БЕСПЛАМЕННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ БЫТОВЫХ ПЛИТ Российский патент 2008 года по МПК F23D14/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к радиационным газогорелочным устройствам, и может быть использовано в газовых плитах бытового и коммунально-бытового назначения.

Известны конструкции радиационных газовых горелок преимущественно для коммунально-бытовых газовых плит, основным рабочим элементом которых является излучающий пористо-керамический насадок. При относительно невысоких рабочих давлениях коммунально-бытовых источников газового топлива (на природном газе ˜ 1500 Па, на сжиженном газе ˜ 3000 Па) для обеспечения устойчивой работы подобных устройств с учетом газодинамического сопротивления пористого насадка и газовоздушного тракта, в конструкции последних вынуждено введены либо специальный вентилятор /патент Великобритании № 2267750, F24С 15/10, 1993/, либо специально спрофилированный инжекционный смеситель с конфузором, цилиндрическим пережимом и диффузором /патент РФ № 2066023, F23D 14/12, 1994/.

Наиболее близким техническим решением является известная конструкция беспламенной газовой горелки, содержащая газовую форсунку с регулятором воздухозабора, сопловой аппарат, несущую обойму из жаропрочного материала, излучающий насадок и перфорированную защитную крышку, в которой излучающий насадок выполнен в виде металловойлочного пористого тела, состоящего из дискретных волокон нитевой проволоки из хромоникелевого сплава, выполняющих роль катализатора, а перфорированная защитная крышка выполнена с сеткой, также из хромоникелевого сплава, с теми же каталитическими свойствами /патент РФ №2094703, F23D 14/12, 1996/.

Наряду с вышеотмеченным, общим недостатком аналогов и прототипа является наличие радиационных потерь тепла с тыльной, обращенной к сопловому аппарату, поверхности излучающего насадка, снижающих тепловую эффективность газогорелочного устройства в целом.

Технический результат изобретения заключается в организации эффективного каталитического окисления газовоздушной топливной смеси без использования пористых материалов и снижении радиационных потерь тепла с тыльной поверхности излучающего насадка с целью повышения тепловой эффективности газогорелочного устройства.

Заявленный технический результат достигается следующим образом. В известной беспламенной газовой горелке, содержащей газовую форсунку с регулятором воздухозабора, сопловой аппарат, несущую обойму из жаропрочного материала, излучающий насадок и перфорированную защитную крышку, излучающий насадок выполнен в виде стеклопакета, включающего отдельные тонкие диски из термостойкого кварцевого стекла, на лицевую поверхность которого, обращенную к защитной крышке, гладкую либо текстурированную, нанесен слой каталитического вещества, а на тыльную поверхность, обращенную к сопловому аппарату, нанесено отражающее покрытие, причем стеклопакет расположен на дистанционаторах из упругого стекловолокнистого материала внутри несущей обоймы, установленной на кратере соплового аппарата и накрытой сверху с тепловым зазором тонкой прозрачной защитной крышкой в виде диска из термостойкого кварцевого стекла со слоем или без каталитического вещества на тыльной, обращенной к стеклопакету поверхности и с выполненным в центральной части, по крайней мере, одним отверстием для выхода продуктов сгорания.

Несущая обойма и установленный в ней на дистанционаторах стеклопакет образуют газовоздушный тракт из щелевого канала между тыльной поверхностью стеклопакета и обоймой, а также кольцевого дистанционированного зазора между стеклопакетом и обоймой для подачи газовоздушной топливной смеси в зазор между лицевой поверхностью стеклопакета и тыльной поверхностью защитной крышки с последующим эффективным каталитическим окислением.

Дистанционаторы из упругого стекловолокнистого материала и тепловой зазор между защитной крышкой и несущей обоймой компенсируют неравномерность температурных расширений разнородных материалов.

Стеклопакет, включающий отдельные тонкие диски из термостойкого кварцевого стекла, обладает, во-первых, высокой термостойкостью, так как тонкостенные изделия из кварца выдерживают как многократную закалку в воде, так и многократное охлаждение на воздухе после нагрева до температур 1000÷1100°С /Новые неорганические материалы. - М.: ОНТИ НИИ технического стекла, 1968/, во-вторых, относительно низкой температуропроводностью с учетом относительно невысокого значения коэффициента теплопроводности кварцевого стекла и наличия контактных тепловых сопротивлений между отдельными дисками, увеличивающих градиент убывания температуры от нагретой лицевой поверхности стеклопакета к его тыльной поверхности с нанесенным отражающим покрытием, работоспособность которого обеспечивается также термостатированием обтекающей поверхность газовоздушной топливной смесью.

Отражающее покрытие эффективно переотражает в верхнюю полусферу часть собственного объемного излучения стеклопакета и, обладая низкой излучательной способностью, снижает радиационные потери тепла с тыльной поверхности последнего, увеличивая тем самым тепловую эффективность газогорелочного устройства.

При сравнительно небольшой мощности газогорелочного устройства для полного каталитического окисления газовоздушной топливной смеси достаточна площадь гладкой лицевой поверхности стеклопакета с нанесенным слоем каталитического вещества.

Увеличение максимальной тепловой мощности газогорелочного устройства требует для обеспечения полного каталитического окисления газовоздушной топливной смеси при неизменных габаритных размерах последнего увеличения площади активированной катализатором поверхности. Это достигается текстурированием лицевой поверхности стеклопакета, либо нанесением слоя каталитического вещества на тыльную поверхность защитной крышки, либо и тем и другим одновременно.

Лицевая поверхность стеклопакета может быть текстурирована в виде заданного количества радиальных ребер, высота которых может варьироваться, вплоть до профилирования газовых каналов в зазоре между стеклопакетом и защитной крышкой.

Для обеспечения эффективного каталитического окисления газовоздушной топливной смеси в состав слоя каталитического вещества может входить двухосновная шпинель хромита кобальта.

Отражающее покрытие может быть выполнено в виде напыленного на тыльную поверхность стеклопакета слоя из нитрида титана TiN.

Дистанционаторы могут быть выполнены в виде уголков из спрессованного кремнеземного волокна.

На фиг.1 представлена прямоугольная изометрическая проекция беспламенной газовой горелки; на фиг.2 - фронтальная проекция горелки с объектом нагрева; на фиг.3 - вид текстурированой лицевой поверхности стеклопакета.

Беспламенная газовая горелка содержит газовую форсунку 1 с регулятором воздухозабора 2, сопловой аппарат 3, несущую обойму 4 из жаропрочного материала, излучающий насадок 5 и перфорированную защитную крышку 6, при этом излучающий насадок 5 выполнен в виде стеклопакета, включающего отдельные тонкие диски из термостойкого кварцевого стекла, на лицевую поверхность которого, обращенную к защитной крышке 6, гладкую либо текстурированную, нанесен слой каталитического вещества 7, а на тыльную поверхность, обращенную к сопловому аппарату 3, нанесено отражающее покрытие 8, причем стеклопакет расположен на дистанционаторах 9 из упругого стекловолокнистого материала внутри несущей обоймы 4, установленной на кратере соплового аппарата 3 и накрытой сверху с тепловым зазором тонкой прозрачной защитной крышкой 6 в виде диска из термостойкого кварцевого стекла со слоем или без каталитического вещества на тыльной, обращенной к стеклопакету поверхности 10 и с выполненным в центральной части, по крайней мере, одним отверстием для выхода продуктов сгорания.

Лицевая поверхность стеклопакета текстурирована в виде заданного количества радиальных ребер 11, высота которых может варьироваться, вплоть до профилирования газовых каналов в зазоре между стеклопакетом и защитной крышкой 6.

В состав слоя каталитического вещества 7 входит двухосновная шпинель хромита кобальта.

Отражающее покрытие 8 выполнено в виде напиленного на тыльную поверхность стеклопакета слоя из нитрида титана TiN.

Дистанционаторы 9 выполнены в виде уголков из спрессованного кремнеземного волокна.

Устройство работает следующим образом (фиг.1, 2).

Газ от коммунально-бытового источника (не показан) поступает к газовой форсунке 1. Образующаяся при истечении из нее с относительно высокой скоростью струя газа эжектирует через регулятор воздухозабора 2 необходимое количество воздуха. В сопловом аппарате 3 происходят перемешивание газа и воздуха, образование газовоздушной топливной смеси и восстановление давления, необходимого для преодоления сопротивления газовоздушного тракта.

Проходя через щелевой канал между несущей обоймой 4 и тыльной поверхностью стеклопакета, обтекая последнюю, «холодная» газовоздушная смесь подогревается, термостатируя нанесенное на поверхность отражающее покрытие 8.

Отражающее покрытие 8 эффективно переотражает в верхнюю полусферу часть собственного объемного излучения стеклопакета и, обладая низкой излучательной способностью, снижает радиационные потери тепла с тыльной поверхности последнего, увеличивая тем самым тепловую эффективность газогорелочного устройства.

Минуя кольцевой зазор между установленным на дистанционаторах 9 стеклопакетом и несущей обоймой 4, газовоздушная топливная смесь поступает в зазор между лицевой поверхностью стеклопакета и тыльной поверхностью 10 защитной крышки 6, где происходит ее эффективное каталитическое окисление.

При сравнительно небольшой максимальной тепловой мощности газогорелочного устройства эффективное каталитическое окисление газовоздушной топливной смеси происходит на гладкой лицевой поверхности стеклопакета с нанесенным слоем 7 каталитического вещества.

При повышенной максимальной тепловой мощности газогорелочного устройства эффективное каталитическое окисление газовоздушной топливной смеси происходит на гладкой лицевой поверхности стеклопакета с нанесенным слоем 7 каталитического вещества и на тыльной поверхности 10 защитной крышки 6 с также нанесенным слоем каталитического вещества, либо на текстурированой лицевой поверхности стеклопакета с нанесенным слоем каталитического вещества, либо на ней и на тыльной поверхности 10 защитной крышки 6 с нанесенным слоем каталитического вещества.

Образующиеся после каталитического окисления газовоздушной топливной смеси продукты сгорания выходят, по крайней мере, через одно отверстие в защитной крышке 6.

В результате каталитического окисления газовоздушной топливной смеси между лицевой поверхностью стеклопакета и тыльной поверхностью защитной крышки 6 последние нагреваются и переизлучают выделяемое в процессе окисления тепло на объект нагрева 12, установленный на обычных для коммунально-бытовых плит подставочных узлах (не показаны), закрепленных на рабочем столе (поддоне) 13.

Использование: для газовых плит бытового и коммунально-бытового назначения. Беспламенная газовая горелка содержит газовую форсунку с регулятором воздухозабора, сопловой аппарат, несущую обойму из жаропрочного материала, излучающий насадок, выполненный в виде стеклопакета, и перфорированную защитную крышку. Стеклопакет включает отдельные тонкие диски из термостойкого кварцевого стекла, на лицевую поверхность которого, обращенную к защитной крышке, нанесен слой каталитического вещества, а на тыльную поверхность, обращенную к сопловому аппарату, нанесено отражающее покрытие. Стеклопакет расположен на дистанционаторах из упругого стекловолокнистого материала внутри несущей обоймы, установленной на кратере соплового аппарата и накрытой тонкой прозрачной защитной крышкой в виде диска из термостойкого кварцевого стекла со слоем или без каталитического вещества на тыльной, обращенной к стеклопакету, поверхности и с выполненным в центральной части, по крайней мере, одним отверстием для выхода продуктов сгорания. Изобретение позволяет обеспечить эффективное каталитическое окисление газовоздушной топливной смеси без использования пористых материалов и повысить тепловую эффективность газогорелочного устройства. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Беспламенная газовая горелка, содержащая газовую форсунку с регулятором воздухозабора, сопловой аппарат, несущую обойму из жаропрочного материала, излучающий насадок и перфорированную защитную крышку, отличающаяся тем, что излучающий насадок выполнен в виде стеклопакета, включающего отдельные тонкие диски из термостойкого кварцевого стекла, на лицевую поверхность которого, обращенную к защитной крышке, гладкую либо текстурированную, нанесен слой каталитического вещества, а на тыльную поверхность, обращенную к сопловому аппарату, нанесено отражающее покрытие, причем стеклопакет расположен на дистанционаторах из упругого стекловолокнистого материала внутри несущей обоймы, установленной на кратере соплового аппарата и накрытой сверху с тепловым зазором тонкой прозрачной защитной крышкой в виде диска из термостойкого кварцевого стекла со слоем или без каталитического вещества на тыльной, обращенной к стеклопакету поверхности и с выполненным в центральной части, по крайней мере, одним отверстием для выхода продуктов сгорания.2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что лицевая поверхность стеклопакета текстурирована в виде заданного количества радиальных ребер, высота которых может варьироваться, вплоть до профилирования газовых каналов в зазоре между стеклопакетом и защитной крышкой.3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что в состав слоя каталитического вещества входит двухосновная шпинель хромита кобальта.4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что отражающее покрытие выполнено в виде напыленного на тыльную поверхность стеклопакета слоя из нитрида титана TiN.5. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что дистанционаторы выполнены в виде уголков из спрессованного кремнеземного волокна.