РАДИАЦИОННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2002 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к газовым горелкам для нагревательных устройств различного назначения, применяемых в различных областях техники и промышленности и использующих тепло сжигаемого газообразного углеводородного топлива.

Известно из патента США 5326631 кл. F 23 D 14/12, 1993 г. устройство для преобразования энергии горения углеводородов в газообразной фазе в энергию инфракрасного излучения, содержащее матрицу из спеченных металлических и керамических волокон со связующим агентом, образующую пористую структуру.

Недостатками вышеуказанного технического решения являются малый диапазон устойчивой работы и невысокий предел регулирования, вызванный опасностью проскока пламени на периферии матрицы (где скорость газовоздушной смеси минимальна) при снижении исходного давления углеводородов в газообразной фазе и изменении режимов работы.

Наиболее близкой к предложенной радиационной газовой горелке, по своей технической сущности и достигаемому эффекту, является известная из патента Российской Федерации 2094703, Кл.⁶ 23 D 14/12, 1996 г. радиационная газовая горелка, содержащая, по крайней мере, одно смонтированное на подводящем патрубке газовое сопло, охватывающий его эжектор с регулятором подачи воздуха, соединенный посредством смесителя с диффузором, установленный на его раструбе горелочный насадок с рабочим элементом, имеющим открытую объемную пористость в виде сообщающихся лабиринтных каналов, образованных соединенными в единое целое фибрами из жаропрочного и жаростойкого материала, и защитной крышки с предохранительной сеткой.

Недостатками этой радиационной газовой горелки является узкий диапазон ее применения, ограниченный горелочными устройствами с малой удельной тепловой нагрузкой на горелочный насадок, а также малая механическая прочность пористого горелочного насадка вследствие ослабления связи в местах соединения фибр между собой, которые разрушаются со временем при высоких рабочих температурах (800-1000^oС), что приводит к разрушению горелочного насадка в процессе эксплуатации, особенно под воздействием гравитационной нагрузки, возникающей в случае пролива пищевых продуктов на поверхность горелочного насадка.

Задачами предлагаемого изобретения являются расширение диапазона применения горелки, повышение эффективности (КПД), надежности и обеспечение удобства эксплуатации.

Указанные задачи достигаются тем, что радиационная газовая горелка, содержащая, по крайней мере, одно смонтированное на подводящем патрубке газовое сопло, охватывающий его эжектор с регулятором подачи воздуха, соединенный посредством смесителя с диффузором, установленный на его раструбе горелочный насадок с рабочим элементом, имеющим открытую объемную пористость в виде сообщающихся лабиринтных каналов, образованных соединенными в единое целое жаропрочными и жаростойкими фибрами, и защитной крышки с предохранительной сеткой, снабжена установленным в полости диффузора выпуклым рассекателем, обращенным выпуклостью в сторону набегающего потока газовоздушной смеси, горелочный насадок выполнен сменным с установленными одна в другую с плотной посадкой и имеющими отбортовки, опорной и прижимной тонкостенными обечайками, зажатым между ними рабочим элементом из жестко связанных между собой решетчатого каркаса и слоя фибр, защитной крышкой - в виде корпуса, охватывающего опорную и прижимные тонкостенные обечайки и рабочий элемент, причем фибры имеют профилированное поперечное сечения, длина L фибр не превышает 50-150 их максимальных поперечных размеров d₁, при этом эквивалентный гидравлический диаметр d₂ лабиринтного канала равен 0,5-20 максимальных поперечных размеров d₁ фибр, минимальный размер W каждой ячейки решетчатого каркаса равен 0,5-3,0 длины L фибры, толщина Н рабочего элемента равна 0,2-1,5 длины L фибры, а расстояние S от поверхности последнего до предохранительной сетки равно 0,5-3,0 толщины Н рабочего элемента.

Кроме того, в радиационной газовой горелке решетчатый каркас может быть выполнен из имеющих профилированное поперечное сечение переплетенных элементов, максимальный размер d которых может быть равен 1,1-10,0 максимального поперечного размера d₁ фибры, или проволок, или полос, толщина и ширина каждой из которых может составлять соответственно 0,1-1,0 и 1,0-100 поперечных размеров d₁ фибр и быть изогнутой по винтовой линии вдоль ее продольной оси, или перфорированного листа, каждая ячейка которого может иметь отбортовку.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид радиационной газовой горелки в разрезе; на фиг.2 - фрагмент горелочного насадка в увеличенном масштабе; на фиг.3 - структура рабочего элемента в увеличенном масштабе.

Радиационная газовая горелка состоит из установленного на газоподводящем патрубке 1 газового сопла 2, охватываемого эжектором 3 смесителя 4, имеющего регулятор 5 количества воздуха, поступающего из окружающего пространства, и соединенного посредством смесителя 4 с диффузором 6. В полости диффузора 6 установлен выпуклый рассекатель 7, обращенный выпуклостью в сторону набегающему потоку газовоздушной смеси. В торце стенки диффузора 6 образован замкнутый по периметру паз 8, в котором размещен замкнутый по периметру установочный выступ 9 отбортовки 10 опорной 11 тонкостенной обечайки горелочного насадка 12. Горелочный насадок 12 выполнен сменным и имеет крышку с предохранительной сеткой 13 в виде корпуса 14, охватывающего концентрично установленные одна в другой с плотной посадкой опорной 11 и прижимной 15 с отбортовкой 16 тонкостенные обечайки, зажатый между ними рабочий элемент 17 из жестко соединенных между собой решетчатого каркаса 18 и имеющего открытую объемную пористость в виде сообщающихся лабиринтных каналов 19, образованных соединенными в единое целое слоя жаропрочных, жаростойких фибр 20. Длина L жаропрочных, жаростойких фибр 20 не превышает 50-150 их максимальных поперечных размеров d₁. Эквивалентный гидравлический диаметр d₂ лабиринтного канала 19 между жаропрочными, жаростойкими фибрами 20 равен 0,5-20 их максимальных поперечных размеров d₁. Размер W каждой ячейки решетчатого каркаса 18 равен 0,5-3,0 длины L жаропрочных, жаростойких фибр 20. Толщина H рабочего элемента 17 равна 0,2-1,5 длины L жаропрочных, жаростойких фибр 20. Расстояние S от поверхности рабочего элемента 17 до предохранительной сетки 13 равна 0,5-3,0 толщины Н рабочего элемента 17.

Работает радиационная газовая горелка следующим образом. Струя газа, вытекающая из сопла 2 по оси смесителя 4, охватываемого эжектором 3, который через воздухозаборник эжектирует атмосферный воздух из окружающего пространства в смеситель 4, где образуется газовоздушная смесь в стехиометрическом соотношении. Газовоздушная смесь поступает из смесителя 4 в диффузор 6, в котором поле ее скоростей выравнивается по поперечному сечению последнего, благодаря взаимодействию с рассекателем 7 потока, размещенным в полости диффузора 6 перед сменным горелочным насадком 12.

Далее происходит истечение газовоздушной смеси через сквозные лабиринтные каналы 19 рабочего элемента 17 сменного горелочного насадка 12. Розжиг газовоздушной смеси осуществляют любым известным способом: искровым пьезо- или электророзжигом, открытым пламенем факела, например спички, над поверхностью рабочего элемента 17. После прогрева объема газовоздушной смеси между предохранительной сеткой 13 и поверхностью рабочего элемента 17 до температуры горения реакция происходит внутри лабиринтных каналов 19 вблизи поверхности рабочего элемента 17, при этом обеспечивается высокая интенсивность процесса горения в малом объеме каждого лабиринтного канала 19 и высокая степень полноты сгорания газообразного углеводородного топлива. Горение в указанной области рабочего элемента 17 осуществляется за счет соблюдения условий теплового баланса, которые обеспечиваются взаимосвязанными техническими и конструктивными параметрами эжекторного узла (диффузор 6 с рассекателем 7, смеситель 4 с эжектором 3 и регулятором 5 воздухозаборника, сопло 2) и сменного горелочного насадка 12, при этом за счет прогрева до температуры 500-1300^oС слоя жаропрочных, жаростойких фибр 20 в области горения газовоздушной смеси обеспечивается стабильное протекание процесса окисления углеводородов. При работе радиационной газовой горелки на номинальном уровне мощности жаропрочные, жаростойкие фибры 2 на поверхности рабочего элемента 17 прогреваются до температуры 950-1050^oС, таким образом обеспечивается перевод до 30% тепловой энергии в инфракрасное излучение. По мере продвижения потока газовоздушной смеси сквозь лабиринтные каналы 19 к поверхности рабочего элемента 17 происходит подогрев газовоздушной смеси до температуры начала реакции окисления углеводородной компоненты топливной газовоздушной смеси, при этом нижняя, по ходу движения потока газовоздушной смеси, поверхность рабочего элемента 17 охлаждается потоком газовоздушной смеси за счет теплообмена между газовоздушной смесью и материалом жаропрочных, жаростойких фибр 20.

Замена вышедшего из строя сменного горелочного насадка 12 осуществляется после прекращения подачи газа из газоподводящего патрубка 1 в газовое сопло 2 путем вывода из замкнутого по периметру паза 8 диффузора 6 замкнутого по периметру установочного выступа 9 опорной 11 тонкостенной обечайки сменного горелочного насадка 12. После чего заменяется вышедший из строя сменный горелочный насадок 12 на годный, при этом замкнутый по периметру установочный выступ 9 опорной 11 тонкостенной обечайки размещают в замкнутом по периметру пазу 8 диффузора 6.

Изобретение относится к радиационным газовым горелкам для нагревательных устройств различного назначения, применяемых в различных областях техники и промышленности и использующих тепло сжигаемых газов. Радиационная газовая горелка состоит из газового сопла, установленного на газоподводящем патрубке. Газовое сопло охвачено инжектором, соединенным посредством смесителя с диффузором. В полости диффузора установлен рассекатель потока газовоздушной смеси. В торце диффузора образован паз, в который вставлен установочным выступом сменный горелочный насадок. Рабочий элемент горелочного насадка имеет открытую объемную пористость в виде сквозных лабиринтных каналов, образованных соединенными в единое целое жаропрочными, жаростойкими фибрами, имеющими профилированное поперечное сечение. Рабочий элемент горелочного насадка, состоящий из несущего решетчатого каркаса и слоя, уложенных на него жаропрочных, жаростойких фибр, размещен в корпусе с предохранительной сеткой и зажат между вложенными одна в другую с плотной посадкой замкнутыми по периметру тонкостенными обечайками. Изобретение обеспечивает расширение диапазона применения горелки, повышение КПД, надежности и удобства эксплуатации. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиационная газовая горелка, содержащая, по крайней мере, одно смонтированное на подводящем патрубке газовое сопло, охватывающий его эжектор с регулятором подачи воздуха, соединенный посредством смесителя с диффузором, установленный на его раструбе горелочный насадок с рабочим элементом, имеющим открытую объемную пористость в виде сообщающихся лабиринтных каналов, образованных соединенными в единое целое жаропрочными и жаростойкими фибрами, и защитной крышки с предохранительной сеткой, отличающаяся тем, что она снабжена установленным в полости диффузора выпуклым рассекателем, обращенным выпуклостью в сторону набегающего потока газовоздушной смеси, горелочной насадок выполнен сменным с установленными одна в другую с плотной посадкой и имеющими отбортовки опорной и прижимной тонкостенными обечайками, зажатым между ними рабочим элементом из жестко связанных между собой решетчатого каркаса и слоя фибр, защитной крышкой - в виде корпуса, охватывающего опорную и прижимные тонкостенные обечайки и рабочий элемент, причем фибры имеют профилированное поперечное сечения, длина L фибр не превышает 50-150 их максимальных поперечных размеров d₁, при этом эквивалентный гидравлический диаметр лабиринтного канала равен 0,5-20 максимальных поперечных размеров d₁ фибр, минимальный размер W каждой ячейки решетчатого каркаса равен 0,5 - 3,0 длины L фибры, толщина H рабочего элемента равна 0,2-1,5 длины L фибры, а расстояние S от поверхности последнего до предохранительной сетки равно 0,5-3,0 толщины Н рабочего элемента. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что решетчатый каркас выполнен из имеющих профилированное поперечное сечение переплетенных элементов, максимальный размер d поперечного сечения которых равен 1,1-10,0 максимальных поперечных размеров d₁ фибры. 3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что решетчатый каркас рабочего элемента выполнен в виде перфорированного листа. 4. Горелка по п. 2, отличающаяся тем, что образующие решетчатый каркас элементы выполнены из проволоки. 5. Горелка по п. 2, отличающаяся тем, что элементы, образующие решетчатый каркас рабочего элемента, выполнены из полос, толщина и ширина каждой из которых составляет соответственно 0,1-1,0 и 1,0-100 поперечных размеров d₁ фибр. 6. Горелка по п. 3, отличающаяся тем, что решетчатый каркас рабочего элемента выполнен из перфорированного листа, у которого каждая ячейка перфорации имеет отбортовку. 7. Горелка по п. 5, отличающаяся тем, что каждая полоса изогнута по винтовой линии вдоль ее продольной оси.