КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ГОРЕЛКА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2016 года по МПК F23D3/40 F23Q11/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к каталитической горелке, в частности, для отопления транспортного средства, для каталитически поддерживаемого сжигания смеси топлива и дутьевого воздуха, содержащей смесительную камеру, устройство подвода дутьевого воздуха для подвода дутьевого воздуха к смесительной камере, устройство подвода топлива для подвода топлива к смесительной камере, вниз по потоку смесительной камеры - устройство катализатора с по меньшей мере одним блоком катализатора, через который проходит поток смеси топлива и дутьевого воздуха.

Уровень техники

В транспортных средствах для подготовки тепла в качестве устройства отопления при неработающем двигателе или подогревателя используются отопительные устройства, работающие на топливе. В них производится воспламенение и сжигание смеси из топлива и дутьевого воздуха. Образующееся при этом тепло передается на среду теплоносителя, например подводимый в салон транспортного средства воздух или циркулирующую в контуре циркуляции теплоносителя двигателя охлаждающую жидкость. С целью обеспечения возможности выполнения все более ужесточающихся требований к выбросам токсичных веществ, в частности, также на стартовой фазе сжигания, известно использование каталитических горелок. В них сжигание топлива и дутьевого воздуха достигается с помощью каталитически поддерживаемого процесса на поверхности каталитического материала.

Такого рода каталитическая горелка известна из заявки WO 2007/003649 А1. В случае этой каталитической горелки подводимое через линию подвода топлива в форме капель топливо поступает в выполненный в форме горшка испаритель. Последний с противоположной стороны является открытым для потока дутьевого воздуха, подводимого для сжигания вместе с топливом. За счет поступления дутьевого воздуха в имеющий форму горшка испаритель внутри этого имеющего форму горшка испарителя возникает завихрение, которое ведет к перемешиванию дутьевого воздуха со скапливающимся там топливом. Образованная таким образом смесь из дутьевого воздуха и топлива выходит через краевую область периферийной стенки имеющего форму горшка испарителя из него и поступает затем, далее, к камере сгорания, в которой предусмотрено устройство катализатора с несколькими расположенными в направлении потока и следующими друг за другом блоками катализатора, через которые проходит поток смеси топлива и дутьевого воздуха, с целью сжигания этой смеси топлива и дутьевого воздуха.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание каталитической горелки, в частности, для отопления транспортного средства, с помощью которой может достигаться эффективный процесс сжигания с каталитической поддержкой.

В изобретении эта задача решается в каталитической горелке, в частности, для транспортного средства, для каталитически поддерживаемого сжигания смеси топлива и дутьевого воздуха, содержащей смесительную камеру, устройство подвода дутьевого воздуха для подвода дутьевого воздуха к смесительной камере, устройство подвода топлива для подвода топлива к смесительной камере и расположенное вниз по потоку смесительной камеры устройство катализатора с по меньшей мере одним блоком катализатора, через который проходит поток смеси топлива и дутьевого воздуха.

При этом предусмотрено, далее, что устройство для подвода топлива содержит пористое испарительное устройство, принимающее жидкое топливо из линии подвода топлива и выдающее пары топлива в смесительную камеру, и/или что по меньшей мере один блок катализатора содержит на своей поверхности выполненный в форме решетки носитель с каталитическим материалом.

В случае каталитической горелки с соответствующей изобретению конструкцией по отдельности и в комбинации предусмотрены меры, которые существенно улучшают качество каталитически поддерживаемого сжигания смести топлива и дутьевого воздуха. За счет наличия пористого испарительного устройства обеспечивается эффективное перемешивание топлива и дутьевого воздуха, так как подводимое в целом в жидкой форме топливо принимается пористым испарительным устройством, распределяется в нем вследствие капиллярного эффекта, при известных условиях также с поддержкой со стороны воздействия силы тяжести, распределяется и выдается на сравнительно большой поверхности этого пористого испарительного устройства в смесительную камеру. Эти пары топлива могут смешиваться с дутьевым воздухом и, при известных обстоятельствах, в следующей выше вверх по потоку пространственной области. За счет этого может быть в основном полностью исключена возможность опасности образования более крупных жидких скоплений топлива или захвата в дутьевой воздух топлива в форме капелек. Также и наличие по меньшей мере одного блока катализатора с имеющим форму решетки держателем и каталитическим материалом на его поверхности может улучшить каталитически поддерживаемый процесс сжигания. С помощью выполненного таким образом блока катализатора обеспечивается возможность исполнения имеющего форму решетки носителя в пространственной конфигурации, согласованной с конструктивными условиями в каталитической горелке, по мере необходимости изменения его формы, за счет чего, с одной стороны, может быть улучшена характеристика прохождения и, с другой стороны, увеличена подготовленная для каталитически поддерживаемого сжигания поверхность такого рода блока катализатора.

При исполнении, обеспечивающем эффективное перемешивание дутьевого воздуха с топливом, в частности с выходящими из пористого испарительного устройства парами топлива, предлагается, что корпус горелки с периферийной стенкой ограничивает камеру сгорания, содержащую по меньшей мере один блок катализатора, причем на одной стенке основания корпуса горелки предусмотрена насадка с окружной стенкой и боковой стенкой, расположенной смещенной относительно стенки основания корпуса горелки в направлении продольной оси, причем по меньшей мере часть пористого испарительного устройства крепится на окружной стенке и/или стенке основания насадки.

Для того чтобы добиться возможности использования области внутреннего объема насадки в качестве смесительной камеры или по меньшей мере части смесительной камеры, предлагается, что в окружной стенке насадки предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к камере сгорания проходное отверстие и что по меньшей мере часть пористого испарительного устройства предусмотрена на окружной стенке и/или стенке основания насадки на обращенной от камеры сгорания стороне.

Перепуск топлива и дутьевого воздуха из смесительной камеры к лежащей вниз по потоку области, в которой также расположено устройство катализатора, может обеспечиваться за счет того, что в области окружной стенки насадки, расположенной вблизи стенки основания насадки, предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие и/или что в области окружной стенки насадки, расположенной вблизи стенки основания корпуса горелки, предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие.

При этом предпочтительно по меньше мере одно, предпочтительно каждое, проходное отверстие в окружной стенке насадки перекрыто блоком катализатора.

Для обеспечения возможности подготовки этого блока катализатора с максимально большой полезной для каталитической реакции поверхностью предлагается, что по меньшей мере одно, предпочтительно каждое, проходное отверстие в окружной стенке насадки перекрыто блоком катализатора.

При альтернативном исполнении горелки с соответствующей изобретению конструкцией может быть предусмотрено, что по меньшей мере часть пористого испарительного устройства предусмотрена на обращенной к периферийной стенке корпуса горелки стороне окружной стенки насадки и что в периферийной стенке корпуса горелки в осевой области прохождения насадки предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к смесительной камере проходное отверстие. При такой конструкции область объема между периферийной стенкой корпуса горелки и окружной стенкой насадки используется как смесительная камера. Образующаяся там смесь из топлива и дутьевого воздуха может затем транспортироваться вниз по потоку к устройству катализатора. В частности, при этом может быть предусмотрено, что образованное между периферийной стенкой корпуса горелки и окружной стенкой насадки пространство может быть по меньшей мере частично отграничено блоком катализатора в своей концевой области, удаленной от стенки основания корпуса горелки.

Этот блок катализатора ограничивает, таким образом, в основном, смесительную камеру и, тем самым, обеспечивает, что непосредственно при выходе смеси топлива и дутьевого воздуха из смесительной камеры может осуществляться первый этап каталитически поддерживаемого сжигания.

При особо предпочтительном виде исполнения предлагается, далее, что на периферийной стенке корпуса горелки предусмотрена по меньшей мере одна заслонка потока с по меньшей мере одним проходным отверстием и что по меньшей мере одно, предпочтительно каждое, проходное отверстие перекрыты блоком катализатора. Расположение одной или нескольких заслонок потока с соответствующим приданием блоков катализатора обеспечивает, что за счет сравнительно высокой скорости потока подлежащей сжиганию смести топлива и дутьевого воздуха возможен контроль высвобождения тепла в области соответственно позиционированного там блока катализатора, то есть предотвращается возможность локального перегрева.

Эффективность каталитически поддерживаемого сжигания может быть повышена, кроме того, за счет того, что аксиально образованное между насадкой и заслонкой потока пространство разделено с помощью блока катализатора на одну радиально наружную пространственную область и одну радиально внутреннюю пространственную область. При альтернативной конструкции выполненной в соответствии с изобретением каталической горелки предлагается, что корпус горелки с периферийной стенкой ограничивает камеру сгорания, содержащую по меньше мере один блок катализатора, и что на периферийной стенке корпуса горелки и/или стенке основания корпуса горелки предусмотрена по меньшей мере одна часть пористого испарительного устройства. При такой конструкции можно, таким образом, в основном отказаться от обсуждавшейся ранее насадки. Периферийная стенка и/или стенка основания корпуса горелки могут одновременно принимать на себя также функцию носителя для по меньшей мере одной части пористого испарительного устройства.

При этом может быть, например, предусмотрено, что пористое испарительное устройство предусмотрено на обращенной от камеры сгорания наружной стороне стенки основания и что в периферийной стенке корпуса горелки, предпочтительно, в расположенной вблизи стенки основания области, предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к камере сгорания проходное устройство. При такой конструкции можно, таким образом, использовать, в основном, весь охваченный периферийной стенкой и стенкой основания корпуса горелки объем в качестве камеры сгорания. Смешивание топлива с дутьевым воздухом осуществляется вверх по потоку или вне этого объема.

При такой конструкции каталитически поддерживаемое сжигание может осуществляться особо эффективно, если по меньшей мере одно, предпочтительно каждое, проходное отверстие перекрыто блоком катализатора. При этом, в частности, блок катализатора может быть предусмотрен на обращенной к камере сгорания внутренней стороне периферийной стенки корпуса горелки, в результате чего большая часть поверхности блока катализатора расположена обращенной к камере сгорания и может использоваться для каталитически поддерживаемой реакции.

При альтернативном исполнении предлагается, что пористое испарительное устройство предусмотрено на обращенной к камере сгорания внутренней стороне стенки основания корпуса горелки и что в периферийной стенке корпуса горелки, предпочтительно в области, расположенной вблизи стенки основания, предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к смесительной камере проходное отверстие. При этом, таким образом, расположенная вблизи стенки основания корпуса горелки область охваченного периферийной стенкой и стенкой основания корпуса горелки объема образует смесительную камеру или часть смесительной камеры, что способствует компактности конструкции.

В следующем альтернативном исполнении предлагается, что на периферийной стенке укреплено пористое испарительное устройство, выполненное, в основном, с областью периферийной стенки и областью стенки основания в форме горшка или чаши. Вследствие исполнения пористого испарительного устройства с конфигурацией в форме горшка или чаши увеличивается его полезный объем для распределения подводимого первоначально в жидкой форме топлива, а также его полезная поверхность испарения топлива. Это также поддерживает эффективное перемешивание выдаваемых на сравнительно большой поверхности паров топлива с обтекающим эту поверхность дутьевым воздухом.

Для того чтобы при такой конструкции пористого испарительного устройства обеспечить по возможности максимально эффективный каталитически поддерживаемый процесс сжигания, предлагается, что на пористом испарительном устройстве расположен блок катализатора. В частности, при этом может быть предусмотрено, что блок катализатора содержит каталитический материал, нанесенный на конструкционный материал пористого испарительного устройства. При этом пористый материал испарительного устройства образует, тем самым, носитель для каталитического материала, так что в данном случае можно отказаться от дополнительного носителя.

Также и в том случае, если корпус горелки сконструирован без предусмотренной на его стенке основания насадки, эффективная поддержка сжигания с помощью каталитической реакции может достигаться за счет того, что на периферийной стенке корпуса горелки предусмотрена по меньшей мере одна заслонка потока с по меньшей мере одним проходным отверстием, и что по меньшей мере одно, предпочтительно каждое, проходное отверстие перекрыто блоком катализатора.

С целью достижения возможности увеличения находящейся в распоряжении для каталитической реакции поверхности предлагается, что по меньшей мере один блок катализатора в направлении вверх по потоку или в направлении вниз по потоку выполнен, предпочтительно, с выпуклой, конической или цилиндрической формой. Для этого пригодна, в частности, конструкция соответствующего блока катализатора с носителем в виде решетки, форма которого затем может изменяться с целью достижения формы встраивания блока катализатора. Это изменение формы может производиться до или после нанесения каталитического материала на выполненный не из каталитического материала, имеющий форму решетки носитель. Принципиально, однако, в форму встраивания посредством изменения формы может вставляться, однако, также и полностью выполненный из каталитического материала носитель в форме решетки. Также и такого рода, полностью выполненный из каталитического материала носитель в форме решетки содержит в смысле настоящего изобретения на своей поверхности каталитический материал.

Для обеспечения возможности поддержки выпаривания топлива в случае соответствующей изобретению конструкции каталитической горелки с пористым испарительным устройством, в частности в течение стартовой фазы процесса сжигания, предлагается, что пористому испарительному устройству придано нагревательное устройство с электрическим возбуждением.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описывается в последующем детально со ссылкой на приложенные чертежи. Чертежи показывают:

фиг.1 - изображение в продольном сечении каталитической горелки, которая может использоваться в транспортном средстве;

фиг.2 - модификацию изображенной на фиг.1 каталитической горелки в продольном сечении;

фиг.3 - следующую модификацию изображенной на фиг.1 каталитической горелки в продольном сечении;

фиг.4 - следующую модификацию изображенной на фиг.1 каталитической горелки в продольном сечении;

фиг 5 - альтернативное исполнение каталитической горелки в продольном сечении;

фиг.6 - следующее альтернативное исполнение каталитической горелки в продольном сечении;

фиг 7 - модификацию изображенной на фиг.6 каталитической горелки в продольном сечении;

фиг.8 - следующую модификацию изображенной на фиг.6 каталитической горелки в продольном сечении;

фиг.9 - следующую модификацию изображенной на фиг.6 каталитической горелки в продольном сечении.

фиг.10 - следующий альтернативный вид исполнения каталитической горелки в продольном сечении.

На фиг.1 показана каталитическая горелка, которая может использоваться для отопления при неработающем двигателе или в качестве подогревателя, в целом обозначенная ссылочным обозначением 10. Каталитическая горелка 10 содержит вытянутый в направлении продольной оси L корпус 12 горелки с, в основном, цилиндрической периферийной стенкой 14 и стенкой 16 основания. На стенке 16 основания, например, в центральной части, предусмотрена насадка 18, которая, например, также содержит в основном цилиндрическую окружную стенку 20 и стенку 22 основания, расположенную смещенной в направлении оси L относительно стенки 16 основания корпуса 12 горелки.

Внутри насадки 18 предусмотрена смесительная камера, обозначенная в целом ссылочным обозначением 24. На обращенной к этой смесительной камере 24 стороне стенки 22 основания насадки 18 предусмотрено или укреплено пористое испарительное устройство 28. Это пористое испарительное устройство 28 содержит выполненный из пористого материала имеющий форму диска испарительный элемент 30. Между ним и стенкой 22 основания насадки 18 предусмотрено электрически возбуждаемое нагревательное устройство 32. Испарительный элемент 20 может быть выполнен, например, из нетканого или плетеного материала, пористой керамики, пенометалла или т.п.

Приблизительно концентрически по отношению к продольной оси L линия подвода топлива проходит в направлении продольной оси L через расположенную вверх по потоку смесительной камеры 24 объемную область в смесительную камеру 24 или в предусмотренный на стенке 22 основания испарительный элемент 30. Через линию 34 подвода топлива, с подачей топлива с помощью не изображенного топливного насоса, например, дозирующего насоса, в испарительный элемент 30 поступает жидкое топливо. Вследствие капиллярного эффекта пористого испарительного элемента 30 жидкое топливо распределяется в его внутреннем объеме и испаряется в смесительную камеру 24 на обращенной к смесительной камере 24 стороне испарительного элемента 30.

Проходящий вверх по потоку смесительной камеры 24 от линии 34 подвода топлива объем образует пространство 36 потока дутьевого воздуха. Через это пространство 36 потока дутьевого воздуха осуществляется подвод воздуха, транспортируемого воздуходувкой дутьевого воздуха, подлежащего смешиванию с выпаренным в смесительной камере 24 топливом. С целью эффективного смешивания этого дутьевого воздуха с предусмотренными в смесительной камере 24 парами топлива, на стенке 16 основания корпуса 12 горелки может быть установлено завихрительное устройство 38, которое обеспечивает завихрение введенного в смесительную камеру 24 дутьевого воздуха. Далее, вверх по потоку завихрительного устройства 38 может быть предусмотрена обратная заслонка 40, которая препятствует обратному проникновению возникающего в процессе сжигания пламени в расположенную вверх по потоку область пространства 36 потока дутьевого воздуха.

Выработанная в смесительной камере 24 смесь топлива и дутьевого воздуха поступает через большое количество образованных в окружной стенке 20 насадки 18, имеющих форму шлицев проходных отверстий 42 в камеру сгорания каталитической горелки 10, обозначенную в целом ссылочным обозначением 44. Проходные отверстия 42 вытянуты, например, по длине в направлении продольной оси L и граничат со стенкой 22 основания насадки 18.

В камере 44 сгорания расположено устройство 46 катализатора. В изображенном примере по фиг.1 оно содержит три блока 48, 50, 52 катализатора. Блок 48 катализатора выполнен, в основном, с цилиндрической формой и окружает окружную стенку 20 насадки 18 на ее наружной стороне, расположенной обращенной к периферийной стенке 14 корпуса 12 горелки. Поступающая через проходные отверстия 42 в камеру 44 сгорания смесь проходит сквозь блок 48 катализатора, в результате чего часть смеси на поверхности блока 18 катализатора вступает в реакцию с предусмотренным там каталитическим материалом или сжигается с поддержкой этого каталитического материала. Поскольку блок 48 катализатора расположен так, что окружает насадку 18 по всему периметру, для каталитически поддерживаемой реакции может использоваться сравнительно большая поверхность.

Проходящая через проходные отверстия 42 смесь после прохождения через блок 48 катализатора поступает в образованное между окружной стенкой 20 насадки 18 и периферийной стенкой 14 корпуса 12 горелки пространство 54, которое аксиально ограничено блоком 50 катализатора в концевой области, расположенной вблизи стенки 22 насадки 18. Блок 50 катализатора может быть выполнен в форме кольцевой шайбы и крепиться на внутренней поверхности периферийной стенки 14 корпуса 12 горелки, и/или на стенке 22 основания насадки 18, и/или блоке 48 катализатора. Поступающая в пространство 54 смесь может, тем самым, при прохождении проходных отверстий 42 или протекании в пространство 54 реагировать на поверхности блока 48 катализатора и может, кроме того, при покидании пространства 54 и, следовательно, при прохождении через блок 50 катализатора реагировать с его поверхностью.

Далее вниз по потоку блока 50 катализатора на периферийной стенке 14 корпуса 12 горелки укреплена заглушка 56 потока, выполненная, например, в форме кольцевой шайбы. Она содержит, например, в своей центральной области проходное отверстие 58, которое перекрыто выполненным в виде диска блоком 52 катализатора. Протекающая вниз по потоку блока 50 катализатора, то есть вниз по потоку пространства 54, в направлении заглушки 56 потока, и еще не сожженная на блоках 48, 50 катализатора смесь может сжигаться на последней ступени каталитической реакции с каталитической поддержкой на блоке 52 катализатора, так что после прохождения через три поочередно следующих в направлении потока блоков 48, 50, 52 происходит, в основном, сжигание всей выработанной в смесительной камере 24 смеси топлива и дутьевого воздуха. Расположенная вниз по потоку заслонки 56 потока, то есть еще следующая за третьим блоком 52 катализатора часть периферийной стенки 14 корпуса 12 горелки может направлять газообразные продукты сгорания с транспортируемым ими теплотой сгорания по типу жаровой трубы в направлении неизображенного теплообменника, где по меньшей мере часть тепла может быть передана в среду теплоносителя.

Блоки 48, 50, 52 устройства 46 катализатора могут быть конструктивно выполнены в основном с носителем в форме решетки, предпочтительно из металлического материала, поверхность которого покрыта каталитическим материалом. Такой носитель в форме решетки обеспечивает прохождение смеси, подлежащей сжиганию с помощью каталитически поддерживаемой реакции и одновременно, однако, может быть несложным образом приведен к желаемой конфигурации за счет изменения формы. Так, например, блок 48 катализатора, имеющий в целом цилиндрическую конфигурацию, может быть согнут из заготовки в виде полосы и обращенные в этом случае друг к другу концевые области могут соединяться между собой путем соединения материала или формования. Перед или после этого придания формы имеющий форму решетки носитель может оснащаться каталитическим материалом.

В основном конструкция блоков 48, 50, 52 катализатора может быть также и такой, что имеющий форму решетки носитель уже сам выполнен из каталитического материала и, таким образом, само собой разумеется, также содержит на своей поверхности каталитический материал для поддержки сжигания.

С помощью изображенной на фиг.1 конструкции каталитической горелки 10, с одной стороны, за счет весьма эффективного смешивания выработанных в пористом испарительном устройстве 28 паров топлива с введенным в смесительную камеру 24 дутьевым воздухом, и, с другой стороны, за счет позиционирования блоков 48, 50, 52 в областях со сравнительно высокой скоростью потока и сильным завихрением выходящей из смесительной камеры 24 смеси достигается весьма эффективный процесс сжигания со сравнительно низким выбросом токсичных веществ. Поскольку в области блоков 48, 50, 52 катализатора вследствие их позиционирования возникает сравнительно высокая скорость потока смеси топлива и дутьевого воздуха или также газообразных продуктов сгорания при уже осуществляемом далее вверх по потоку сжигании, перегрева блоков катализатора не происходит. Далее, с помощью электрически возбуждаемого нагревательного устройства 32, предусмотренного для испарительного элемента 30 пористого испарительного устройства 28, также и в фазе запуска обеспечивается эффективное выпаривание топлива, так что выброс токсичных веществ может сокращаться также в начале сжигания и в этой фазе. Это может быть дополнительно поддержано размещением в смесительной камере 24 устройства 60 для зажигания, например, накального стержня, который может поддерживать воспламенение предусмотренной в смесительной камере 24 смеси и, тем самым, поддерживать уже происходящее в смесительной камере 24 сжигание.

Фиг.2 показывает преобразованное исполнение изображенной на фиг.1 каталитической горелки. Здесь, а также в последующих фиг.3 и 5 компоненты или конструктивные элементы, которые соответствуют описанным выше компонентам или конструктивным элементам, обозначены теми же ссылочными обозначениями. Со ссылкой на фиг.2 или последующие фигуры в основном рассматриваются только существующие отличия от предшествующих форм исполнения.

В случае изображенной на фиг.2 конструкции испарительный элемент 30 пористого испарительного устройства 28 непосредственно укреплен на обращенной к смесительной камере 24 внутренней стороне стенки 22 основания насадки 18. Здесь, таким образом, не предусмотрено дополнительного электрически возбуждаемого устройства. Испарение топлива может поддерживаться в фазе запуска также с помощью выработанного устройством 60 для зажигания тепла или достигаться за счет происходящего в смесительной камере 24 сжигания.

В случае показанной на фиг.3 конструкции предусмотренные в окружной стенке 20 насадки 18 имеющие форму шлицев проходные отверстия 42 предусмотрены на расстоянии от стенки 22 основания насадки 18, однако, граничащими со стенкой 16 основания корпуса 12 горелки. Также и перекрывающий проходные отверстия 42 блок 48 катализатора расположен в этом диапазоне длины окружной стенки 20 и окружает ее на ее обращенной к периферийной стенке 14 корпуса 12 горелки наружной стороне, гранича здесь, однако, со стенкой 16 основания корпуса 12 горелки.

Следует указать на то, что, само собой, также при показанном на фиг.3 варианте исполнения между испарительным элементом 30 и стенкой основания 22 насадки 18 может быть предусмотрено изображенное на фиг.1 электрически возбуждаемое нагревательное устройство.

В показанном на фиг 4 варианте стенка 22 основания насадки 18 простирается радиально-относительно продольной оси L - за пределы окружной стенки 20 насадки, так что пространство 54 в своей концевой области, расположенной обращенной от стенки 16 основания корпуса 12 горелки, ограничено не только блоком 54 катализатора, но и радиально выступающей частью стенки 22 основания. Это ведет к дросселированию потока или увеличению скорости смеси, протекающей из смесительной камеры 24 в камеру 44 сгорания и проходящей там через блок 50 катализатора, и, следовательно, к улучшенному отводу тепла из области блока 50 катализатора.

На фиг.5 показана конструкция каталитической горелки 10, при которой смесительная камера 24 образована в основном в пространстве 54, радиально образованном между периферийной стенкой корпуса 14 горелки и окружной стенкой 20 насадки 18. В этой осевой области периферийной стенки 14 предусмотрено несколько распределенных по периметру проходных отверстий 62, сквозь которые воздух, притекающий в пространство 36 дутьевого воздуха, поступает теперь радиально снаружи в смесительную камеру 24. На наружной стороне окружной стенки 20, которая обращена к периферийной стенке 14 корпуса 12 горелки, укреплен выполненный, в основном, с цилиндрической формой испарительный элемент 30 пористого испарительного устройства 28. Линия 34 подвода топлива подводит подводимое в жидком виде топливо через ответвление 64 в испарительный элемент 30. Пары топлива выпариваются с обращенной к смесительной камере 24 поверхности испарительного элемента 30 и смешиваются в смесительной камере 24 с введенным туда дутьевым воздухом.

В обращенной от стенки 16 основания корпуса 12 испарителя концевой области пространство 54, в данном случае, то есть смесительная камера 24, аксиально ограничена областью стенки 22 основания насадки 18, радиально выступающей за окружную стенку 20 насадки 18, и блоком 48 катализатора. Возникающая в смесительной камере 24 смесь топлива и дутьевого воздуха проходит через кольцеобразное промежуточное пространство между периферийной стенкой 14 корпуса 12 горелки и стенкой 22 основания насадки 18 и попадает, тем самым, проходя через блок 48 катализатора, в камеру 44 сгорания. Там на осевом расстоянии предусмотрены две заслонки 56, 66 потока, соответственно с одним проходным отверстием 58, 68 и перекрывающим их блоком 52, 70 катализатора.

Вниз по потоку блока 48 катализатора теперь расположен выполненный в основном с цилиндрической формой блок 50 катализатора. Он расположен в радиальной области окружной стенки 20 насадки и подразделяет расположенное аксиально между стенкой 22 основания насадки 18 и заслонкой 56 потока пространство 72 на радиально наружную область 74 и радиально внутреннюю область 76. Проходящая через блок 48 катализатора смесь или возникающие в блоке 48 катализатора газообразные продукты сгорания поступают в пространство 72 или в радиально наружную область 74 и проходят радиально вовнутрь через, в основном, цилиндрический блок 50 катализатора, так что они поступают в центральную область и, тем самым, в область проходного отверстия 58 в заслонке 56 потока. За счет этого достигается дополнительный этап каталитической реакции в области между расположенной вверх по потоку заслонкой 56 потока и выходом из смесительной камеры 24, в частности, в области сравнительно высокой скорости потока.

Следует указать на то, что нагрев испарительного элемента может достигаться путем переноса тепла. Само собой разумеется, что также и при этой форме исполнения на обращенной от смесительной камеры 24 обратной стороне испарительного элемента 30 могло бы быть предусмотрено электрически возбуждаемое нагревательное устройство.

Альтернативная форма исполнения каталитической горелки показана на фиг.6. Компоненты или конструктивные элементы, которые соответствуют описанным выше компонентам или конструктивным элементам, оснащены теми же ссылочными обозначениями с добавлением буквы «a».

В случае показанной на фиг.6 конструкции каталитической горелки 10a корпус 12a горелки выполнен без насадки, видимой на предшествующих описанных фигурах. Периферийная стенка 14a и стенка 16a основания ограничивают камеру 44a сгорания. Вверх по потоку 3 этой камеры 44a сгорания, будучи ограниченным следующим участком 78a корпуса 12a горелки, образовано смесительное пространство. Через проходное отверстие 80a, выполненное вблизи стенки 16a основания корпуса 12a горелки в периферийной стенке 14a корпуса 12a горелки, выработанная в смесительной камере 24a смесь топлива и дутьевого воздуха попадает в камеру 44a сгорания. В соответствующей осевой области, в которой в периферийной стенке 14a выполнены проходные отверстиями 80a, на обращенной к камере 44a сгорания внутренней стороне периферийной стенки 14a предусмотрен имеющий в данном случае, в основном, цилиндрическую форму блок 48a катализатора, так что уже при поступлении в камеру 44a сгорания может происходить первый этап каталитической реакции. Далее следуют первая заглушка 56a потока с предусмотренным на ней блоком 58 катализатора, а также вторая заглушка 66a потока с предусмотренным на ней блоком 70a катализатора.

Пористое испарительное устройство 28a или его пористый испарительный элемент 30a укреплен на обращенной от камеры 44a сгорания и обращенной к смесительной камере 24a стороне стенки 16a основания корпуса 12a горелки. Нагрев испарительного элемента 30a может осуществляться возникающей в камере 44a сгорания теплотой сгорания. Само собой разумеется, что также и здесь между испарительным элементом 30a и стенкой 16a основания могло бы быть расположено электрически возбуждаемое нагревательное устройство. Испарительный элемент 30a является, в основном, плоским, выполненным в форме диска и перекрывает, предпочтительно, общую наружную сторону стенки 16a основания.

Фиг.7 показывает модификацию изображенной на фиг.6 конструкции. При этой конструкции испарительный элемента 30a пористого испарительного устройства 28a предусмотрен на обращенной к камере сгорания 44a стороне стенки 16a основания корпуса 12a горелки. Через отверстия 80a, предусмотренные вблизи стенки 16a основания в периферийной стенке 14a корпуса 12a горелки, подведенный через пространство 36a дутьевого воздуха дутьевой воздух поступает в смесительную камеру 24a, которая при этом варианте исполнения ограничена периферийной стенкой 14a и стенкой 16a основания корпуса 12a горелки, а также первой в направлении потока заслонкой 56a потока. Образующаяся в смесительной камере 24a смесь топлива и дутьевого воздуха может поступать через проходное отверстие 58a в заслонке 56a потока и, следовательно, проходя через блок 52 катализатора, поступать в камеру 44a сгорания.

Также и при этой форме исполнения для нагревания или для дополнительного подогрева испарительного элемента 30a между ним и стенкой 16a основания корпуса 12a горелки могло бы быть предусмотрено электрически возбуждаемое нагревательное устройство. Альтернативно или дополнительно нагревание может осуществляться за счет теплопроводности или теплового излучения из области камеры 44a сгорания или граничащих с ней конструктивных элементов, в частности, заслонки 56a потока или блока 58a катализатора, а также периферийной стенки 14a корпуса 12a горелки.

На фиг.8 показана модификация изображенной на фиг.7 формы исполнения каталитической горелки 10a. Из фиг.8 отчетливо видно, что оба укрепленных на заслонках 56a, 66a потока блока 52a, 70a катализатора выполнены уже не с плоской, а выпуклой конфигурацией. В данном случае выпуклость ориентирована в направлении по потоку вверх. За счет такого выпуклого исполнения блоков 52a, 70a катализатора при, в прочем, неизменном размере проходных отверстий 58a, 68a может быть существенно увеличена поверхность блоков 52a, 70a катализатора, что повышает эффективность каталитически поддерживаемого сжигания. Кроме того, из фиг.8 видно, что предусмотренные в заслонках 56a, 66a потока проходные отверстия 58a, 68a могут иметь различный размер относительно друг друга. Соответствующим образом, также и размеры обоих блоков 52a, 70a катализатора отличаются друг от друга.

Следует указать на то, что, само собой разумеется, при всех других формах исполнения, в частности, соответственно укрепленные на заслонках потока блоки катализатора, однако, разумеется, также и позиционированные в других местах блоки катализатора, могут применяться с такой выпуклостью и с достигнутым за счет этого увеличением поверхности. Такое исполнение может быть, в частности, реализовано особенно несложным образом в случае, если, как говорилось выше, блоки катализатора выполнены с имеющим форму решетки носителем, предпочтительно, из металлического материала, который перед или после нанесения каталитического материала, или будучи сам выполненным из каталитического материала, может быть приведен к желаемой конфигурации встраивания посредством изменения формы. При этом, само собой, возможны и другие формы, например, изменение формы катализаторов на коническую или цилиндрическую. Возможно также создание выпуклости в направлении вниз по потоку при сохранении принципа увеличения полезной для каталитической реакции поверхности.

Фиг.9 показывает следующую модификацию каталитической горелки 10a. При этом в заслонках 58, 58a′, которые аксиально ограничивают смесительную камеру 24a, предусмотрены несколько проходных отверстий 58, 58a′. Они расположены эксцентрично по отношению к оси L и могут быть предусмотрены, например, по кольцевой траектории вокруг продольной оси L на одинаковом расстоянии и/или с одинаковым или различным размером относительно друг друга. Каждому проходному отверстию 58a, 58a′ придан один блок 52a, 52a′ катализатора. Как было показано выше со ссылкой на фиг.8, они могут быть выпуклыми, в данном случае в направлении смесительной камеры 24a.

Между испарительным элементом 30a пористого испарительного устройства 28a и блоками 52, 52a′ катализатора расположены выполненные, например, из металла элементы 82a, 82a′ перегородок, которые обеспечивают усиленную передачу тепла от блоков 52, 52a к испарительному элементу 30a и, тем самым, поддерживают выпаривание топлива из испарительного элемента 30a.

Следует указать на то, что эти элементы 82, 82a′ перегородок могут предусматриваться вне зависимости от формы и также количества или позиционирования блоков 52a, 52a катализатора. Далее, следует указать на то, что, разумеется, также при заслонках потока с другими формами исполнения может быть предусмотрено другое количество проходных отверстий и приданных им блоков катализатора. В частности, было бы возможным предусмотрение также одного центрального, то есть, концентрического относительно оси L проходного отверстия и нескольких, окружающих его, эксцентрично позиционированных проходных отверстий.

Следующий альтернативный вид исполнения каталитической горелки показан на фиг.10. Компоненты или конструктивные узлы, которые по своей конструкции или функции соответствуют описанным выше компонентам или конструктивным узлам, оснащены теми же ссылочными обозначениями с добавлением буквы ″b″.

В случае показанной на фиг.10 конструкции следующий участок 78b корпуса 12 горелки вверх по потоку периферийной стенки 14b или действующей в качестве заслонки 56b потока стенки 16b основания корпуса 12b горелки образует, в основном, смесительную камеру 24b. На этом следующем участке 78b корпуса с помощью нескольких перегородок 84b, 84b′ крепится пористое испарительное устройство 28b, выполненное в форме горшка. Оно содержит область 86b окружной стенки, а также выполненную, например, интегрально с ней область 88b стенки основания, которая позиционирована аксиально противолежащей стенке 16b основания корпуса 12b испарителя.

Линия 36b подвода топлива заканчивается в выполненной, например, по типу трубки Вентури области 90b сопла уже перед пористым испарительным устройством 28b. Поступающее из линии 36b подвода топлива, находящееся в жидкой форме, например, капельной форме, топливо транспортируется частью подводимого в пространство 36b дутьевого воздуха через область 90b сопла в направлении внутренней области выполненного в форме горшка пористого испарительного устройства 28b. Топливо попадает на внутреннюю поверхность пористого испарительного устройства 28b, всасывается им и выводится на его поверхности, в частности обращенной наружу поверхности, в форме паров под воздействием проходящего вдоль этой поверхности потока дутьевого воздуха.

Для нагрева пористого испарительного устройства 28b может использоваться укрепленное на наружной стороне области 28b стенки основании электрически возбуждаемое нагревательное устройство 32b. Его электропитание может осуществляться через электрически изолированные перемычки 84b, 84b′, несущие пористое испарительное устройство 28b.

Для осуществления первого этапа каталитической реакции уже там, где начинается смешивание дутьевого воздуха и топлива, то есть, на поверхности пористого испарительного устройства 28b, пористое испарительное устройство может содержать каталитический материал, например, покрытие из каталитического материала, так что в этой области уже образован первый блок 48b катализатора. Таким образом, здесь можно заметить, что соответствующая область объема, которая используется, с одной стороны, в качестве смесительной камеры 24b, а именно содержащая пористое испарительное устройство 28b область объема на дополнительном участке 78b корпуса, может частично использоваться также в качестве камеры сгорания или части камеры 44b сгорания. То есть в данном случае происходит слияние функций в отношении, с одной стороны, выработки паров топлива и, с другой стороны, подготовки блока катализатора в пористом испарительном устройстве 28b. Также присутствует слияние функций применительно к использованию участка объема, с одной стороны, в качестве смесительной камеры 24b и, с другой стороны, в качестве части камеры 44b сгорания. Следует указать на то, что, в частности, это слияние функций может быть реализовано также и при предшествовавших формах исполнения за счет того, что полное смешивание паров топлива с дутьевым воздухом может осуществляться не только в смесительной камере, но и в следующих за ней частях камеры сгорания.

Изобретение относится к каталитической горелке для отопления транспортного средства. Каталитическая горелка для сжигания смеси топлива и дутьевого воздуха содержит смесительную камеру (24), устройство (36) подвода дутьевого воздуха, устройство (28, 34) подвода топлива, устройство (46) катализатора с по меньшей мере одним блоком (48, 50, 52) катализатора, камеру (44) сгорания, насадку (18) с окружной стенкой (20) и стенкой (22) основания. Устройство (28, 34) подвода топлива расположено вниз по потоку смесительной камеры (24) и содержит пористое испарительное устройство (28), принимающее жидкое топливо и выдающее пары топлива в смесительную камеру (24). Область внутреннего объема насадки (18) образует по меньшей мере одну часть смесительной камеры (24). В окружной стенке (20) насадки (18) предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к камере (44) сгорания проходное отверстие (42). По меньшей мере одна часть пористого испарительного устройства (28) предусмотрена на окружной стенке (20) и/или стенке (22) основания насадки (18) на обращенной от камеры (44) сгорания стороне. Техническим результатом является повышение эффективности каталитической горелки. 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Каталитическая горелка для транспортного средства для каталитически поддерживаемого сжигания смеси топлива и дутьевого воздуха, содержащая смесительную камеру (24), устройство (36) подвода дутьевого воздуха к смесительной камере (24), устройство (28, 34) подвода топлива к смесительной камере (24), расположенное вниз по потоку смесительной камеры (24), устройство (46) катализатора с по меньшей мере одним блоком (48, 50, 52, 70) катализатора, через который проходит поток смеси топлива и дутьевого воздуха, причем
устройство (28, 34) подвода топлива содержит пористое испарительное устройство (28), принимающее жидкое топливо из линии (34) подвода топлива и выдающее пары топлива в смесительную камеру (24), причем
корпус (12) горелки отграничивает периферийной стенкой (14) содержащую по меньшей мере один блок (48, 50, 52, 70) катализатора камеру (44) сгорания, причем на стенке (16) основания корпуса (12) горелки предусмотрена насадка (18) с окружной стенкой (20) и стенкой (22) основания, расположенной смещенной относительно стенки (16) основания корпуса (12) горелки в направлении продольной оси (L), при этом по меньшей мере одна часть пористого испарительного устройства (28) укреплена на окружной стенке (20) и/или стенке (22) основания насадки (18), причем область внутреннего объема насадки (18) образует по меньшей мере одну часть смесительной камеры (24),
отличающаяся тем, что в окружной стенке (20) насадки (18) предусмотрено по меньшей мере одно ведущее к камере (44) сгорания проходное отверстие (42) и по меньшей мере одна часть пористого испарительного устройства (28) предусмотрена на окружной стенке (20) и/или стенке (22) основания насадки (18) на обращенной от камеры (44) сгорания стороне.

2. Каталитическая горелка по п. 1,
отличающаяся тем, что в расположенной вблизи стенки (22) основания насадки (18) области окружной стенки (20) насадки (18) предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие (42) и/или в расположенной вблизи стенки (16) основания корпуса (12) горелки области окружной стенки (20) насадки (18) предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие (42).

3. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что по меньшей мере одно проходное отверстие (42) в окружной стенке (20) насадки (18) перекрыто блоком (48) катализатора.

4. Каталитическая горелка по п. 3,
отличающаяся тем, что блок (48) катализатора расположен на обращенной к камере (44) сгорания наружной стороне окружной стенки (20) насадки (18).

5. Каталитическая горелка по п. 1,
отличающаяся тем, что по меньшей мере одна часть пористого испарительного устройства (28) предусмотрена на обращенной к периферийной стенке (14) корпуса (12) горелки стороне окружной стенки (20) насадки (18) и в периферийной стенке (14) корпуса (12) горелки в области прохождения насадки (18) предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие (62), ведущее к смесительной камере (24).

6. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что образованное между периферийной стенкой (14) корпуса (12) горелки и окружной стенкой (20) насадки (18) пространство (54) в его удаленной от стенки (16) основания корпуса (12) горелки концевой области по меньшей мере частично ограничено блоком (48; 50) катализатора.

7. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что на периферийной стенке (14) корпуса (12) горелки предусмотрена по меньшей мере одна заслонка (56, 66) потока с по меньшей мере одним проходным отверстием (58, 60) и по меньшей мере одно проходное отверстие (58, 60) перекрыто блоком (52, 70) катализатора.

8. Каталитическая горелка по п. 7,
отличающаяся тем, что образованное аксиально между насадкой (18) и заслонкой (56)потока пространство (72) подразделено блоком (50) катализатора на одну радиально наружную пространственную область (74) и одну радиально внутреннюю пространственную область (76).

9. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что по меньшей мере одному блоку катализатора в направлении вверх по потоку или в направлении вниз по потоку придана форма.

10. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что форма имеющего форму решетки носителя по меньшей мере одного блока (48, 50, 52, 70) изменена для достижения формы встраивания блока (48, 50, 52, 70) катализатора.

11. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что пористое испарительное устройство снабжено электрически возбуждаемым нагревательным устройством.

12. Каталитическая горелка по п. 1 или 2,
отличающаяся тем, что по меньшей мере один блок (48, 50, 52, 70) катализатора содержит на своей поверхности выполненный в форме решетки носитель с каталитическим материалом.

13. Каталитическая горелка по п. 3,
отличающаяся тем, что каждое проходное отверстие (42) в окружной стенке (20) насадки (18) перекрыто блоком (48) катализатора.

14. Каталитическая горелка по п. 7,
отличающаяся тем, что каждое проходное отверстие (58, 60) перекрыто блоком (52, 70) катализатора.

15. Каталитическая горелка по п. 9,
отличающаяся тем, что по меньшей мере один блок катализатора выполнен с выпуклой конической или цилиндрической формой.