ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к области отопления, в частности к газовым горелкам, и может быть использовано в различных областях промышленности для отопления и сушки, например для обогрева людей, отопления рабочих зон промышленных и сельскохозяйственных помещений и т.п.

Известна излучающая горелка, содержащая корпус с установленным в нем инжекционным смесителем конфузорно-диффузорного профиля и плоской перфорированной излучающей насадкой на выходе, в которой смеситель выполнен с двумя плоскими стенками, параллельными поверхности насадки, причем одна из стенок, наиболее удаленная от насадки, выполнена за одно целое с днищем корпуса. (Авторское свидетельство SU 1104984 А1. Излучающая горелка. - МКИ 5: F 23 D 14/12. - Бюл. 5, 07.02.90).

Недостатком известного технического решения является малая эффективность его применения, т. к. тепло излучается только в одном направлении, а также низкая экологическая безопасность.

Известна газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая металлосетчатый излучатель, наружную сетку, смесители, коллекторы, сопла. Излучатель выполнен цилиндрической формы из сшитых между собой проволокой металлических сеток с излучающими боковой поверхностью и основанием. Горелка дополнительно снабжена смесераспределителем цилиндрической формы с теплоизоляцией как внутри перфорированной боковой поверхности, так и верхнего основания, и плотно установленной с внутренней стороны многослойной сетки, а также стойками, кольцами, установленными на стойках и сопрягающимися по внутреннему диаметру со смесераспределителем, и ограничителями перемещения колец, выполненными в виде втулок и установленными на стойках и кольцами каркас, к которому прикреплены с возможностью перемещения относительно направляющих горелки излучатель и наружная сетка, выполненная цилиндрической формы и с верхним основанием. Совместно с поверхностями смесераспределителя и излучателя в горелке установлены секции равномерного распределения газовоздушной смеси по поверхности излучателя. (Патент RU 2057989 С1. Газовая горелка инфракрасного излучения. - МКИ 6: F 23 D 14/12. - Бюл. 16, 10.04.96).

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции горелки, низкая производительность и экологическая безопасность.

Известна излучающая газовая горелка, содержащая инжекционный смеситель, состоящий из форсунки и инжекционной камеры с диффузором на выходе, и подключенный к нему излучатель, выполненный в виде коаксиальных с кольцевыми зазорами внутренней, промежуточной и наружной обечаек, образующих камеру сгорания. Внутренняя и промежуточная обечайки выполнены металлическими и перфорированы отверстиями с площадью проходных сечений, увеличивающейся по ходу потока. Отверстия промежуточной обечайки больше критических в 5-15 раз. Камера сгорания и образованный между внутренней и промежуточной обечайками кольцевой зазор заглушены крышкой с выходного торца. Основанием входного торца внутренняя обечайка подключена к выходному отверстию смесителя-диффузора и имеет перфорации с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени. Наружная обечайка выполнена металлической н перфорированной с площадью проходного сечения перфорацией, превышающей критические в 20-60 раз. Ширина кольцевых зазоров выполнена увеличивающейся от центрах периферии излучателя н составляет соответственно 1-3 мм н 5-10 мм. (Авторское свидетельство SU 1820152 А1. Излучающая газовая горелка. -МКИ 5: F 23 D 14/14.- Бюл. 21, 07.06.93.). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является достаточно большое количество выделяемых в окружающую среду вредных окислов при горении газа, что снижает экологическую безопасность горелки, а также низкая эффективность сгорания газа.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности сгорания газа и обеспечение экологической чистоты окружающей среды.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является получение высокопотенциального теплового излучения в окружающую горелку пространство с обеспечением чистоты среды обитания.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной газовой горелке инфракрасного излучения, содержащей газовую форсунку, инжекционный смеситель с диффузором на выходе и излучатель с коаксиальной обечайкой, обрамляющей излучатель с зазором 5-10 мм, выполненной из металла с площадью проходного сечения отверстий, превышающей критические в 20-60 раз, излучатель имеет перфорации с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, н подключен входным торцом к выходному отверстию смесителя-диффузора, а с противоположенного торца полость излучателя заглушена, согласно предложенному техническому решению, излучатель изготовлен керамическим с радиально выполненными перфорациями, сообщающимися с гнездами для сгорания газовоздушной смеси, образованными со стороны обечайки, при этом на уровне диффузора в зоне зазора по всему периметру излучателя расположен кольцеобразный трубчатый запальник с соплами для образования факелов пламени в направлении излучателя на расстоянии, обеспечивающем наружный переход пламени от одного сопла к другому, сообщающимися с кольцевым каналом трубчатого запальника, над последним установлен датчик контроля наличия факела пламени, причем запальник и смеситель ограждены снаружи панелью, в которой выполнено отверстие для розжига запальника, а ниже смесителя размещен блок автоматики, соединенный трубопроводом с запальником горелки; что излучатель имеет форму N-гранной призмы, состоящей из плоских секций-излучателей, при этом запальник и обечайка выполнены соответственно коаксиальными граням излучателя; что секции-излучатели соединены между собой посредством вертикально установленных V-образных стоек, сопрягающих секции по внутреннему контуру и ограничивающих смещение их по вертикали; что излучатель смонтирован из нескольких вертикально размещенных рядов секций-излучателей; что гнезда для сгорания газовоздушной смеси выполнены в виде горизонтальных канавок, которые сообщены по вертикали не менее чем с тремя рядами перфораций, а гребешки расположены между рядами перфораций соседних канавок; что к входу в смеситель подсоединен конфузор; что обечайка выполнена из плетеной сетки; что на панели подвижно установлена заслонка для закрытия и открытия отверстия при розжиге запальника; что на газопроводе к запальнику установлен тройник, выходы которого соединены посредством трубопроводов, огибающих диффузор, с запальником с двух диаметрально противоположных сторон, а на входе установлен дополнительный газовоздушный смеситель; что тройник расположен в плоскости запальника и с последним соединен изнутри его кольца; что над датчиком контроля наличия факела пламени установлен козырек дополнительной защиты факела на запальнике; что полость излучателя заглушена конусообразным распределителем газовоздушной смеси, вершина которого расположена в полости и направлена в сторону смесителя, образуя кольцевую газораспределительную камеру равномерного распределения газовоздушной смеси по внутренней поверхности излучателя; что конусообразный распределитель газовоздушной смеси выполнен полым; что конусообразный распределитель газовоздушной смеси выполнен из теплоизоляционного материала; что блок автоматики закреплен на остове горелки; что над заглушенной полостью излучателя размещен зонт полусферической формы, внутри которого установлен экран с обратным конусом и окнами для удаления продуктов сгорания, образующие полый зеркальный отражатель инфракрасного излучения; что зеркальный отражатель инфракрасного излучения закреплен на наклонных стойках, смонтированных другим концом на втулке, расположенной на остове горелки, что втулка на остове горелки расположена подвижно с возможностью регулирования положения отражателя по высоте излучателя; что окна выполнены в виде кольцевого зазора между зонтом и экраном; что в верхней части зонта выполнено отверстие для отвода из полости зеркального отражателя продуктов сгорания газа через трубу, закрепленную над отверстием зонта и соединенную другим концом с устройством, например, фильтрации продуктов сгорания.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной газовой горелки инфракрасного излучения, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан общий вид газовой горелки инфракрасного излучения; на фиг. 2 - общий вид нагревательного блока с устройством подготовки газовоздушной смеси; на фиг.3 - торец излучателя, вид А на фиг.2; на фиг.4 - керамический излучатель, сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - трубчатый запальник с датчиком контроля наличия факела пламени, сечение В-В на фиг.2; на фиг.6 - узел автоматики, вид Г на фиг.2; на фиг.7 - козырек дополнительной защиты факела пламени на запальнике, сечение Д-Д на фиг.2.

Газовая горелка инфракрасного излучения состоит из нагревательного блока 1, устройства подготовки газовоздушной смеси 2 и полого зеркального отражателя инфракрасного излучения 3, установленного над нагревательным блоком 1, смонтированных на остове 4 горелки (фиг.1). Отражатель 3 содержит зонт 5 полусферической формы, внутри которого установлен экран 6 с обратным конусом и окнами 7 для удаления продуктов сгорания, выполненными в виде кольцевого зазора между зонтом 5 и экраном 6. В верхней части зонта 5 выполнено отверстие 8 для отвода из полости 9 отражателя 3 продуктов сгорания газа через трубу 10, закрепленную одним концом над отверстием 8 зонта 5 и другим - с устройством, например, фильтрации продуктов сгорания. Отражатель 3 закреплен на наклонных стойках 11, смонтированных другим концом на втулке 12, расположенной подвижно на остове 4 горелки с возможностью регулирования высоты положения отражателя 3 относительно нагревательного блока. Нагревательный блок 1 включает в себя излучатель 13, обрамленный коаксиальной обечайкой 14 на расстоянии 5-10 мм, которая выполнена из металлической плетеной сетки с площадью проходного сечения отверстий, превышающей критические в 20-60 раз (фиг. 2). Излучатель 13 подключен входным торцом к выходному отверстию 15 устройства подготовки газовоздушной смеси 2. С противоположного торца полость излучателя 13 заглушена конусообразным распределителем газовоздушной смеси 16, вершина которого расположена в полости излучателя 13 и направлена в сторону отверстия 15, выполненного в верхней части устройства подготовки газовоздушной смеси 2, образуя кольцевую газораспределительную камеру равномерного распределения газовоздушной смеси по внутренней поверхности излучателя 13. Конусообразный распределитель 16 выполнен полым из теплоизоляционного материала. Устройство подготовки газовоздушной смеси 2 включает инжекционный смеситель с диффузором 17 на выходе и конфузором 18 на входе и блок автоматики 19, огражденные панелью 20, в которой выполнено отверстие 21 с заслонкой 22 для закрытия и открытия отверстия при розжиге горелки. На уровне диффузора 17 в зоне зазора между излучателем 13 и обечайкой 14 по всему периметру размещен кольцевой трубчатый запальник 23. Над запальником установлен датчик контроля наличия факела пламени 24. Кольцевой канал 25 запальника 23 сообщен посредством газопровода 26 с блоком автоматики 19, закрепленным на остове 4. На газопроводе 26 установлен тройник 27, на входе в который установлен дополнительный газовоздушный смеситель 28. Над датчиком 24 установлен козырек 29 дополнительной защиты факела на запальнике 23. Излучатель 13 имеет форму N-гранной призмы, состоящей из керамических плоских секций-излучателей, смонтированных из нескольких вертикально размещенных рядов, при этом запальник 23 и обечайка 14 выполнены соответственно коаксиальными граням излучателя 13 (фиг.3). Секции-излучатели соединены между собой посредством вертикально установленных V-образных стоек 30, сопрягающих секции по внутреннему контуру излучателя 13 и ограничивающих смещение их по вертикали. Излучатель имеет радиально выполненные перфорации 31 с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени (фиг.4). Перфорации 31 на излучателе 13 сообщаются с гнездами 32 для сгорания газовоздушной смеси, образованными на излучателе 13 со стороны обечайки 14. Гнезда 32 выполнены в виде горизонтальных канавок, которые сообщены по вертикали не менее чем с тремя рядами перфораций 31, а гребешки расположены между рядами перфораций соседних канавок. Выходы из тройника 27 газопровода 26 расположены в плоскости запальника 23 и, огибая диффузор 17, соединены с запальником 23 изнутри его кольца с двух диаметрально противоположных сторон (фиг. 5). На запальнике выполнены сопла 33 для образования факелов пламени в направлении излучателя 13 на расстоянии, обеспечивающем наружный переход пламени от одного сопла к другому, сообщающиеся с кольцевым каналом 25 трубчатого запальника 23. Ниже конфузора 18 размещена газовая форсунка 34, сопряженная посредством блока автоматики 19 с входным патрубком 35 газовой сети (фиг.6). Блок автоматики 19 закреплен на остове 4 горелки. Над датчиком контроля наличия факела пламени 24 установлен козырек 29 дополнительной защиты факела на запальнике 23 (фиг.7).

Газовая горелка инфракрасного излучения работает следующим образом.

Газ из сети через входной патрубок 35 попадает в устройство подготовки газовоздушной смеси 2. Открывают заслонку 22 и клапан блока автоматики 19. Газ через газопровод 26 поступает в дополнительный газовоздушный смеситель 28, в котором газ смешивается с воздухом, образуя газовоздушную смесь, и последняя поступает через тройник 27 и разветвленные газопроводы в запальник 23 с двух противоположных сторон изнутри кольца. Через отверстие 21 зажигают один факел на запальнике 23 и пламя переходит от одного сопла к другому, образуя кольцевой ряд факелов напротив каждой секции излучателя 13. Один из факелов запальника 23 нагревает датчик контроля наличия факела пламени 24, который автоматически открывает проход газа на форсунку 34. Газ, попадая из форсунки в конфузор 18, затем проходя через диффузор 17 смесителя, вместе с воздухом, втягиваемым струей газа и выходного отверстия 15, образует в смесителе газовоздушную смесь, которая поступает в полость излучателя 13 нагревательного блока 1. Газовоздушная смесь, встречая на своем пути вершину конусообразного распределителя газовоздушной смеси 16, распределяется равномерно в кольцевой газораспределительной камере по внутренней поверхности излучателя 13 и проходит через перфорации 31 излучателя 13 в гнезда 32 в виде горизонтальных канавок по всему периметру излучателя 13. Газовоздушная смесь в гнездах 32 загорается от всех факелов пламени, размещенных перед секциями-излучателями на запальнике 23, как вдоль горизонтальных канавок, так и по вертикали по всем рядам канавок и секций-излучателей, образуя инфракрасное излучение с температурой горения до 950^oС. Обечайка 14 служит интенсификатором и стабилизатором горения газовоздушной смеси и инфракрасного излучения. Излучатель 13, имеющий перфорации 31 с проходным сечением, меньшим критического, предохраняет горелку от проскока пламени в газораспределительную камеру. Тепловые лучи инфракрасного излучения, распространяясь от излучателя 13, отражаются через зонт 5 и обратный конус 6 отражателя 3 и направляются в пространство в определенном направлении. Продукты сгорания, выделяемые излучателем 13 и факелами пламени на запальнике 23, проходят между излучателем 13 и обечайкой 14, поднимаются к конусу 6, и обтекая последний, поступают через окна 7, выполненные в виде кольцевого зазора между зонтом 5 и экраном 6, в полость 9 отражателя 3, из которой через отверстие 8 и трубу 10 удаляются в устройство, например, фильтрации продуктов сгорания. Для изменения направленности инфракрасного излучения отражатель 3 имеет возможность изменения высоты положения относительно нагревательного блока 1 путем перемещения втулки 12 на остове 4 посредством наклонных стоек 11, закрепленных одним концом на втулке 12, а другим на экране 6. В случае затухания пламени на излучателе и запальнике горелки датчик контроля наличия факела 24 даст сигнал блоку автоматики 29 отключить газ от горелки. Козырек 36 выполняет функцию дополнительной защиты факела пламени под датчиком контроля его наличия 24 при случайном затухании факела пламени, например, от непредвиденного порыва воздуха и т.п.

На предложенную газовую горелку инфракрасного излучения изготовлена конструкторская документация, готовится опытный образец к опытным и сертификационным испытаниям.

Изобретение относится к области отопления, в частности к газовым горелкам, может быть использовано в различных областях промышленности для отопления и сушки, например для обогрева людей, отопления рабочих зон промышленных и сельскохозяйственных помещений и т.п. и позволяет получить высокопотенциальное тепловое излучение в окружающую горелку пространство и обеспечить экологическую чистоту окружающей среды. Для этого газовая горелка содержит нагревательный блок, включающий керамический излучатель. Излучатель имеет перфорации с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, сообщающиеся с гнездами для сгорания газовоздушной смеси со стороны обечайки, и установлен на устройстве подготовки газовоздушной смеси. Устройство подготовки газовоздушной смеси включает инжекционный конфузорно-диффузорный смеситель и блок автоматики, огражденные панелью с отверстием и заслонкой. Под смесителем размещена газовая форсунка. На уровне диффузора в зоне зазора между излучателем и обечайкой размещен кольцеобразный трубчатый запальник. Над соплом запальника установлен датчик контроля наличия факела пламени и козырек. 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая газовую форсунку, инжекционный смеситель с диффузором на выходе и излучатель с коаксиальной обечайкой, обрамляющей излучатель с зазором 5-10 мм, выполненной из металла с площадью проходного сечения отверстий, превышающей критические в 20 - 60 раз, излучатель имеет перфорации с проходным сечением, меньшим критического по проскоку пламени, и подключен входным торцом к выходному отверстию смесителя-диффузора, а с противоположного торца полость излучателя заглушена, отличающаяся тем, что излучатель изготовлен керамическим с радиально выполненными перфорациями, сообщающимися с гнездами для сгорания газовоздушной смеси, образованными со стороны обечайки, при этом на уровне диффузора в зоне зазора по всему периметру излучателя расположен кольцеобразный трубчатый запальник с соплами для образования факелов пламени в направлении излучателя на расстоянии, обеспечивающем наружный переход пламени от одного сопла к другому, сообщающимися с кольцевым каналом трубчатого запальника, над последним установлен датчик контроля наличия факела пламени, причем запальник и смеситель ограждены снаружи панелью, в которой выполнено отверстие для розжига запальника, а ниже смесителя размещен блок автоматики, соединенный трубопроводом с запальником горелки. 2. Газовая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что излучатель имеет форму N-гранной призмы, состоящей из плоских секций-излучателей, при этом запальник и обечайка выполнены соответственно коаксиальными граням излучателя. 3. Газовая горелка по п. 2, отличающаяся тем, что секции-излучатели соединены между собой посредством вертикально установленных V-образных стоек, сопрягающих секции по внутреннему контуру и ограничивающих смещение их по вертикали. 4. Газовая горелка по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что излучатель смонтирован из нескольких вертикально размещенных рядов секций-излучателей. 5. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что гнезда для сгорания газовоздушной смеси выполнены в виде горизонтальных канавок, которые сообщены по вертикали не менее чем с тремя рядами перфораций, а гребешки расположены между рядами перфораций соседних канавок. 6. Газовая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что к входу в смеситель подсоединен конфузор. 7. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что обечайка выполнена из плетеной сетки. 8. Газовая горелка по п. 1, отличающаяся тем, что на панели подвижно установлена заслонка для закрытия и открытия отверстия при розжиге запальника. 9. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на газопроводе к запальнику установлен тройник, выходы которого соединены посредством трубопроводов, огибающих диффузор, с запальником с двух диаметрально противоположных сторон, а на входе установлен дополнительный газовоздушный смеситель. 10. Газовая горелка по п. 9, отличающаяся тем, что тройник расположен в плоскости запальника и с последним соединен изнутри его кольца. 11. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что над датчиком контроля наличия факела пламени установлен козырек дополнительной защиты факела на запальнике. 12. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что полость излучателя заглушена конусообразным распределителем газовоздушной смеси, вершина которого расположена в полости и направлена в сторону смесителя, образуя кольцевую газораспределительную камеру равномерного распределения газовоздушной смеси по внутренней поверхности излучателя. 13. Газовая горелка по п. 12, отличающаяся тем, что конусообразный распределитель газовоздушной смеси выполнен полым. 14. Газовая горелка по любому из п. 12 или 13, отличающаяся тем, что конусообразный распределитель газовоздушной смеси выполнен из теплоизоляционного материала. 15. Газовая горелка по любому из п. 1 или 2, отличающаяся тем, что блок автоматики закреплен на остове горелки. 16. Газовая горелка по любому из пп. 1, 2 или 12, отличающаяся тем, что над заглушенной полостью излучателя размещен зонт полусферической формы, внутри которого установлен экран с обратным конусом и окнами для удаления продуктов сгорания, образующие полый зеркальный отражатель инфракрасного излучения. 17. Газовая горелка по п. 16, отличающаяся тем, что зеркальный отражатель инфракрасного излучения закреплен на наклонных стойках, смонтированных другим концом на втулке, расположенной на остове горелки. 18. Газовая горелка по п. 17, отличающаяся тем, что втулка на остове горелки расположена подвижно с возможностью регулирования положения отражателя по высоте излучателя. 19. Газовая горелка по п. 16, отличающаяся тем, что окна выполнены в виде кольцевого зазора между зонтом и экраном. 20. Газовая горелка по п. 16, отличающаяся тем, что в верхней части зонта выполнено отверстие для отвода из полости зеркального отражателя продуктов сгорания газа через трубу, закрепленную над отверстием зонта и соединенную другим концом с устройством, например, фильтрации продуктов сгорания.