ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ГОРЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F23D5/04 F23L7/00 

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим для горения перегретый водяной пар.

Известно малогабаритное автономное горелочное устройство (Патент РФ №2523591, F23C 99/00, F23D 11/44, 09.04.2013). Горелочное устройство содержит расположенные соосно корпус, парогенератор водяного пара, установленный в корпусе и состоящий из бачка-испарителя, паросепаратора, выполненных в виде кольцевых камер, пароперегревателя, выполненного в виде трубки с полыми стенками и установленного внутри бачка-испарителя, и паровой форсунки, установленной снизу пароперегревателя с возможностью подачи пара и вместе с ним горячей смеси сквозь пароперегреватель. Все блоки парогенератора соединены трубками.

Недостатком такого устройства является низкая тепловая мощность, ограниченная величиной испаряющегося жидкого топлива в единицу времени с поверхности зеркала кипения. При увеличении подачи топлива оно не успевает испариться и переливается из топки наружу через воздухоподающие отверстия. Для увеличения мощности такого устройства требуется увеличить его габариты.

Известно также жидкотопливное горелочное устройство (Патент РФ №2579298, F23D 5/04; F23C 99/00, 18.02.2015), содержащее корпус с топкой. В корпусе размещен парогенератор перегретого водяного пара, а в дне топки установлена форкамера. Парогенератор состоит из бачка-испарителя, паросепаратора и пароперегревателя в виде трубки с полыми стенками. Внутри парогенератора, соосно с пароперегревателем размещен держатель с двумя паровыми форсунками. Одна форсунка распылительным отверстием направлена внутрь пароперегревателя, а другая внутрь форкамеры.

Набор элементов, функционально соединенных между собой, таких как пароперегреватель в виде трубки с полыми стенками, держатель двух паровых форсунок, соединенный с пароперегревателем патрубком, и форкамера, установленные соосно - в дальнейшем будут называться блоком двойного дутья.

В таком устройстве блок двойного дутья обеспечивает испарение жидкого топлива при попадании внутрь, что позволяет повысить мощность устройства, но недостаток воздуха в зоне струи пара, идущего из паровой форсунки в пароперегреватель, а из него в атмосферу, не обеспечивает качественного горения при увеличении подачи топлива.

Таким образом, недостаток такого устройства состоит в недостаточной подаче воздуха в зону паровой струи, идущей в сторону факела.

Наиболее близким техническим решением является автономное горелочное устройство длительного действия (Патент РФ №2705494, F23C 99/00; F23L 7/00; 17.01.2019), которое содержит корпус, встроенный парогенератор водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно: бачка-испарителя в виде кольцевой камеры, паросепаратора в виде кольцевой камеры и пароперегревателя, расположенных соосно с корпусом устройства, а также паровую форсунку и сопло, расположенные в камере газогенерации соосно.

Блоки парогенератора расположены в корпусе горелочного устройства один под другим в следующей последовательности: бачок-испаритель, паросепаратор, пароперегреватель, в полости внутреннего отверстия кольцевой камеры паросепаратора расположена камера газогенерации. Держатель с форсункой и сопло установлены в боковых стенках паросепаратора напротив друг друга и так, что форсунка находится в камере газогенерации, а сопло соединяет камеру газогенерации с окружающей атмосферой. Пароперегреватель выполнен в виде имеющих одинаковые габаритные размеры крышек и двух плоских дисков со спиральными каналами, в зазоре между бачком-испарителем и паросепаратором установлены пробка и четыре заслонки, каждая из которых представляет собой ¼ кольцевого диска, причем заслонки установлены на верхнем торце паросепаратора так, что при движении от периферии к центру, они задвигаются до упора в пробку, что позволяет перекрыть внутренние отверстия бачка-испарителя и паросепаратора. Спиральные каналы двух плоских дисков пароперегревателя имеют прямоугольное сечение и выполнены по траектории спирали Архимеда.

Недостатком такого устройства является низкая тепловая мощность, ограниченная величиной испаряющегося жидкого топлива в единицу времени с поверхности зеркала кипения. При увеличении подачи топлива, оно не успевает испариться и переливается из топки наружу через воздухоподающие отверстия. Для увеличения мощности такого устройства требуется увеличить его габариты.

Технической задачей изобретения является повышение тепловой мощности устройства за счет повышения температуры в камере газогенерации, приводящей к испарению жидкого топлива, без образования зеркала кипения и подачи воздуха в зону горящих струй, позволяющее сжигать гораздо большее количество жидкого топлива в единицу времени, с сохранением процесса паровой газификации продуктов горения и без увеличения габаритов устройства.

Поставленная задача решается тем, что горелочное устройство испарительного действия длительного горения, содержащее корпус, топку, встроенный парогенератор перегретого водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно, бачка-испарителя в виде цилиндра с крышками с обеих сторон, паросепаратора в виде кольцевой камеры, расположенной снизу бачка-испарителя соосно с ним и соединенных паропроводом, блока двойного дутья, представляющего собой пароперегреватель в виде трубки с полыми стенками, держатель двух паровых форсунок, соединенный с пароперегревателем патрубком, и форкамеру, установленную соосно с держателем форсунок и пароперегревателем, а сам блок двойного дутья вмонтирован в боковые стенки паросепаратора в горизонтальном положении.

Согласно изобретению, устройство содержит две чашеобразные крышки, установленные с обеих торцевых сторон паросепаратора, где нижняя крышка выполняет функцию топки, а верхняя крышка - функцию термосопротивления, а также содержит воздухоподводящие трубки, вмонтированные в боковые стенки паросепаратора в плоскости оси паровых форсунок, кроме того содержит тепловой электрический нагреватель, установленный межу бачком-испарителем и паросепаратором, для пуска устройства, а топливоподающая трубка вмонтирована наклонно в боковые стенки паросепаратора.

В заявленном устройстве установлен блок двойного дутья, который испытан на действующих моделях. Этот блок не только позволяет производить самоочистку внутренних деталей устройства, благодаря повышению температуры в камере газогенерации и благодаря сдуванию коксовых частиц газовым потоком из форкамеры, но самое главное, как показал эксперимент, позволяет поддерживать внутри камеры газогенерации такую температуру, при которой испаряется жидкое топливо (дизельное), как только оно туда попадет без образования жидкого слоя, и, как следствие, зеркала кипения. Причем закоксовывания топлива не происходит.

Такой эффект позволяет увеличивать подачу топлива на большую величину, чем в топку аналогов и прототипа, что увеличивает тепловую мощность без увеличения габаритов устройства. Кроме того, экспериментально подтверждено, что при подаче воздуха в зону паровых форсунок горение происходит значительно качественнее, особенно при увеличении подачи топлива.

А для стабилизации теплового потока из камеры газогенерации в бачок-испаритель в устройство введена чашеобразная крышка, являющаяся термосопротивлением.

Все вышеперечисленные факторы позволяют создать устройство, в котором можно сжигать большее количество жидкого топлива в единицу времени, что увеличивает тепловую мощность с сохранением процесса паровой газификации продуктов горения без увеличения габаритов устройства.

Сущность технического решения поясняется рисунками:

Фиг. 1 - продольное сечение устройства.

Фиг. 2 - поперечное сечение устройства, вид А-А.

Фиг. 3 - поперечное сечение устройства, вид Б-Б.

Заявляемое устройство состоит из корпуса 1, топки 2, топливоподающей трубки 3, встроенного парогенератора перегретого водяного пара, состоящего из бачка-испарителя 4, паросепаратора 5, паропровода 6, блока двойного дутья 7, представляющего собой пароперегреватель 8, держатель двух паровых форсунок 9, патрубок 10 и форкамеру 11. А также имеет чашеобразные крышки 12 и 13, где нижняя крышка выполняет функцию топки, а верхняя функцию термосопротивления. Кроме того, в боковых стенках паросепаратора 5 установлены воздухоподводящие трубки 14, фиг. 2, а между бачком-испарителем 4 и паросепаратором 5 установлен тепловой электрический нагреватель (ТЭН) 15 (фиг. 3). Форкамера 11 размещена в патрубке 16. На верхнем торце бачка-испарителя установлена заливная горловина 17 с крышкой 18, а также штуцер 19 с манометром 20 для контроля давления пара в парогенераторе. С обеих сторон держателя 9 установлены паровые форсунки 21 и 22. К наружному кольцу топливоподающей трубки 3 присоединен топливоприемник 23. Во внутренний объем 24 бачка-испарителя 4 заливается дистиллированная вода, а внутренний объем 25 паросепаратора 5 является камерой газогенерации.

Устройство работает следующим образом.

Во внутренний объем 24, бачка-испарителя 4, заливается дистиллированная вода через горловину 17. К концам теплового электрического нагревателя 15 подают напряжение электрического тока. В течение нескольких минут вода закипает, и одновременно прогреваются детали, находящиеся ниже ТЭНа.

На топливоприемнике 23 устанавливают топливоподающее устройство (на Фиг. 1 не показано) и подают жидкое испаряющееся топливо (керосин, дизельное либо печное топливо и т.д.). Топливо попадает на топку 2 и поджигается любым способом. Горелочное устройство начинает работать, но напряжение на ТЭНе продолжает оставаться до поднятия давления в бачке-испарителе до заданного значения.

Вода в бачке-испарителе 4 кипит, насыщенный пар попадает в паропровод 6, а из него в паросепаратор 5, где отделяются капли воды и далее очищенный от воды пар попадает в парогенератор 8 через отверстие В, проходит по внешнему спиральному каналу от центра к периферии и попадает через отверстие Г во внутренний спиральный канал и движется в обратную сторону, а из него движется по патрубку 10 в держатель форсунок 9, и далее истекает через паровые форсунки в противоположные стороны.

После поднятия давления пара в бачке-испарителе электричество отключается, и устройство продолжает работать на полную мощность. Время пуска устройства и выведение его на полную мощность значительно меньше, чем у прототипа, кроме того, здесь в камере газогенерации отсутствуют водоохлаждаемые поверхности, нет отложений сажи, что облегчает эксплуатацию устройства, т.е. за ним не нужно постоянно следить человеку.

Автономность устройства снижена, поскольку нужно электричество для пуска, но после пуска устройство может очень длительно работать, поскольку при электрическом нагреве воды, емкость бачка-испарителя может быть любой величины.

Изобретение относится к жидкотопливным горелочным устройствам, использующим при горении перегретый водяной пар. Горелочное устройство испарительного действия длительного горения содержит корпус, топку, топливоподающую трубку, встроенный парогенератор перегретого водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно бачка-испарителя в виде цилиндра с крышками с обеих сторон, паросепаратора в виде кольцевой камеры, расположенной снизу бачка-испарителя соосно с ним и соединенных паропроводом, блока двойного дутья, включающего пароперегреватель в виде трубки с полыми стенками, держатель двух паровых форсунок, соединенный с пароперегревателем патрубком и форкамеру, установленную соосно с держателем форсунок и пароперегревателем, а сам блок двойного дутья вмонтирован в боковые стенки паросепаратора в горизонтальном положении. Устройство содержит две чашеобразные крышки, установленные с обеих торцевых сторон паросепаратора, где нижняя крышка выполняет функцию топки, а верхняя крышка функцию термосопротивления, а также содержит воздухоподводящие трубки, вмонтированные в боковые стенки паросепаратора в плоскости оси паровых форсунок, кроме того, содержит тепловой электрический нагреватель, установленный между бачком-испарителем и паросепаратором, для пуска устройства, а топливоподающая трубка вмонтирована наклонно в боковые стенки паросепаратора. Изобретение позволяет повысить тепловую мощность устройства без увеличения его габаритов. 3 ил.

Горелочное устройство испарительного действия длительного горения, содержащее корпус, топку, топливоподающую трубку, встроенный парогенератор перегретого водяного пара, состоящий из трех блоков, а именно бачка-испарителя в виде цилиндра с крышками с обеих сторон, паросепаратора в виде кольцевой камеры, расположенной снизу бачка-испарителя соосно с ним и соединенных паропроводом, блока двойного дутья, включающего пароперегреватель в виде трубки с полыми стенками, держатель двух паровых форсунок, соединенный с пароперегревателем патрубком и форкамеру, установленную соосно с держателем форсунок и пароперегревателем, а сам блок двойного дутья вмонтирован в боковые стенки паросепаратора в горизонтальном положении, отличающееся тем, что устройство содержит две чашеобразные крышки, установленные с обеих торцевых сторон паросепаратора, где нижняя крышка выполняет функцию топки, а верхняя крышка функцию термосопротивления, а также содержит воздухоподводящие трубки, вмонтированные в боковые стенки паросепаратора в плоскости оси паровых форсунок, кроме того, содержит тепловой электрический нагреватель, установленный между бачком-испарителем и паросепаратором, для пуска устройства, а топливоподающая трубка вмонтирована наклонно в боковые стенки паросепаратора.