НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 2006 года по МПК F23K5/20 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для подготовки жидкого топлива к сжиганию, а также может быть использовано в легкой, пищевой и других отраслях промышленности для нагрева жидкостей.

Известен нагреватель типа «труба в трубе» (а.с. СССР №595619, кл. F 28 Д 7/10, 1976), содержащий внутреннюю трубу, снабженную спиральным оребрением, размещенную с зазором постоянной величины, на 1-6 мм меньшим шага между витками спирального оребрения в наружной трубе, имеющей тангенциально расположенные штуцеры для входа и выхода топлива, а по оси трубы установлен с зазором ее внутренней поверхности электронагреватель.

Недостатком такого нагревателя является невозможность повысить эффективность устройства за счет использования эффекта гемогенизации жидкого топлива, обеспечивающее его более полное сгорание, а следовательно, и снижение вредных выбросов в атмосферу, кроме того, нагреватель не обеспечивает очистку топлива от твердых частиц.

Известен нагреватель теплоносителя (а.с. СССР №308274, кл. F 24 Н 1/20, 1968), содержащий осесимметричную кольцевую камеру нагреваемого теплоносителя и установленные в ней U-образные трубчатые электронагреватели с прямыми и изогнутыми участками.

Недостатками такого нагревателя являются:

- невозможность использования эффекта гомогенезации теплоносителя;

- пониженная надежность U-образных ТЭНов с малым радиусом гиба;

- невозможность очистки топлива, подаваемого после нагревателя на сжигающее устройство.

Известен нагреватель жидкого топлива типа «труба в трубе» (патент РФ №2215937, приоритет от 17.12.200 - ближайший аналог), содержащий внутреннюю трубу, снабженную спиральным оребрением, размещенную с зазором от стенок наружной трубы, на 1-6 мм меньшим шага между витками оребрения, имеющий штуцеры для ввода и вывода топлива, электронагреватель, расположенный по оси внутренней трубы с зазором от ее внутренней поверхности, при этом входной штуцер расположен параллельно оси нагревателя и снабжен форсункой, а первое (от форсунки) ребро внутренней трубы установлено перпендикулярно оси форсунки и имеет внизу зазор, на 1-6 мм больший шага между витками оребрения.

Недостатком такого нагревателя является невозможность повышения коэффициента теплопередачи от ТЭНов к нагреваемой среде и невысокая надежность U-образного электронагревателя, которым снабжено устройство, а также невозможность очистки топлива, подаваемого на сжигающее устройство, что может привести к засорению форсунок.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение большего коэффициента теплопередачи от ТЭНов к нагреваемой среде (топливу) и повышение надежности электронагревателей, а также обеспечение очистки топлива, подаваемого от нагревателя к сжигающему устройству.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом нагревателе жидкого топлива типа «труба в трубе», содержащем внешнюю и внутреннюю трубу, снабженную спиральным оребрением, штуцеры ввода и вывода топлива, при этом ребра оребренной трубы входят во внешнюю трубу плотно (практически без зазора), в качестве электронагревателя используется блок из трубчатых прямых ТЭНов, выполненный в виде трех групп, расположенных по окружности между внутренней стенкой оребренной трубы и внешней стенкой трубы блока ТЭНов, размещенной соосно с оребренной трубой, заполненной воздухом, внутри этой трубы по ее оси размещен металлический стержень, выполняющий роль нулевого электрода, нижний конец которого, также как и нижние контакты ТЭНов присоединены к дну этой трубы, выполненному в форме круглой пластины, края которой выступают за пределы этой трубы, при этом верхние изоляторы ТЭНов выведены наружу сквозь крышку нагревателя, металлический стержень также выведен наружу сквозь эту крышку, причем пространство между ТЭНами оребренной трубой и трубой блока ТЭНов, а также между круглой пластиной и дном оребренной трубы заполнено высокотеплопроводным порошкообразным материалом, например алюминиевой пудрой, а входной штуцер топлива расположен в дне нагревателя так, чтобы выходящая из него струя топлива ударялась в дно оребренной трубы. Нагреватель снабжен охватывающим внешнюю трубу фильтрующим элементом, выполненным в форме цилиндра, размещенного соосно с нагревателем и сообщающимся с внешней трубой по круговому каналу, образованному между фланцем нагревателя и кольцевой перегородкой, прикрепленной кромками к внешней трубе и к цилиндру фильтрующего элемента, имеющего общее дно с внешней трубой нагревателя, а на поверхности фильтрующего элемента вдоль образующих цилиндра выполнены прорези, по поверхности цилиндра навита спираль из проволоки с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку топлива от твердых частиц размерами более 0,5 мм. Поверх этой спирали навита другая (вторая) спираль с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку потоком топлива первой (фильтрующей) спирали от твердых частиц, не прошедших фильтрацию, причем вторая спираль примыкает витками к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, размещенного также соосно с нагревателем и прикрепленного вверху к фланцу нагревателя, а внизу снабженному дном, образованным кольцевой перегородкой, прикрепленной внутренней кромкой к цилиндру фильтрующего элемента, а внешней кромкой - к цилиндрическому корпусу. В нижней части фильтрующего элемента выше его дна размещен патрубок выхода отфильтрованного топлива, а выше дна корпуса размещен патрубок выхода неотфильтрованного топлива, соединенный с системой подачи топлива в нагреватель (эта система объектом изобретения не является).

В предлагаемом нагревателе используется процесс нагрева и гомогенизации жидкого топлива, т.е. создание однородной (гомогенной) мелкодисперсной структуры. Этот процесс осуществляется за счет удара входящей струи топлива об интенсивно нагретую поверхность (дно оребренной трубы), что в соответствии с данными П.П.Запевалова («Диспергирование жидкостей в эмульгирующих аппаратах сельскохозяйственного производства», Омск, издание Омского СХН, 1982) позволяет повысить дисперсность жидкости в 1,5-2 раза, и, кроме того, процесс нагрева топлива осуществляется более интенсивно благодаря использованию порошкообразного высокотеплопроводного материала, заполняющего пространство между ТЭНами и трубами, а также между дном оребренной трубы и круглой пластиной. Кроме того, в предлагаемом нагревателе используется процесс фильтрации нагретого жидкого топлива, что обеспечивает более хорошую работу форсунок сжигающего устройства, так как значительно уменьшается вероятность их засорения. Нагретое жидкое топливо при прохождении через фильтрующий элемент очищает также фильтрующую спираль, смывая с нее не прошедшие сквозь фильтрующую спираль твердые частицы размером более 0,5 мм. Не прошедшее фильтрацию нагретое топливо возвращается в систему подачи топлива на нагреватель (эта система в предмет изобретения не входит). Из изложенного следует, что при реализации заявляемого устройства достигается технический результат, заключающийся в получении гомогенизированного, мелкодисперсного, нагретого (а следовательно, менее вязкого) топлива, отфильтрованного от твердых частиц с размерами более 0,5 мм.

Анализ аналогов и прототипа заявляемого нагревателя жидкого топлива показал, что предлагаемое решение является новым. Новизна предлагаемого решения заключается в применении более надежных прямых трубчатых ТЭНов, в использовании порошкообразного высокотеплопроводного материала (например, алюминиевой пудры), заполняющего пространство между ТЭНами и ограничивающими их трубами, а также заполняющим пространство между дном оребренной трубы и круглой пластиной и в осуществлении процесса гомогенизации топлива за счет удара входящей струи о нагретую поверхность (дно оребренной трубы). Далее топливо, проходя по виткам оребрения, получает дополнительный нагрев, освобождается от твердых частиц в фильтрующем элементе далее - на устройство для сжигания. Такая конструкция нагревателя позволяет осуществлять не только интенсивный нагрев жидкого топлива, но и его гомогенизацию, что в конечном счете приводит его к более полному сгоранию. Кроме того, применение фильтрующего элемента позволяет очищать топливо от твердых частиц с размерами более 0,5 мм, что повышает безотказность работы форсунок, а неотфильтрованное топливо возвращается в систему подачи на нагреватель.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 приведен предлагаемый нагреватель жидкого топлива в разрезе, на фиг.2 - вид нагревателя сверху.

Нагреватель содержит внешнюю трубу 1 с фланцем 2, крышкой 3, снабженной крепежными болтами 4, дном 5; внутреннюю трубу 6 со спиральным оребрением 7; блок трубчатых прямых ТЭНов 8, расположенных по окружности между внутренней стенкой оребренной трубы 6 и внешней стенкой трубы 9 блока ТЭНов. Оребренная труба 6 снабжена дном 10, а труба 9 - круглой пластиной 11, образующей ее дно, края которого выступают за пределы этой трубы. Все трубы расположены соосно к круглой пластине 11 (по ее оси) прикреплен металлический стержень 12, выполняющий роль нулевого электрода, к этой же пластине 11 присоединены нижние контакты 13 ТЭНов 8. Верхние изоляторы 14 ТЭНов 8, также как и стержень 12 выведены через крышку 3 наружу. Пространство между ТЭНами 8 и стенками труб 6 и 9, а также между дном 10 и круглой пластиной 11 заполнено высокотеплопроводным порошкообразным материалом 15 (например, алюминиевой пудрой). Блок ТЭНов 8 разделен на три группы (по числу фаз напряжения 380 В - А, В, С). Каждая группа ТЭНов соединена над крышкой 3 перемычками 16 (перемычки 16 в предмет изобретения не входят), присоединенными к фазам А, В, С, а металлический стержень 12 - к нулевому контакту напряжения 380 В. Через дно 5 внешней трубы 1 в устройство введен штуцер 17 ввода топлива с таким расчетом, чтобы выходящая из него струя топлива ударялась о разогретое дно 10 оребренной трубы 6. Нагреватель снабжен фильтрующим элементом 18, имеющим форму цилиндра, и соединен с внешней трубой 1 круговым каналом 19, на цилиндрической поверхности фильтрующего элемента 18 выполнены вдоль образующих прорези 20, а на поверхность фильтрующего элемента 18 навита фильтрующая спираль 21 с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку топлива от твердых частиц размерами более 0,5 мм. Поверх этой спирали навита другая (вторая) спираль 22 с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку фильтрующей спирали 21 потоком топлива от твердых частиц, не прошедших через фильтрующую спираль 21. Спираль 22 вплотную примыкает к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 23. Фильтрующий элемент 18 и корпус 23 размещены соосно внешней трубой 1 и трубой 9 ТЭНов 8. Фильтрующий элемент 18 присоединен к внешней трубе 1 кольцевой перегородкой 24 (вверху), образующей вместе с фланцем 2 круговой канал 19, а внизу - кольцевой перегородкой 25, образующей дно фильтрующего элемента 18. Корпус 23 прикреплен вверху к фланцу 2, внизу - с помощью кольцевой перегородки 26 к фильтрующему элементу 18. Штуцер 27 предназначен для вывода отфильтрованного нагретого гомогенизированного топлива и подачи его на сжигающее устройство (на фиг. не показано), штуцер 28 служит для вывода неотфильтрованного топлива и возврата его в систему подачи топлива на нагреватель (эта система в состав изобретения не входит). Между фланцем 2 и крышкой 3 размещена прокладка 29 из термостойкого материала.

Нагреватель жидкого топлива работает следующим образом. На блок ТЭНов подается электроэнергия и вся конструкция некоторое время прогревается. Топливо, подающееся насосом (на фиг.1 не показан), через входной штуцер 17 поступает внутрь нагревателя (в качестве топлива может быть использована водотопливная эмульсия). Выходящая из штуцера 17 струя топлива ударяется об интенсивно нагретую поверхность дна 10 оребренной трубы 6, при этом осуществляется процесс гомогенизации (образование однородной мелкодисперсной горючей жидкости). Дисперсность при этом повышается в 1,5-2 раза (П.П.Запевалов «Диспергирование жидкостей в эмульгирующих аппаратах сельскохозяйственного производства», Омск, издание Омского СХН, 1982). Далее, по заполнении пространства между дном 5 и дном 10 по спиральному оребрению 7 гомогенизированное топливо поднимется вверх, при этом происходит интенсивный нагрев топлива за счет значительного улучшения теплопередачи благодаря порошкообразному высокотеплопроводному материалу, заполняющему пространство между ТЭНами 8, трубами 6 и 9, а также между дном 10 и круглой пластиной 11. Далее гомогенизированное нагретое топливо через круговой канал 19 поступает на фильтрующий элемент 18, при этом часть топлива проходит между витками фильтрующей спирали 21, оставляя на ней твердые частицы с размерами более 0,5 мм, а другая часть топлива, не прошедшая через фильтрующую спираль, опускается вниз по виткам второй спирали 22, смывая при этом задержанные фильтрующей спиралью твердые частицы. Таким образом, происходит очистка фильтрующей спирали топливом, которое через патрубок 28 поступает вновь в систему подачи топлива на нагреватель (эта система предметом изобретения не является и на фиг. не показана). Отфильтрованное топливо через патрубок 27 поступает на сжигающее устройство (на фиг. не показано), при этом происходит более полное сгорание гомогенизированного разогретого топлива и уменьшается вероятность засорения форсунок твердыми частицами.

Заявляемый нагреватель жидкого топлива является промышленно применимым, т.к. включает в себя применяемое устройство (по патенту РФ №2213957), снабженное более надежными прямыми трубчатыми ТЭНами (по ГОСТ 13268-88), собранными в блок, а пространство между ТЭНами, оребренной трубой и трубой блока ТЭНов, а также между дном 5 и круглой пластиной 11 заполнено порошкообразным высокотеплопроводным материалом. Фильтрующий элемент не представляет сложности для изготовления. Все вышеперечисленное не вызывает затруднений при сборке предлагаемого нагревателя.

Предлагаемое устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяющих получить более качественно подготовленное к сжиганию жидкое топливо, как за счет гомогенизации, так и более интенсивного нагрева обеспечивает его более полное сгорание, при этом уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу.

Изобретение относится к устройствам для подготовки жидкого топлива к сжиганию и может быть использовано также для нагрева жидкостей в легкой, пищевой и других отраслях промышленности. В предлагаемом нагревателе осуществляются гомогенизация и интенсивный нагрев топлива (либо водотопливной эмульсии) за счет удара диспергируемой жидкости об интенсивно нагретую преграду и дальнейший интенсивный нагрев топлива и его очистка от твердых примесей перед поступлением на сжигающее устройство. За счет этого обеспечивается наиболее полное сгорание топлива, уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу и снижается вероятность засорения форсунок сжигающего устройства. 2 ил.

Нагреватель жидкого топлива типа «труба в трубе», содержащий внешнюю трубу и внутреннюю трубу, снабженную спиральным оребрением, штуцеры ввода и вывода топлива, отличающийся тем, что ребра оребренной трубы входят во внешнюю трубу плотно (практически без зазора), а в качестве электронагревателя используется блок из трубчатых прямых ТЭНов, выполненный в виде трех групп, расположенных по окружности между внутренней стенкой оребренной трубы и внешней стенкой трубы блока ТЭНов, размещенной соосно с оребренной трубой, заполненной воздухом, внутри этой трубы по ее оси размещен металлический стержень, выполняющий роль нулевого электрода, нижний конец которого, так же, как и нижние контакты ТЭНов, присоединены к дну этой трубы, выполненному в форме круглой пластины, края которой выступают за пределы трубы, при этом верхние изоляторы ТЭНов выведены наружу сквозь крышку нагревателя, металлический стержень также выведен наружу сквозь эту крышку, причем пространство между ТЭНами, оребренной трубой и трубой блока ТЭНов, а также между круглой пластиной и дном оребренной трубы заполнено высокотеплопроводным порошкообразным материалом, например, алюминиевой пудрой, а входной штуцер топлива расположен в дне нагревателя так, чтобы выходящая из него струя топлива ударялась о дно оребренной трубы, при этом нагреватель снабжен охватывающим внешнюю трубу фильтрующим элементом, выполненным в форме цилиндра, размещенного соосно с нагревателем и сообщающимся с внешней трубой по круговому каналу, образованному между фланцем нагревателя и кольцевой перегородкой, прикрепленной кромками к внешней трубе и к цилиндру фильтрующего элемента, имеющего общее дно с внешней трубой нагревателя, а на поверхности фильтрующего элемента вдоль образующих цилиндра выполнены прорези, по поверхности цилиндра навита фильтрующая спираль из проволоки с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку топлива от частиц размерами более 0,5 мм, поверх этой спирали навита другая (вторая) спираль с диаметром и шагом, обеспечивающими очистку потоком топлива первой (фильтрующей) спирали от твердых частиц, не прошедших фильтрацию, причем вторая спираль примыкает витками к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, размещенного также соосно с нагревателем и прикрепленного вверху к фланцу нагревателя, а внизу снабженного дном, образованным кольцевой перегородкой, прикрепленной внутренней кромкой к цилиндру фильтрующего элемента, а внешней кромкой - к цилиндрическому корпусу, при этом в нижней части фильтрующего элемента выше его дна размещен патрубок выхода отфильтрованного топлива, а выше дна корпуса размещен патрубок выхода неотфильтрованного топлива.