БЕСПЛАМЕННЫЙ ИНФРАКРАСНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к нагревательным устройствам с температурными излучателями, нагреваемыми сжигаемой топливно-воздушной смесью в беспламенном режиме, преимущественно для нагрева дорожного покрытия в процессе его ремонта.

Инфракрасные нагревательные устройства широко используются в специальных дорожно-ремонтных машинах при снятии асфальтового покрытия для его размягчения и подготовки к удалению (см., например, патент США №4534674 по кл. Е01С 23/06, публикация 1985 г., патент Германии №10145007 по кл. Е01С 23/14, публикация 2003 г.).

Известны инфракрасные беспламенные нагревательные устройства, работающие на газовоздушной смеси и использующие в качестве излучающего элемента панель с каналами из огнеупорной керамики (патент России №2065123 по кл. F23D 14/14, публикация 1996 г.) или пористую каталитическую панель из металла или керамики (например, патент России №2116568 по кл. F23D 14/18, публикация 1998 г.). Такие нагревательные устройства просты по конструкции, экономичны и применяются в основном для обогрева и сушки бытовых производственных помещений и других промышленных целей. Конструктивно эти нагревательные устройства выполнены так, что их излучающие элементы находятся в верхней части устройства, а струйная форсунка, связанная с газовым баллоном, и диффузорный смеситель, смонтированный с инжекционным отверстием для забора атмосферного воздуха в рабочей камере, под излучающей панелью. Такая конструкция нагревательного устройства не позволяет использовать его при дорожных работах, когда собственно излучающий элемент должен находиться в нижней части устройства в непосредственной близости от дорожного покрытия.

Наиболее близким по технической сущности и по количеству общих признаков к предлагаемому устройству является беспламенный инфракрасный нагреватель, описанный в книге А.И.Богомолов, Д.Я.Видгорчик, М.А.Маевский. «Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение». М., 1967, с.32-35.

Беспламенный инфракрасный нагреватель-прототип содержит корпус, в верхней части которого смонтирован излучающий элемент в виде панели из огнеупорной керамики со сквозными каналами диаметром 1-1,5 мм. Форсунка, соединенная с источником газа (газовым баллоном), вмонтирована в боковую стенку корпуса. Инжектор-смеситель выполнен в виде трубы Венутри, в горле которой находится форсунка и воздухозаборник - отверстие, через которое атмосферный воздух, образующий с газом газоводушную смесь, поступает в рабочую камеру нагревателя. Труба Вентури в данной конструкции выполняет также функцию распределителя газовоздушной смеси. С наружной стороны для интенсификации сжигания газа и выравнивания температуры по поверхности излучающей панели установлена металлическая сетка из жароупорного материала. Близкий к стехиометрическому состав газовоздушной смеси, хорошее перемешивание газа с воздухом и небольшая скорость выхода смеси обеспечивает возможность сгорания ее на поверхности керамической панели в тонком слое.

При увеличенном подсосе первичного воздуха, что может быть вызвано ветром или перепадами атмосферного давления при работе на открытом воздухе, температура на излучающей панели падает, и излучающая способность нагревателя-прототипа уменьшается. При пониженном подсосе появляются языки пламени и происходит неполнота сгорания, что ухудшает режим работы нагревателя.

Недостатком нагревателя-прототипа является и то, что существенно снижается эффективность нагревателя-прототипа от угла наклона излучающей панели. Наименьшей эффективность становится при угле поворота излучающей панели на 180° (книга «Газовые горелки и их применение», с.38), т.е. когда излучающая панель находится внизу, как это имеет место при разогреве дорожного покрытия, при этом происходит значительный разогрев корпуса, что, в свою очередь, приводит к потерям тепловой энергии. Рабочая камера нагревателя описанной конструкции не защищена от засорения через отверстие воздухозаборника отходами производства, в котором применен нагреватель.

Техническим результатом от использования предложенного изобретения является повышение эффективности при разогреве дорожного покрытия, в том числе обеспечение устойчивой работы на открытом воздухе и поддержание параметров нагрева и горения независимо от атмосферных условий, обеспечение отсутствия потерь тела от нагрева корпуса, а также защита от засорения рабочей камеры отходами дорожного производства.

Для обеспечения указанного технического результата в беспламенный инфракрасный нагреватель дорожного покрытия, содержащий смонтированную в корпусе излучающую перфорированную панель из огнеупорной керамики со сквозными каналами, с наружной стороны закрытую сеткой из жароупорного материала, форсунку, соединенную с газовым баллоном, и воздухозаборник, при этом огнеупорная излучающая панель образует с внутренней полостью корпуса рабочую камеру, в которой расположен распределитель газовоздушной смеси, введены новые признаки, а именно: излучающая панель установлена в нижней части корпуса и в рабочем положении обращена к дорожному покрытию, форсунка с воздухозаборником выполнена в виде единого инжекционно-смесительного узла, установленного за пределами корпуса со смещением относительно его центра и соединенного с корпусом трубопроводом, введенным в корпус в центре его верхней поверхности и заканчивающимся патрубком, выступающим в рабочую камеру, а распределитель газовоздушной смеси выполнен в виде двух металлических пластин разной длины, скрепленных по контуру с внутренней поверхностью корпуса с противоположных относительно свободных кромок пластин одна над другой с заходом одна за другую по длине и перекрывающих рабочую камеру по площади ее поперечного сечения, причем короткая металлическая пластина установлена ближе к излучающей перфорированной панели, длинная металлическая пластина наклонена в сторону излучающей перфорированной панели, при этом между длинной металлической пластиной и патрубком с одной ее стороны и короткой металлической пластиной с другой ее стороны имеются зазоры, а по оси длинной металлической пластины выполнено углубление, по оси патрубка имеющее форму сегмента сферической поверхности, радиус которого равен радиусу патрубка, сочлененного с сегментом конической поверхности, большим диаметром обращенным к свободной кромке длинной металлической пластины.

Для обеспечения оптимальных условий создания стехиометрического состава газовоздушной смеси воздухозаборник инжекционно-смесительного узла выполнен в виде двух коаксиальных полых цилиндров разной длины, короткий цилиндр меньшего диаметра имеет сквозную перфорацию, на длинном цилиндре большего диаметра выполнены сквозные щели вдоль его образующих по длине перфорации короткого цилиндра, оба цилиндра на одном торце соединены фланцем, по оси которого установлена форсунка, коническая часть которой с отверстием канала для выхода газа в вершине конуса находится внутри короткого цилиндра меньшего диаметра, а цилиндрическая часть соединена с трубопроводом, подводящим газ из баллона, при этом на свободном конце цилиндр большего диаметра соединен с трубопроводом для подвода газовоздушной смеси.

Для полного и равномерного обеспечения излучающей перфорированной панели газовоздушной смесью в процессе горения короткая металлическая пластина не должна перекрывать излучающую перфорированную панель более чем на 0,2 ее площади.

Выполнение форсунки с газозаборником в виде единого инжекционно-смесительного узла предложенной конструкции и вынесение его за пределы рабочей камеры и корпуса заявленного нагревателя позволяют обеспечить постоянство перепадов давлений внутри и снаружи рабочей камеры независимо от атмосферных условий окружающей среды при установке излучающей панели в непосредственной близости от дорожного покрытия, обеспечить постоянство температуры излучения до 1000°, как и при работе нагревателя-прототипа при его работе в штатном режиме, и защиту от засорения рабочей камеры. При этом предложенная конструкция газораспределителя обеспечивает конвекцию газовоздушной смеси в рабочей камере, что позволяет избежать разогрева корпуса.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3, при этом на фиг.1 изображена конструкция предложенного нагревателя, на фиг.2 - конструкция инжекционно-смесительного узла, на фиг.3 - конструкция длинной пластины.

Предложенный беспламенный инфракрасный нагреватель дорожного покрытия (фиг.1) содержит излучающую перфорированную панель 1, смонтированную в нижней части металлического корпуса 2. Панель 1 выполнена из десяти пластинок из огнеупорной керамики, перфорированных сквозными каналами 3 диаметром 1,2 мм. Пластинки склеены между собой по краям. Толщина излучающей панели примерно 12 мм, ее габариты 250×150 мм. На наружной стороне, обращенной к дорожному покрытию, излучающая панель закрыта сеткой 4 из жароупорного металла. Расстояние от излучающей панели до сетки составляет 10 мм. К верхней поверхности корпуса 2 в ее центре подведен трубопровод 5 газовоздушной смеси диаметром 30 мм, который заканчивается патрубком 6, выступающим в рабочую камеру 7 на 14 мм. Высота рабочей камеры 45 мм.

На противоположном конце трубопровода 5, имеющего Г-образную форму, установлен со смещением относительно центра инжекционно-смесительный узел 8. Узел 8 (фиг.2) состоит из короткого 9 и длинного 10 коаксиальных цилиндров. На цилиндре 9 равномерно по его поверхности выполнена перфорация - сквозные отверстия 11 диаметром примерно 3 мм. На цилиндре 10 вдоль его образующей выполнены сквозные щели 12 на длину перфорации цилиндра 9. Цилиндры 9 и 10 с одного торца соединены фланцем 13, по оси которого установлена форсунка 14. Коническая часть форсунки 14 с отверстием 15 в ее вершине находится внутри цилиндра 9, а цилиндрическая часть соединена с трубопроводом 16 для подвода газа, подводящим газ из баллона (на фиг.1 не указан). Свободный конец цилиндра 10 с помощью переходника 17 соединен с трубопроводом 5. Диаметры цилиндров 9 и 10 составляют 20 и 40 мм соответственно.

Во внутреннем объеме рабочей камеры 7 имеется распределитель газовоздушной смеси, выполненный в виде металлических пластин 18 и 19, закрепленных с противоположных сторон к внутренней поверхности корпуса 2, так что одна кромка каждой пластины остается свободной. Более длинная пластина 18 установлена в верхней части рабочей камеры и наклонена в сторону излучающей панели 1 на 14°. Короткая пластина 19 установлена ближе к панели 1 и параллельна ей. Пластины 18 и 19 перекрывают друг друга по длине на 15 мм. По высоте рабочей камеры 7 между пластинами имеется зазор. По оси длинной металлической пластины 18 выполнено углубление (фиг.3), по оси патрубка 6 имеющее форму сегмента 20 сферической поверхности, радиус которой равен радиусу патрубка 6. Сегмент 20 сочленен с сегментом 21 конической поверхности. Длина углубления составляет 120 мм. Больший диаметр конической поверхности обращен к свободной кромке пластины 18. Свободная кромка длинной металлической пластины не доходит до стенки корпуса на 10 мм. Длина короткой пластины 25 мм. При этом короткая пластина перекрывает излучающую перфорированную панель на 0,1 ее площади. Если перекрытие площадей превышает 0,2, равномерность нагрева панели 1 нарушается.

Предложенный нагреватель работает следующим образом. Газ из баллона по трубопроводу 16 через форсунку 14 подается в инжекционно-смесительный узел 8, где перемешивается с атмосферным воздухом, поступающим через отверстия в цилиндрах 9 и 10 воздухозаборника, и в виде стехиометрической смеси поступает в рабочую камеру. Газовоздушная смесь равномерно заполняет рабочую камеру, что достигается благодаря конструкции пластин 18 и 19, которые перераспределяют и дробят поток газовоздушной смеси, поступающей из патрубка 6. При поджоге газовоздушная смесь горит в тонком наружном слое излучающей панели. При работе по разогреву дорожного покрытия температура на металлической сетке достигает 1000° и распределена равномерно по всей излучающей поверхности.

Конструкция воздухозаборника в виде коаксиальных цилиндров с перекрытием отверстий на них, а также вынесение инжекционного узла за пределы корпуса нагревателя и смещение его относительно центра нагревателя обеспечивает постоянство подсоса воздуха независимо от положения излучающей панели и от атмосферных условий. При этом достигается эффект полного беспламенного сжигания газа и поддержание постоянства температуры на излучающей поверхности в процессе всего времени работы нагревателя. Кроме того, удаление инжекционно-смесительного узла от нагревателя предохраняет его от засорения, неизбежного при применении нагревателя-прототипа в условиях ремонта дороги, а конвекция тепловых потоков газовоздушной смеси, достигаемая за счет предложенной конструкции газораспределителя, предохраняет корпус от нагревания. Все это позволяет считать заявленный технический результат достигнутым.

Предложенная конструкция беспламенного инфракрасного нагревателя может быть применена и в других областях народного хозяйства, преимущественно в тех случаях, когда требуется нагрев поверхностей, находящихся под нагревателем.

Изобретение относится к нагревательным устройствам с температурными излучателями, нагреваемыми сжигаемой топливно-воздушной смесью в беспламенным режиме, преимущественно для нагрева дорожного покрытия в процессе его ремонта. Беспламенный инфракрасный нагреватель дорожного покрытия содержит смонтированную в корпусе излучающую перфорированную панель из огнеупорной керамики со сквозными каналами, с наружной стороны закрытую сеткой из жароупорного материала, форсунку, соединенную с газовым баллоном, и воздухозаборник, при этом огнеупорная излучающая панель образует с внутренней полостью корпуса рабочую камеру, в которой расположен распределитель газовоздушной смеси. Излучающая панель установлена в нижней части корпуса и в рабочем положении обращена к дорожному покрытию, форсунка с воздухозаборником выполнена в виде единого инжекционно-смесительного узла, установленного за пределами корпуса со смещением относительно его центра и соединенного с корпусом трубопроводом, введенным в корпус в центре его верхней поверхности и заканчивающимся патрубком, выступающим в рабочую камеру, а распределитель газовоздушной смеси выполнен в виде двух металлических пластин разной длины, скрепленных по контуру с внутренней поверхностью корпуса с противоположных сторон относительно свободных кромок пластин одна над другой, с заходом одна за другую по длине, и перекрывающих рабочую камеру по площади ее поперечного сечения, причем короткая металлическая пластина установлена ближе к излучающей перфорированной панели, длинная металлическая пластина наклонена в сторону излучающей перфорированной панели, при этом между длинной металлической пластиной и патрубком с одной ее стороны и короткой металлической пластиной с другой ее стороны имеются зазоры, а по оси длинной металлической пластины выполнено углубление, по оси патрубка имеющее форму сегмента сферической поверхности, радиус которой равен радиусу патрубка, сочлененного с сегментом конической поверхности, большим диаметром обращенным к свободной кромке длинной металлической пластины. Воздухозаборник выполнен в виде двух коаксиальных полых цилиндров разной длины, короткий цилиндр меньшего диаметра имеет сквозную перфорацию, на длинном цилиндре большего диаметра выполнены сквозные щели вдоль его образующих по длине перфорации короткого цилиндра, оба цилиндра на одном торце соединены фланцем, по оси которого установлена форсунка, коническая часть которой с отверстием канала для выхода газа в вершине конуса находится внутри короткого цилиндра меньшего диаметра, а цилиндрическая часть соединена с трубопроводом, подводящим газ из баллона, при этом на свободном конце цилиндр большего диаметра соединен с трубопроводом для подвода газовоздушной смеси. Короткая пластина перекрывает излучающую перфорированную панель не более чем на 0,2 ее площади. Изобретение позволяет повысить эффективность работы нагревателя при любых погодных условиях. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Беспламенный инфракрасный нагреватель дорожного покрытия, содержащий смонтированную в корпусе излучающую перфорированную панель из огнеупорной керамики со сквозными каналами, с наружной стороны закрытую сеткой из жароупорного материала, форсунку, соединенную с газовым баллоном, и воздухозаборник, при этом огнеупорная излучающая панель образует с внутренней полостью корпуса рабочую камеру, в которой расположен распределитель газовоздушной смеси, отличающийся тем, что излучающая панель установлена в нижней части корпуса и в рабочем положении обращена к дорожному покрытию, форсунка с воздухозаборником выполнена в виде единого инжекционно-смесительного узла, установленного за пределами корпуса со смещением относительно его центра и соединенного с корпусом трубопроводом, введенным в корпус в центре его верхней поверхности и заканчивающимся патрубком, выступающим в рабочую камеру, а распределитель газовоздушной смеси выполнен в виде двух металлических пластин разной длины, скрепленных по контуру с внутренней поверхностью корпуса с противоположных сторон относительно свободных кромок пластин одна над другой, с заходом одна за другую по длине, и перекрывающих рабочую камеру по площади ее поперечного сечения, причем короткая металлическая пластина установлена ближе к излучающей перфорированной панели, длинная металлическая пластина наклонена в сторону излучающей перфорированной панели, при этом между длинной металлической пластиной и патрубком с одной ее стороны и короткой металлической пластиной с другой ее стороны имеются зазоры, а по оси длинной металлической пластины выполнено углубление, по оси патрубка имеющее форму сегмента сферической поверхности, радиус которой равен радиусу патрубка, сочлененного с сегментом конической поверхности, большим диаметром обращенным к свободной кромке длинной металлической пластины.