каталитического элемента. Испаритель выполнен в виде вертикальной подающей трубки с входным патрубком, соединенным топливопроводом через кран с бензиновой емкостью или через штуцер с соплом - с газовым баллоном. В верхней части подводящей трубки установлены отводящие трубки с парогазораспределительными отверстиями, при этом нижние образующие отводящих каналов расположены выше поверхности топлива в топливном бачке. В основном варианте на лицевой поверхности корпуса выполнено одно выпускное окно, в других вариантах - на лицевой поверхности корпуса выполнены два и более окна прямоугольной, круглой или другой формы, при этом топливная емкость расположена с тыльной стороны корпуса. Следующий вариант - окна выполнены с двух противоположных сторон, при этом топливная емкость расположена с торцевой поверхности корпуса. Так как каталитический элемент практически одинаково полно окисляет как пары жидкого, так и газообразного углеводородного топлива, то обогреватель может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. При работе на жидком топливе входной патрубок испарителя через топливную трубку и кран соединен с топливной емкостью, заполненной бензином. Для работы на газообразном топливе кран подачи бензина перекрывают. Из испарителя выливают остатки бензина, после чего шланг от баллона с газом подключают к штуцеру подачи газа входного патрубка испарителя. С наружной стороны корпуса, с одной или с двух сторон, с возможностью поворота и фиксации в заданном положении, установлен отражатель, выполненный в виде пластины с внутренней отражающей поверхностью и отбортовками по краям. В закрытом положении плоскость отражателя установлена вертикально. Оси поворота отражателя могут быть установлены горизонтально ниже или горизонтально выше излучающей поверхности, а также вертикально слева или справа от излучающей поверхности. В зависимости от положения оси поворота тепловое излучение может быть направлено на любой заранее заданный угол от горизонтального до вертикального вниз или вверх, а также направлено влево или вправо.

На фиг. 1 изображен вариант обогревателя с одним выпускным окном, закрытым каталитическим элементом на лицевой поверхности корпуса; на фиг. 2 - вид сбоку, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху; на фиг. 4 - поперечный разрез испарителя с подающей трубкой, частично заполненной топливом, в увеличенном масштабе; на фиг. 5 - вариант обогревателя с двумя окнами на лицевой стороне корпуса, закрытыми каталитическими элементами, и отражателем с нижним расположением оси поворота; на фиг. 6 - вид А на фиг. 5, вид сбоку с отражателем, развернутым на угол 45 градусов и схема отражения теплового инфракрасного излучения вертикально вверх; на фиг. 7 - сечение Б-Б на фиг. 6, узел подачи жидкого или газообразного топлива с заглушкой в линии подачи газа; на фиг. 8 - вариант обогревателя с выпускными окнами, закрытыми каталитическими элементами с двух противоположных сторон; на фиг. 9 - поперечный разрез по В-В на фиг. 8; на фиг. 10 - узел крепления отражателя с вертикальной осью поворота; на фиг. 11 - вид сверху - по стрелке Б на фиг. 10, узел крепления отражателя, развернутого вокруг вертикальной оси и схема отражения излучения в бок.

Обогреватель состоит из корпуса 1, на боковой поверхности которого выполнено выпускное окно, топливоподающих элементов, каталитического элемента 2, поджатого с перекрытием по периметру окна к базовой боковой стенке прижимным элементом - рамкой 3. Корпус с расположенной на выходе каталитической пластиной образует испарительную камеру, в нижней части которой установлен трубчатый испаритель 4 с входным патрубком 5, соединенным топливной трубкой 6 через кран 7 с топливной - бензиновой емкостью 8 или через штуцер 9 (фиг. 7) - с газовой емкостью (на чертеже не показана). Корпус 1 выполнен в виде коробки прямоугольного, овального, трапециевидного, круглого или другого поперечного сечения, герметизированного по всем стыкам, на боковой поверхности которого выполнено как минимум одно выпускное окно. Боковая поверхность корпуса являются базовой для крепления каталитического элемента 2, т.е. является элементом узла крепления. Каталитическая пластина сопряжена с боковой поверхностью корпуса с перекрытием по периметру выпускного окна и поджата к наружной или внутренней поверхности боковой стенки с заданным усилием прижимной рамкой 3. Каталитический элемент 2 представляет собой носитель из термостойкого волокнистого материала с заданной проницаемостью, пропитанного катализатором, например, кобальтхромоксидным, который практически одинаково полно окисляет как пары жидкого, так и газообразного углеводородного топлива. Испаритель 4 выполнен в виде вертикальной подающей трубки с входным патрубком 5 в нижней части и отводящими трубками (змеевиком), расположенными в верхней части, при этом образующие каналов отводящих трубок расположены выше - максимального уровня бензина в топливной емкости, кроме того, в отводящих трубках выполнены парогазораспределительные отверстия, оси которых параллельны плоскости излучающей поверхности. Максимальный расход испаряемого бензина определяется площадью поперечного сечения вертикальной трубки, заполненной бензином, при установившейся температуре. Топливная емкость для бензинового и газового варианта имеет конструктивные различия, кроме того, в зависимости от варианта конструкции корпусе - выпускные окна с одной стороны или с двух противоположных сторон, топливная емкость расположена с тыльной стороны или с торцевой стороны корпуса. В бензиновом варианте топливная емкость 8 представляет собой бачок, заполненный бензином, имеющий на выходе кран 7 подачи топлива, соединенный топливной трубкой 6 со штуцером 10 входного патрубка испарителя, при этом штуцер 9 подачи газа закрыт заглушкой 11. В газовом варианте топливная емкость представляет собой баллон, заполненный сжиженным газом под давлением, имеющий на выходе редуктор, снижающий давление газа, подаваемого в испаритель. Максимальный расход газа определяется площадью поперечного сечения калиброванного отверстия - сопла в штуцере 9, установленного во входном патрубке 5 испарителя. С наружной стороны корпуса, с возможностью поворота и фиксацией в заданном положении установлен отражатель 12, выполненный в виде пластины с внутренней отражающей поверхностью и отбортовками по краям, прижимаемыми к поверхности корпуса винтами 13. Оси поворота отражателя могут быть установлены горизонтально ниже или горизонтально выше излучающей поверхности, а также вертикально слева или справа от излучающей поверхности. В зависимости от положения оси поворота тепловое излучение может быть направлено на любой, заранее заданный угол - от горизонтального положения до вертикального вверх или вертикального вниз и от направления вправо до направления влево.

Принцип работы обогревателя основан на экзотермической реакции окисления паров жидкого или газообразного углеводородного топлив кислородом воздуха на поверхности катализаторов. Для работы обогревателя необходимо прогреть каталитический элемент до температуры начала каталитической реакции. Возбуждение реакции - розжиг, может осуществляться нагретой электрической спиралью, газовым факелом и другими способами. Наиболее универсальным являются розжиг открытым пламенем путем поджига бензина, налитого в плошку, установленную под каталитическим элементом, при этом происходит нагрев каталитического элемента и начальное испарение топлива в испарителе. При работе на жидком углеводородном топливе, например бензине, перед началом работы открывают кран подачи бензина 7. Бензин из топливного бочка 8 через топливную трубку 6 поступает в вертикальную подающую трубку испарителя. Вертикальная трубка самотеком заполняется бензином до уровня бензина в топливном бочке. Испарение бензина происходит по площади поперечного сечения вертикальной трубки. Интенсивность испарения возрастает по мере повышения температуры вплоть до момента стабилизации температуры бензина. Из вертикальной трубки пары бензина поступают в отводящие трубки, из которых через парораспределительные отверстия пары бензина равномерно распределяются в полости корпуса и поступают на внутреннюю поверхность прогретого до температуры каталитической реакции каталитического элемента, после чего, проходя через поры пропитанные катализатором, окисляются до углекислого газа, и паров воды с выделением тепла. Для работы на газообразном топливе кран подачи бензина перекрывают, из испарителя выливают возможные остатки бензина, после чего шланг от баллона через кран подачи газа (не показаны) подключают к штуцеру 9 патрубка 5 испарителя. Открывают кран подачи газа. Газ, проходя через сопло штуцера, трубки испарителя и парогазораспределительные отверстия, заполняет полость корпуса, после чего поступает на внутреннюю поверхность каталитического элемента и, проходя через поры каталитического элемента, разогретого до температуры начала каталитической реакции, окисляется до углекислого газа и паров воды с выделением тепла. Таким образом при работе как на жидком, так и на газообразном топливе, в результате каталитической реакции выделяется тепло, при этом основную часть выделяемого тепла составляет тепловое инфракрасное излучение. В приведенных конструкциях обогревателей излучающая поверхность расположена вертикально, а излучение направлено горизонтально. Для изменения направления теплового излучения служит отражатель, который установлен с возможностью поворота и фиксации в заданном положении. В зависимости от положения оси поворота и угла поворота отражателя относительно излучающей поверхности излучение может быть направлено на любой заданный угол в диапазоне от горизонта до вертикально вверх (фиг. 6) при расположении оси поворота горизонтально снизу от излучающей поверхности или вертикально вниз - при верхнем расположении оси поворота. При вертикальном расположении оси поворота излучение может быть направлено влево - при расположении оси поворота справа или вправо (фиг. 11) - при расположении оси поворота отражателя слева.

Обогреватель каталитический относится к области автономных обогревателей, в которых для получения тепла используется принцип каталитического окисления углеводородных топлив, и предназначен для обогрева помещений, объектов техники и людей. Обогреватель состоит из корпуса, выполненного в виде коробки прямоугольного или др. поперечного сечения, герметизированной по всем стыкам, на одной или двух сторонах которой выполнены окна, закрытые с припуском по периметру каталитическими элементами, поджатыми прижимом. В нижней части полости корпуса установлен трубчатый испаритель, через топливную трубку и кран соединенный с топливной емкостью. С наружной стороны корпуса установлен поворотный отражатель, предназначенный для изменения направления теплового инфракрасного излучения. Такое выполнение обогревателя позволяет упростить конструкцию, повысить эффективность обогрева. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Обогреватель каталитический, содержащий корпус, каталитический элемент, трубчатый испаритель, топливоподающие элементы и топливную емкость, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме коробки профильного поперечного сечения, герметизированной по всем стыкам, на лицевой поверхности которой выполнено как минимум одно окно, закрытое с перекрытием по периметру каталитическим элементом, поджатым прижимом к лицевой поверхности корпуса, при этом в нижней части полости корпуса герметично установлен испаритель, соединенный топливопроводом с топливной емкостью. 2. Обогреватель каталитический, содержащий корпус, каталитический элемент, трубчатый испаритель, топливоподающие элементы и топливную емкость, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме коробки профильного поперечного сечения, герметизированной по всем стыкам, с двух противоположных сторон которой выполнены окна, закрытые с перекрытием каталитическими элементами, поджатыми прижимами к боковым поверхностям корпуса, при этом в нижней части полости корпуса герметично установлен испаритель, соединенный топливопроводом с топливной емкостью, установленной с торцевой стороны корпуса. 3. Обогреватель каталитический по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в топливоподающую линию между топливной емкостью с углеводородным газом и испарителем встроено калиброванное сопло. 4. Обогреватель каталитический по пп.1 и 2, отличающийся тем, что с наружной стороны корпуса с возможностью поворота вокруг оси и фиксации в заданном положении, установлен отражатель с внутренней отражающей поверхностью.