ИНФРАКРАСНАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2011 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к системам отопления бытовых и производственных помещений, термической обработки материалов в авиационной, машиностроительной, химической и других отраслях.

Известен газовый инфракрасный излучатель, предназначенный для обогрева помещений, содержащий стальную радиационную трубу, горелку, снабженную каналами подачи газа и воздуха, и вентилятор (Патент РФ №2244874, МПК F23D 14/12, 20.01.2005 г.).

Недостатком данной конструкции является низкая полнота сгорания топлива, узкий концентрационный диапазон устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для нагрева, содержащее камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха (а.с. СССР №307246, МПК F23D 14/20, 1971).

Недостатком данной конструкции является низкое качество предварительной подготовки топливовоздушной смеси, большие гидравлические потери, высокая концентрация оксидов азота NO_x в продуктах сгорания; узкий концентрационный диапазон устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, высокая вероятность срыва фронта пламени; низкая эффективность охлаждения камеры сгорания; низкая полнота сгорания топлива.

Техническим результатом изобретения является повышение качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси, снижение гидравлических потерь; уменьшение концентрации токсичных соединений в продуктах сгорания; расширение концентрационного диапазона устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, снижение вероятности срыва фронта пламени; повышение эффективности системы охлаждения камеры сгорания; увеличение полноты сгорания топлива.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что инфракрасная газовая горелка содержит камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания. Диффузионная горелка выполнена регулируемой, с возможностью перемещения в осевом направлении инфракрасной газовой горелки; головная часть камеры сгорания выполнена в виде вихревого прямоточного эжектора, а основная часть камеры сгорания состоит из трех профилированных диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков. Кольцевой канал между камерой сгорания и кожухом имеет постоянную по длине инфракрасной горелки площадь поперечного сечения, цилиндрический участок основной части камеры сгорания выполнен из керамики и содержит две и более коаксиально расположенные лучеиспускающие поверхности.

В целях повышения качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси и снижения гидравлических потерь инфракрасная газовая горелка содержит перегородку, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания; диффузионная горелка выполнена регулируемой, с возможностью перемещения в осевом направлении инфракрасной газовой горелки; головная часть камеры сгорания выполнена в виде вихревого прямоточного эжектора.

Для уменьшения концентрации оксидов азота NO_x в продуктах сгорания, расширения концентрационного диапазона устойчивого горения по коэффициенту избытка воздуха, а также снижения вероятности срыва фронта пламени камера сгорания состоит из трех профилированных диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков.

Для повышения эффективности охлаждения камеры сгорания кольцевой канал между камерой сгорания и кожухом имеет постоянную по длине инфракрасной горелки площадь поперечного сечения.

С целью увеличения полноты сгорания топлива цилиндрический участок камеры сгорания выполнен из керамики и содержит две и более коаксиально расположенные лучеиспускающие поверхности.

На чертеже изображен продольный разрез инфракрасной газовой горелки с вынесенными сечениями.

Инфракрасная газовая горелка содержит камеру сгорания 1, тангенциально к которой выполнен патрубок подвода первичного воздуха 2. В торцевой поверхности камеры сгорания установлено закручивающее устройство 3 и регулируемая диффузионная горелка 4. Головная часть 5 камеры сгорания 1 сформирована перегородкой 6. Основная часть 7 камеры сгорания 1 состоит из трех профилированных участков: диффузорного 8, конфузорного 9 и цилиндрического 10. В конфузорном участке 9 выполнены отверстия 11 для подвода в камеру сгорания 1 вторичного воздуха. Охлаждающий канал 12 сформирован между камерой сгорания 1 и кожухом 13, к которому крепятся патрубок подвода вторичного воздуха 14 и воспламенитель 15.

Инфракрасная газовая горелка работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора через патрубок подвода первичного воздуха 2 и закручивающее устройство 3 поступает в головную часть камеры сгорания 5 в виде закрученного потока, эжектирующего углеводородное топливо, поступающее через диффузионную горелку 4. Интенсивная закрутка потока способствует повышению качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси, что позволяет организовать процесс горения в нестехиометрической области по составу смеси и уменьшить концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания за счет снижения локальных температур во фронте пламени. Образующаяся топливовоздушная смесь поступает в основную часть камеры сгорания 7 через перегородку 6, где поток топливовоздушной смеси расширяется и воспламеняется от воспламенителя 15. Перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания с целью повышения качества смешения и снижения гидравлических потерь. При расширении потока топливовоздушной смеси в диффузорном участке 8 основной части 7 камеры сгорания 1 образуется развитая рециркуляционная зона в виде тороидального вихря, на границах которой выполняются условия стабилизации пламени в широком концентрационном диапазоне по коэффициенту избытка воздуха. Окислитель, поступающий через патрубок подачи вторичного воздуха 14, движется по охлаждающему каналу 12 и подмешивается к высокотемпературным продуктам сгорания на входе в цилиндрический участок 10 основной части 7 камеры сгорания 1. Закрутка потока вторичного воздуха, а также условие постоянства площади поперечного сечения охлаждающего канала 12 обеспечивают равномерное распределение поля скоростей по тракту охлаждающего канала и более высокую эффективность конвективного охлаждения основной части 7 камеры сгорания 1. Продукты сгорания движутся в направлении цилиндрического участка 10 основной части 7 камеры сгорания 1, в объеме которого окисляются непрореагировавшие в основной части 7 камеры сгорания 1 массы смеси, обеспечивая требуемую степень завершенности реакции, повышающую полноту сгорания топлива. Продукты сгорания нагревают излучатель, а передаваемая ему тепловая энергия излучается с его одной или нескольких коаксиально расположенных лучеиспускающих поверхностей в виде радиационного теплового потока. Высокая эффективность преобразования энтальпии продуктов сгорания в радиационный поток достигается за счет развитой поверхности теплообмена.

Изобретение относится к системам отопления бытовых и производственных помещений, термической обработки материалов в авиационной, машиностроительной, химической и других отраслях. Техническим результатом изобретения является повышение качества предварительной подготовки топливовоздушной смеси и снижение гидравлических потерь. Указанный технический результат достигается в инфракрасной газовой горелке, содержащей камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Инфракрасная газовая горелка, содержащая камеру сгорания, диффузионную горелку, патрубок подвода первичного воздуха, кожух, патрубок подвода вторичного воздуха, перегородку, отверстия для подвода вторичного воздуха, причем перегородка выполнена с возможностью подачи топливовоздушной смеси в основную часть камеры сгорания и вынесена от сечения тангенциального подвода первичного воздуха в объем основной части камеры сгорания.

2. Инфракрасная газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что диффузионная горелка выполнена регулируемой с возможностью перемещения в осевом направлении инфракрасной газовой горелки.

3. Инфракрасная газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что головная часть камеры сгорания выполнена в виде вихревого прямоточного эжектора.

4. Инфракрасная газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что камера сгорания состоит из трех профилированных диффузорного, конфузорного и цилиндрического участков.

5. Инфракрасная газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой канал между камерой сгорания и кожухом имеет постоянную по длине инфракрасной горелки площадь поперечного сечения.

6. Инфракрасная газовая горелка по п.4, отличающаяся тем, что цилиндрический участок камеры сгорания выполнен из керамики.

7. Инфракрасная газовая горелка по п.6, отличающаяся тем, что цилиндрический участок камеры сгорания содержит две и более коаксиально расположенные лучеиспускающие поверхности.