ПОРТАТИВНОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2009 года по МПК F24H1/06 

Настоящее изобретение относится к портативному теплопередающему устройству, оснащенному автономным источником энергии и предназначенному для подвода тепла к нагревателю или одежде с обогревом, используемой на открытом воздухе, когда любой подвод электрической энергии или горючего газа затруднен.

До настоящего времени в качестве переносного нагревателя, используемого на открытом воздухе, использовали главным образом газовый нагреватель и нательный обогреватель. Однако эти изделия неудобны тем, что обогревается лишь часть тела потребителя, либо уровень теплоты невозможно регулировать. Кроме того, нашли практическое применение одежда с обогревом и коврик с обогревом, причем в каждом из этих изделий используется батарея и каждое из них имеет электрически-резистивный элемент, распределенный внутри и выполненный с возможностью генерирования тепла на основе электрической энергии батареи. Однако массовая плотность энергии новейших батарей по-прежнему не очень высока и поэтому они не способны вырабатывать требуемую энергию нагрева в течение достаточного периода времени.

Для решения этой проблемы, автор этой заявки предложил изобретение, описанное в японском патенте №3088127. Еще одно изобретение широко известно и описано в публикации №09-126423 выложенного патента Японии. Эти изобретения имеют целью использование сжиженного нефтяного газа (СНГ) в качестве источника энергии с тем, чтобы преодолеть упомянутый недостаток батарей, и предназначены для сжигания СНГ с использованием катализатора и выделения получаемого тепла. В первом из упомянутых изобретений выделенное тепло действует, активизируя насос с тепловым приводом с целью передачи тепла средой воды. В последнем из упомянутых изобретений теплопередача достигается за счет воздушной конвекции.

По сравнению с пламенным горением каталитическое горение представляет собой интенсивную реакцию горения, которая может продолжаться непрерывно лишь за счет подачи топлива и воздуха при поддержании некоторого уровня высокотемпературной окружающей среды, даже если дует ветер или немного изменяется соотношение компонентов топливовоздушной смеси. Кроме того, каталитическое горение имеет такую особенность, что горение начинается при более низкой температуре, чем при пламенном горении. Однако если реакция будет продолжаться при соотношении компонентов, соответствующем теоретической смеси, в течение более длительного периода времени, температура горения существенно увеличится, вызывая ухудшение качества катализатора. Таким образом, необходимо проводить реакцию при соотношении компонентов, соответствующем обедненной смеси (при избытке воздуха). Это неизбежно приводит к снижению температуры горения, что вызывает потребность в увеличении площади теплопередачи, необходимой для активизации насоса с тепловым приводом, а значит - и в увеличении размеров камеры сгорания. Таким образом, проблема портативности остается. Более того, невозможно использовать горелку низкого давления ввиду потребности во введении воздуха с большим избытком. В отличие от этого пламенное горение изначально имеет высокую температуру горения. Таким образом, требуемую площадь теплопередачи можно уменьшить, что облегчает уменьшение размеров, и можно уменьшить площадь поверхности теплогенерирующей секции, чтобы ограничить утечку тепла с поверхности в окружающую среду, обеспечивая при этом повышенный тепловой кпд. Вместе с тем, на практике трудно осуществить горение полностью предварительно перемешанной смеси (горение после полного предварительного перемешивания) в пределах узкого пространства, окруженного периферийной стенкой. Такое горение также трудно осуществить в горелке низкого давления, предназначенной для впрыска СНГ из сопла и всасывания воздуха за счет инерции впрыскиваемого СНГ. Хотя пламя можно поддерживать при соотношении компонентов, соответствующем богатой смеси, оно задувается прежде, чем соотношение компонентов смеси достигает теоретического соотношения компонентов, соответствующего теоретической смеси. Хотя для нагнетательной подачи воздуха (принудительной подачи воздуха), как правило, используют вентилятор, чтобы достичь условий горения после полного предварительного перемешивания, такой вентилятор принудительной подачи воздуха нельзя использовать в портативном устройстве, предусматривающем уменьшенные габариты, потому что вентилятор должен вращаться посредством электродвигателя, требующего источника энергии, такого как батарея.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать компактное и легкое портативное теплопередающее устройство, пригодное для переноски или транспортировки и выполненное с возможностью осуществления пламенного горения полностью предварительно перемешанной топливовоздушной смеси с использованием горелки низкого давления и при этом гарантирующее стабильное качество горения без срывов пламени из-за возмущений, а также уменьшающее потери тепла в окружающую среду, что позволяет подводить достаточное тепло к насосу с тепловым приводом.

Для решения упомянутой технической задачи в портативном теплопередающем устройстве, содержащем приспособление для формирования и подачи смеси для получения смеси топливного газа и воздуха, нагревательный блок, включающий в себя теплонакопительный кожух и горелку, установленную в упомянутом теплонакопительном кожухе и выполненную с камерой сгорания, имеющей плоскую поверхность, причем упомянутая горелка включает в себя множество отверстий, каждое из которых выполнено на ее верхней по потоку стороне, доходит до упомянутой плоской поверхности и служит в качестве отверстия горелки, предназначенного для впрыска смеси в камеру сгорания для осуществления сжигания упомянутой смеси в камере сгорания, и пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло и выполненный с возможностью частичного преобразования тепловой энергии отходящего газа, получаемого в результате сжигания в камере сгорания, в энергию излучаемого тепла, при этом упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, ограничивает, по меньшей мере, область поверхности камеры сгорания, расположенную напротив фронта пламени, получаемого вблизи упомянутой плоской поверхности, и насос с тепловым приводом, подсоединенный к теплонакопительному кожуху и выполненный с возможностью приема тепла, генерируемого за счет сжигания смеси в камере сгорания, через теплонакопительный кожух, согласно изобретению теплонакопительный кожух имеет такую форму, что он полностью окружает упомянутую горелку, находясь на расстоянии от нее и образуя промежуток между упомянутой горелкой и упомянутым кожухом, и выполнен со множеством отверстий, составляющих расположенную выше по потоку теплообменную секцию и расположенную ниже по потоку теплообменную секцию, при этом упомянутый теплонакопительный кожух выполнен с возможностью осуществления теплообмена, когда отходящий газ из камеры сгорания проходит через расположенную ниже по потоку теплообменную секцию, и передачи упомянутого принятого тепла таким образом, что его можно использовать для подогрева смеси в упомянутой расположенной выше по потоку теплообменной секции и для нагрева упомянутого насоса с тепловым приводом.

Предпочтительно, большая часть поверхности камеры сгорания упомянутой горелки, включающая в себя упомянутую область поверхности, противоположную фронту пламени, ограничена упомянутым пористым твердым компонентом, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло.

Предпочтительно, устройство включает в себя выпускной канал, сообщающийся посредством текучей среды с расположенной ниже по потоку теплообменной секцией упомянутого теплонакопительного кожуха.

Предпочтительно, пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из пенокерамики.

Предпочтительно, пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из нескольких слоев проволочных сеток.

Предпочтительно, одна или более упомянутых проволочных сеток имеет форму шевронов.

Предпочтительно, что упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из любого элемента группы, состоящей из нескольких слоев проволочных сеток, пенокерамики, матообразного керамического волокна и спеченного матообразного теплостойкого сплавного волокна.

Предпочтительно, теплонакопительный кожух выполнен из нагревающего проводника, содержащего алюминий, а упомянутая горелка выполнена из теплостойкого керамического материала, обладающего превосходной характеристикой теплового излучения.

Предпочтительно, камера сгорания включает в себя ступеньку для поддержания пламени, выполненную в положении, находящемся ниже по потоку от упомянутой плоской поверхности, имеющей отверстия горелки, и расположенную таким образом, что площадь сечения камеры сгорания резко увеличивается в направлении вниз по потоку.

Предпочтительно, камера сгорания имеет внутренний объем 10 см³ или менее.

Предпочтительно, приспособление для формирования и подачи смеси содержит трубку Вентури, имеющую воздухозаборный канал и связанную с горелкой, при этом упомянутая трубка Вентури включает в себя сопло для впрыска газа, эжектор и диффузор, а также дроссельный клапан, предусмотренный в упомянутом воздухозаборном канале, и регулятор давления, связанный с упомянутым соплом для впрыска газа на его расположенной выше по потоку стороне.

Предпочтительно, воздухозаборный канал и упомянутый выпускной канал имеют, соответственно, воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие, расположенные в одинаковой ориентации и отстоящие друг от друга, причем каждое из упомянутых впускного отверстия и выпускного отверстия снабжено ветрозащитной пластиной снаружи вблизи него, а упомянутая ветрозащитная пластина имеет размер, обеспечивающий полное перекрытие ею соответствующего упомянутого впускного отверстия или выпускного отверстия.

Предпочтительно, устройство включает в себя воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие, соответственно открытые в независимых выступающих поверхностях, расположенные в одинаковой ориентации и отстоящие друг от друга, причем каждое из упомянутых впускного отверстия и выпускного отверстия снабжено парой ветрозащитных пластин снаружи и вблизи него, и каждая из упомянутой пары ветрозащитных пластин имеет размер, обеспечивающий полное перекрытие ею соответствующего упомянутого впускного отверстия или выпускного отверстия, а пластины в паре расположены перекрываясь и отстоят друг от друга.

При этом газовоздушная смесь, подаваемая из приспособления для формирования и подачи смеси в камеру сгорания через отверстия горелки, зажигается искрами свечи зажигания, открытой в камеру сгорания для создания факелов вокруг плоской поверхности камеры сгорания. Когда полученный отходящий газ проходит через пористый твердотельный компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, часть тепловой энергии преобразуется в энергию излучаемого тепла этим пористым твердотельным компонентом, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло, и возвращается в пламя для ускорения реакции горения смеси. Таким образом, пламя формируется в виде стабильного фронта пламени, стойкого к «срывам пламени».

Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - сечение, иллюстрирующее портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в одном варианте его осуществления.

фиг.2 - сечение, иллюстрирующее портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в другом варианте его осуществления.

фиг.3 - сечение, иллюстрирующее портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в еще одном варианте его осуществления.

фиг.4 - фрагментарное перспективное изображение в сечении, иллюстрирующее другой пример ветрозащитного приспособления в портативном теплопередающем устройстве согласно настоящему изобретению.

фиг.5 - фрагментарный вид сбоку в сечении ветрозащитного приспособления, изображенного на фиг.4.

фиг.6 - сечение, иллюстрирующее другой пример горелки в портативном теплопередающем устройстве согласно настоящему изобретению.

фиг.7 - сечение, иллюстрирующее еще один пример горелки,

фиг.8 - перспективное изображение в сечении горелки с фиг.7.

фиг.9 - модификация варианта осуществления с фиг.2.

фиг.10 - перспективное изображение с частичным вырезом горелки в варианте осуществления с фиг.9.

На фиг.1 представлено сечение, иллюстрирующее портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в одном варианте его осуществления. Это портативное теплопередающее устройство в основном содержит приспособление А для формирования и подачи смеси, нагревательный блок В и насос Р с тепловым приводом. Приспособление для формирования и подачи смеси включает в себя трубку 3 Вентури, имеющую канал 1 подачи и сопло 2 для впрыска газа. Воздухозаборный канал 1 имеет дроссельный клапан 4. Угол открывания дроссельного клапана 4 можно регулировать снаружи с помощью рычага 5, свободно изменяя объем забираемого воздуха. Давление газа (СНГ), поступающего из стального цилиндра 6, регулируется регулятором 7 давления и поддерживается постоянным, после чего этот газ подается в сопло 2 для впрыска газа. Сопло 2 для впрыска газа имеет внутренний диаметр ϕ примерно от 40 до 60 мкм, а давление газа (избыточное давление), прикладываемое к соплу, предпочтительно отрегулировано в диапазоне примерно от 2,9×10⁴ до 19,6×10⁴ Па путем вращения ручки 8 регулятора давления. В трубке 3 Вентури воздух всасывается из воздухозаборного канала 1 под действием эжектора, а затем топливный газ смешивается с воздухом, вследствие чего расходуемый объем воздуха уменьшается, под действием диффузора 6. Соотношение компонентов газовоздушной смеси, имеющееся в получаемой смеси, можно изменять воздействуя вручную на рычаг 5 с тем, чтобы отрегулировать степень открывания дроссельного клапана. Хотя во время операции зажигания требуется соотношение компонентов, соответствующее богатой смеси, желательно задавать для смеси несколько обедненное соотношение компонентов смеси по сравнению с соотношением компонентов, соответствующим теоретической смеси, во время установившейся работы ввиду предотвращения неполного горения.

Нагревательный блок В включает в себя горелку 11, выполненную с камерой 12 сгорания, и теплонакопительный кожух 10, имеющий такую конфигурацию, что он окружает горелку 11, и выполненный из нагревающего проводника, например алюминиевого. Горелка включает в себя большое количество отверстий 15, выполненных на ее расположенной выше по потоку стороне отстоящими друг от друга и таким образом, что они проходят до плоской поверхности 13, служа в качестве большого количества отверстий 14 горелки. Камера 12 сгорания имеет исключительно малый внутренний объем - 10 см³ или менее. Горелка В дополнительно оснащена свечой 16 зажигания, проходящей таким образом, что она открывается в камеру 12 сгорания.

Горелка 11 оснащена пористым твердотельным компонентом 17, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло. В этом варианте осуществления пористый твердотельный компонент 17, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, содержит проволочную сетку, сформированную плетением из теплостойкой металлической проволоки, имеющей диаметр ϕ примерно от 0,1 до 0,3.

Во-первых, для операции зажигания задают смесь топливного газа и воздуха, имеющую относительно высокое соотношение компонентов, путем регулирования дроссельного клапана с помощью рычага 5 для уменьшения объема воздуха и впрыскивают такую смесь через большое количество отверстий 15 в камеру 12 сгорания горелки 11. Смесь, впрыскиваемая из отверстий, формируется в виде вихрей смеси вокруг выходных проемов отверстий ввиду резко увеличенной плоской поверхности 13. Затем смесь зажигается искрами от свечи 16 зажигания, и упомянутые вихри тоже зажигаются. Получаемые факелы из большого количества отверстий 14 горелки объединяются друг с другом, образуя единый фронт пламени, и стабилизируются в окрестности плоской поверхности. Горение вызывает увеличение температуры поверхности стенки камеры 12 сгорания, а получаемое тепло действует, обогревая область стенки над отверстиями 14 горелки с тем, чтобы подогреть смесь. Одновременно с этим высокотемпературный отходящий газ, получающийся в результате горения, проходит сквозь пористый твердотельный компонент 17, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло. Проволока проволочной сетки, образующей пористый твердотельный компонент 17, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, имеет малый диаметр, поэтому температура проволочной сетки быстро увеличивается до нескольких сотен градусов, что позволяет пористому твердотельному компоненту 17, осуществляющему преобразование в излучаемое тепло, испускать энергию излучаемого тепла во всех направлениях как электромагнитные волны. Часть энергии излучаемого тепла действует, нагревая расположенную выше по потоку область, т.е. фронт пламени, что резко ускоряет горение. В этой связи доказано, что положение пористого твердотельного компонента 17, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, является одним из ключевых факторов, то есть эффект излучения тепла ослабнет, если это положение окажется слишком далеко от фронта пламени, и во время операции зажигания пламя вообще не сможет образоваться, если упомянутое положение окажется слишком близко к фронту пламени. Зная это, предпочтительно располагать пористый твердотельный компонент 17, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, в положении, удаленном от плоской поверхности камеры сгорания на 5-15 мм в направлении вниз по течению. За счет этого оказывается возможной рециркуляция тепловой энергии отходящего газа в форме энергии излучаемого тепла в пламя. Смесь интенсивно нагревается, и поэтому скорость горения будет постепенно расти. Необходимо продлить это состояние на некоторое время. Этот период времени соответствует периоду времени нагрева, необходимому для увеличения соответствующих температур пористого твердотельного компонента 17, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, и грелки 11 с целью гарантированного выполнения функции горения. Затем рычаг 5 перемещают, увеличивая степень открывания дроссельного клапана 4 с тем, чтобы ввести больший объем воздуха. Таким образом, смесь имеет повышенный расходуемый объем, а в камере 12 сгорания наблюдается повышенный расход. В обычной камере сгорания фронт пламени в течение рассматриваемого процесса задувается. В отличие от этого, смесь, нагретая за счет подогрева и рециркуляции тепла, имеет скорость горения, позволяющую выдержать вышеупомянутый увеличенный расход, обеспечивая стабильное поддержание фронта пламени в камере сгорания без срывов пламени. Кроме того, смесь имеет соотношение компонентов, соответствующее несколько обедненной смеси (избыток воздуха), по сравнению с соотношением компонентов, соответствующим теоретической смеси. Таким образом, полное горение осуществляется для генерирования большей тепловой энергии, а эта большая тепловая энергия будет использована для подогрева и рециркуляции тепла с тем, чтобы обеспечить нарастающее повышение стабильности пламени. Как упоминалось выше, для сжигания большего объема топливного газа в малой камере сгорания можно увеличить скорость горения. Следовательно, можно уменьшить габариты этой горелки по сравнению с обычной каталитической горелкой, имеющей ту же отдаваемую тепловую мощность, получая оптимальные размеры горелки для портативного теплопередающего устройства.

Тепло, генерируемое в камере 12 сгорания, накапливается теплонакопительным кожухом 10, окружающим горелку 11, и передается в насос Р с тепловым приводом, а затем поступает на внешнюю нагрузку.

Проволочная сетка для использования в качестве пористого твердотельного компонента 17, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, может быть выполнена в виде единственного слоя для получения предписываемого эффекта. Хотя можно эффективно наслоить множество проволочных сеток, многослойная проволочная сетка неизбежно вызывает увеличение сопротивления потоку отходящего газа. Таким образом, в горелке пониженного давления с относительно низкой рабочей характеристикой воздухозаборного канала использование многослойной проволочной сетки должно определяться расчетным объемом забора воздуха. По той же причине, в связи с плотностью ячеек сеток следует отметить, что в общем случае можно использовать проволочные сетки, характеризующиеся числами меш от 80 до 40. Кроме того, проволочная сетка может быть покрыта керамическим материалом для предотвращения пережога. Это также выгодно для проволочной сетки, потому что керамика обладает превосходной рабочей характеристикой излучения тепла. Помимо этого, вместо проволочной сетки можно использовать пенокерамику.

На фиг.2 показано портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в другом варианте его осуществления. В этом варианте осуществления теплонакопительный кожух 10 горелки 11 выполнен из такого проводника тепла, как алюминий, как и в варианте осуществления, изображенном на фиг.1, и имеет такую конфигурацию, что полностью окружает горелку 11 и отстоит от нее, ограничивая пространство между горелкой 11 и кожухом 10. Они связаны друг с другом лишь посредством теплоизоляционного уплотнения 21, выполненного из теплоизоляционного материала и расположенного вокруг верхней части горелки 11, чтобы сквозь кожух можно было вводить смесь. Теплонакопительный кожух 10 выполнен с большим количеством отверстий 20, составляющих расположенную выше по потоку теплообменную секцию 18 и расположенную ниже по потоку теплообменную секцию 19. Наружная периферийная поверхность расположенной выше по потоку теплообменной секции связана с трубкой 3 Вентури через посредство теплоизоляционного уплотнения 22. Горелка 11 оснащена пористым твердотельным компонентом 17, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло и расположенным на выходе камеры 12 сгорания точно так же, как в первом варианте осуществления. Как в вышеописанном варианте, между горелкой 11 и теплонакопительным кожухом 10 образуется теплоизоляционный слой воздуха для предотвращения передачи тепла, генерируемого в камере 12 сгорания во время горения, в теплонакопительный кожух 11 вследствие теплопроводности. Таким образом, сама горелка 11 нагревается до более высокой температуры, чем температура горелки в первом варианте осуществления, дополнительно ускоряя горение. Кроме того, смесь дополнительно подогревается расположенной выше по потоку теплообменной секцией 18 в две стадии, и поэтому задувание факелов в камере 12 сгорания будет менее вероятным, то есть, пламя стабилизируется. При этом тепло высокотемпературного отходящего газа накапливается расположенной ниже по потоку теплообменной секцией 19, а затем поглощается насосом Р с тепловым приводом. Таким образом, температура отходящего газа становится ниже, чем температура отходящего газа в первом варианте осуществления, и поэтому можно подводить большее количество тепла в насос Р с тепловым приводом, не теряя генерируемое тепло и достигая повышенной стабильности факелов.

Хотя горелка 11 для использования в этом варианте осуществления предпочтительно выполнена из теплостойкой керамики, обладающей превосходной рабочей характеристикой излучения тепла, без каких-либо проблем можно с равным успехом использовать теплостойкий металл, такой как нержавеющая сталь.

На фиг.3 показано портативное теплопередающее устройство согласно настоящему изобретению в еще одном варианте его осуществления. В этом варианте осуществления предусматриваются выпускной канал 23 для выпуска отходящего газа через расположенную ниже по потоку теплообменную секцию 19, соответствующую второму варианту осуществления, и ветрозащитная пластина 24, расположенная снаружи в окрестности выходного отверстия 23' для отходящего газа для защиты от ветров. Кроме того, снаружи в окрестности воздухозаборного отверстия 1' воздухозаборного канала 1 расположена ветрозащитная пластина 25. Воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие находятся в общей плоскости, проходящей через оси воздухозаборного канала и выпускного канала в устройстве, и отстоят друг от друга. Причина заключается в том, что заборное отверстие и выпускное отверстие должны быть расположены с возможностью восприятия одного и того же ветрового давления, когда дует ветер, чтобы предотвратить срыв пламени. В общем случае, котел для ванной выполняют таким образом, что воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие выполнены в целом так, что оказывается возможным осуществление теплообмена между ними, сопровождаемого уменьшением потерь отходящего газа. В этом варианте осуществления вышеописанная компоновка может вносить вклад в уменьшение потерь. Однако внутренний объем камеры сгорания в настоящем изобретении составляет лишь сотую часть от объема котла для ванной, и поэтому нагрузка камеры сгорания (количество тепла, генерируемого в камере сгорания, деленное на внутренний объем, выраженный в см³, камеры сгорания) относительно высока. Это означает, что хотя температура камеры сгорания становится выше, чтобы повысить стабильность факелов, шум горения станет сильнее. Этот шум подразделяется на шум, передаваемый к воздухозаборному отверстию через диффузор и трубку Вентури, и шум, передаваемый к газовыпускному отверстию. Затем эти шумы выдаются в атмосферу и гасятся или затухают. Если воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие находятся близко друг к другу, то заборное отверстие и выпускное отверстие будут акустически связанными друг с другом, и оказывается вероятным резонанс, увеличивающий силу шума, имеющего только одну, конкретную частоту. Затем шум будет преобразован в изменение давления, приводящее к задуванию факелов. Этой проблемы можно избежать только в случае, если соответствующая длина газового канала между воздухозаборным отверстием и камерой сгорания и между газовыпускным отверстием и камерой сгорания минимизирована, а воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие выполнены отстоящими друг от друга на заданное расстояние между ними. Если все же необходимо расположить их близко друг к другу, то приходится устанавливать между ними стенку, чтобы разорвать акустическую связь. Каждая из ветрозащитных пластин должна иметь размеры, позволяющие ей полностью перекрыть воздухозаборное отверстие или газовыпускное отверстие с тем, чтобы предотвратить непосредственное воздействие ветрового давления на заборное отверстие и выпускное отверстие. Каждая из ветрозащитных пластин расположена на некотором расстоянии от воздухозаборного отверстия и газовыпускного отверстия, обеспечивая забор воздуха или выпуск газа через имеющийся промежуток.

На фиг.4 и 5 показана дополнительная ветрозащитная система. Воздухозаборное отверстие 1' открывается в выступающей поверхности 27, которая выполнена выступающей из поверхности 26 на расстояние D. Это делает возможным исключение негативного влияния ветра, направление которого изменяется из-за столкновения с поверхностью 26 и который становится текущим параллельно поверхности 26. Кроме того, как показано на фиг.4 и 5, выполнены отстоящими друг от друга первая ветрозащитная пластина 28, аналогичная ветрозащитной пластине 25, и вторая ветрозащитная пластина 29. В этой компоновке изменение давление из-за завихрений воздуха, возникающих на краях ветрозащитных пластин вследствие порыва ветра, можно уменьшить в две стадии. Кроме того, эта конструкция может предотвращать негативное воздействие ветра, дующего в поперечном направлении под острым углом, на воздухозаборное отверстие.

Эти две ветрозащитные пластины и выступающая поверхность также применимы к воздуховыпускному отверстию. Их влияние значительно, и при их наличии становится возможной горелка для портативного теплопередающего устройства, предназначенного для стабильного использования на открытом воздухе без срывов

пламени даже при ветре, скорость которого составляет примерно 20 м/сек.

На фиг.6 показан один пример горелки нагревательного блока, предназначенного для использования в портативном теплопередающем устройстве согласно настоящему изобретению. Горелка 11 целиком выполнена из такого материала, как керамика, обладающего превосходной стойкостью к высоким температурам и рабочей характеристикой тепловой изоляции. Как показано на фиг.6, эта горелка включает в себя большое количество отверстий 14 горелки, каждое из которых выполнено доходящим до плоской поверхности 13, контактирующей с камерой сгорания. Каждое из отверстий горелки обладает некоторой степенью протяженности и служит для передачи тепла в смесь и блокировки обратных вспышек. Отверстие горелки имеет диаметр ϕ примерно от 0,8 до 1,2. На расположенной ниже по потоку стороне плоской поверхности 13 выполнена ступенька 30 для увеличения площади сечения камеры сгорания, а в некотором положении, отдаленном от ступеньки, со стороны, расположенной ниже по потоку от ступеньки, имеются два слоя проволочных сеток, служащих в качестве пористого твердотельного компонента 17, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло. Когда требуется увеличить отдаваемую тепловую мощность во время горения в установившемся состоянии, можно увеличить давление газа из сопла с целью впрыска большего объема топливного газа. Тогда из воздухозаборного отверстия вводится соответственно увеличенный объем воздуха, а в камеру сгорания вводится больший объем смеси. Фронт пламени перемещается в направлении вниз по потоку по мере увеличения скорости течения смеси. Во время этого процесса скорость течения снижается на ступеньке 30, и вокруг этой ступеньки возникают дополнительные вихри, обеспечивая стабилизацию фронта пламени. Таким образом, область на внутренней стороне этой ступеньки 30 становится одним большим отверстием горелки. Это делает возможным сжигание большого объема смеси. Кроме того, можно избирательно увеличивать и уменьшать отдаваемую тепловую мощность.

На фиг.7 показан еще одни пример горелки в нагревательной секции. Из двух слоев проволочных сеток первый слой включает в себя шевронную проволочную сетку, выполненную в форме шевронов. Это дает возможность увеличить площадь поверхности проволочной сетки и уменьшить сопротивление потоку отходящего газа. Хотя второй слой тоже можно выполнить в форме шевронов, предпочтительно выполнить его в плоской форме, как показано на фиг.7, и уменьшить плотность ячеек сеток.

На фиг.8 представлено перспективное изображение в сечении горелки, изображенной на фиг.7, подробнее иллюстрирующее шевронную проволочную сетку.

На фиг.9 представлена модификация варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.2. За исключением того, что большая часть поверхности камеры 12 сгорания горелки 11, включающая в себя область поверхности, противоположную фронту пламени, ограничена пористым твердотельным компонентом 17, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло, этот вариант осуществления является таким же, как вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.2. Как недвусмысленно показано на фиг.10, этот пористый твердотельный компонент 17, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен в форме корзины и прикреплен к горелке 11 путем посадочного сцепления с вырезанной частью, сформированной вдоль окружного направления горелки 11. В этой конструкции площадь поверхности пористого твердотельного компонента, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, значительно увеличивается, и поэтому сопротивление потоку отходящего газа в целом эффективно уменьшается. Таким образом, когда проволочная сетка используется в качестве пористого твердотельного компонента, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, можно использовать проволочную сетку, имеющую увеличенную плотность ячеек сетки, и можно увеличить количество слоев. Материал пористого твердотельного компонента, осуществляющего преобразование в излучаемое тепло, может включать в себя несколько слоев проволочных сеток, пенокерамику, матообразное керамическое волокно или спеченное матообразное теплостойкое сплавное волокно.

Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано для подвода тепла к различным объектам. Теплопередающее устройство содержит приспособление для формирования и подачи смеси для получения смеси топливного газа и воздуха и нагревательный блок. Нагревательный блок включает в себя теплонакопительный кожух и горелку, установленную в теплонакопительном кожухе и выполненную с камерой сгорания, имеющей плоскую поверхность. Горелка включает в себя множество отверстий, каждое из которых выполнено на ее верхней по потоку стороне, доходит до упомянутой плоской поверхности и служит в качестве отверстия горелки, предназначенного для впрыска смеси в камеру сгорания, и пористый твердый компонент. Пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, ограничивает область поверхности камеры сгорания, расположенную напротив фронта пламени, получаемого вблизи упомянутой плоской поверхности и насос с тепловым приводом, подсоединенный к теплонакопительному кожуху и выполненный с возможностью приема тепла через теплонакопительный кожух. Теплонакопительный кожух имеет такую форму, что он полностью окружает горелку, находясь на расстоянии от нее и образуя промежуток между упомянутой горелкой и упомянутым кожухом, и выполнен со множеством отверстий, составляющих расположенную выше по потоку теплообменную секцию и расположенную ниже по потоку теплообменную секцию. Теплонакопительный кожух выполнен с возможностью осуществления теплообмена, когда отходящий газ из камеры сгорания проходит через расположенную ниже по потоку теплообменную секцию, и передачи упомянутого принятого тепла таким образом, что его можно использовать для подогрева смеси в упомянутой расположенной выше по потоку теплообменной секции и для нагрева упомянутого насоса с тепловым приводом. Изобретение обеспечивает компактность устройства, возможность его легкой транспортировки, стабильное качество горения и уменьшение потерь тепла в окружающую среду. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Портативное теплопередающее устройство, содержащее приспособление для формирования и подачи смеси для получения смеси топливного газа и воздуха, нагревательный блок, включающий в себя теплонакопительный кожух и горелку, установленную в упомянутом теплонакопительном кожухе и выполненную с камерой сгорания, имеющей плоскую поверхность, причем упомянутая горелка включает в себя множество отверстий, каждое из которых выполнено на ее верхней по потоку стороне, доходит до упомянутой плоской поверхности и служит в качестве отверстия горелки, предназначенного для впрыска смеси в камеру сгорания для осуществления сжигания упомянутой смеси в камере сгорания, и пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло и выполненный с возможностью частичного преобразования тепловой энергии отходящего газа, получаемого в результате сжигания в камере сгорания, в энергию излучаемого тепла, при этом упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, ограничивает, по меньшей мере, область поверхности камеры сгорания, расположенную напротив фронта пламени, получаемого вблизи упомянутой плоской поверхности и насос с тепловым приводом, подсоединенный к теплонакопительному кожуху и выполненный с возможностью приема тепла, генерируемого за счет сжигания смеси в камере сгорания, через теплонакопительный кожух, отличающееся тем, что теплонакопительный кожух имеет такую форму, что он полностью окружает упомянутую горелку, находясь на расстоянии от нее и образуя промежуток между упомянутой горелкой и упомянутым кожухом, и выполнен со множеством отверстий, составляющих расположенную выше по потоку теплообменную секцию и расположенную ниже по потоку теплообменную секцию, при этом упомянутый теплонакопительный кожух выполнен с возможностью осуществления теплообмена, когда отходящий газ из камеры сгорания проходит через расположенную ниже по потоку теплообменную секцию, и передачи упомянутого принятого тепла таким образом, что его можно использовать для подогрева смеси в упомянутой расположенной выше по потоку теплообменной секции и для нагрева упомянутого насоса с тепловым приводом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что большая часть поверхности камеры сгорания упомянутой горелки, включающая в себя упомянутую область поверхности, противоположную фронту пламени, ограничена упомянутым пористым твердым компонентом, осуществляющим преобразование в излучаемое тепло.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно включает в себя выпускной канал, сообщающийся посредством текучей среды с расположенной ниже по потоку теплообменной секцией упомянутого теплонакопительного кожуха.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из пенокерамики.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из нескольких слоев проволочных сеток.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что одна или более упомянутых проволочных сеток имеет форму шевронов.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутый пористый твердый компонент, осуществляющий преобразование в излучаемое тепло, выполнен из любого элемента группы, состоящей из нескольких слоев проволочных сеток, пенокерамики, матообразного керамического волокна и спеченного матообразного теплостойкого сплавного волокна.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый теплонакопительный кожух выполнен из нагревающего проводника, содержащего алюминий, а упомянутая горелка выполнена из теплостойкого керамического материала, обладающего превосходной характеристикой теплового излучения.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутая камера сгорания включает в себя ступеньку для поддержания пламени, выполненную в положении, находящемся ниже по потоку от упомянутой плоской поверхности, имеющей отверстия горелки, и расположенную таким образом, что площадь сечения камеры сгорания резко увеличивается в направлении вниз по потоку.

10. Устройство по любому из пп.1 и 2 или 9, отличающееся тем, что упомянутая камера сгорания имеет внутренний объем 10 см³ или менее.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое приспособление для формирования и подачи смеси содержит трубку Вентури, имеющую воздухозаборный канал и связанную с горелкой, при этом упомянутая трубка Вентури включает в себя сопло для впрыска газа, эжектор и диффузор, а также дроссельный клапан, предусмотренный в упомянутом воздухозаборном канале, и регулятор давления, связанный с упомянутым соплом для впрыска газа на его, расположенной выше по потоку, стороне.

12. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутый воздухозаборный канал и упомянутый выпускной канал имеют соответственно воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие, расположенные в одинаковой ориентации и отстоящие друг от друга, причем каждое из упомянутых впускного отверстия и выпускного отверстия снабжено ветрозащитной пластиной снаружи вблизи него, а упомянутая ветрозащитная пластина имеет размер, обеспечивающий полное перекрытие ею соответствующего упомянутого впускного отверстия или выпускного отверстия.

13. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно включает в себя воздухозаборное отверстие и газовыпускное отверстие, соответственно открытые в независимых выступающих поверхностях, расположенные в одинаковой ориентации и отстоящие друг от друга, причем каждое из упомянутых впускного отверстия и выпускного отверстия снабжено парой ветрозащитных пластин снаружи и вблизи него, и каждая из упомянутой пары ветрозащитных пластин имеет размер, обеспечивающий полное перекрытие ею соответствующего упомянутого впускного отверстия или выпускного отверстия, а пластины в паре расположены перекрываясь и отстоят друг от друга.