СПОСОБ СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА Российский патент 2023 года по МПК F23K5/22 

Изобретение относится к способу сжигания жидкого топлива и может быть использовано, как в бытовых автономных печах отопления и (или) приготовления пищи, так и в промышленных печах для термообработки материалов.

Предложенный способ сжигания жидкого топлива позволяет создать такие условия сжигания, при которых горелочное устройство, способно без применения каких-либо электрических компонентов и иных нагнетательных устройств поддерживать процесс горения беспрерывно и неограниченное количество времени. При этом способ осуществляет полное сжигание топлива, что подразумевает полное отсутствие дыма и сажи в процессе горения.

Известна бесфитильная горелка для жидкого топлива (МПК F23D 11/02, Автор Лошкин М.У., №SU 2789, Опубликовано 30.04.1927), с двумя концентрическими испарительными трубками, из коих наружная сверху закрыта, внутренняя же открыта, отличающаяся тем, что с керосинопроводной трубкой соединена внутренняя трубка, наружная же трубка в нижней своей части расширена, образуя кольцевую камеру с закраинами для надевания кожуха в виде двух усеченных конусов, соединенных узкими основаниями, и с воздуховыпускными отверстиями. Недостатком данной горелки является то, что для работы данной горелки требуется избыточное давление в резервуаре с топливом, и как следствие, невозможность длительного непрерывного горения.

Задачей изобретения является обеспечение способности жидкостных печей, реализующих предложенный способ, осуществлять непрерывный и длительный процесс полного сжигания жидкого топлива, без использования электрических компонентов.

Техническим результатом является обеспечение процесса длительного беспрерывного сжигания жидкого топлива без применения электрических компонентов и иных нагнетательных устройств, и без образования дыма.

Технический результат достигается за счет того, что способ сжигания жидкого топлива заключается в том, что из топливного резервуара, расположенного выше горелки, жидкое топливо под естественным гидростатическим давлением самотеком подают в частично расположенную в зоне горения разогретую испарительную трубку, далее, проходящее через имеющийся в испарительной трубке узкий периферийный канал, жидкое топливо интенсивно разогревают и испаряют, после этого топливо, пребывающее под гидростатическим давлением в газообразном состоянии в виде пара или горючего пиролизного газа через форсунку скоростной струей выводят из испарительной трубки наружу, далее струю горючего газа подают в инжектор, где перемешиваясь с воздухом, образовывается готовая горючая смесь, затем после инжектора горючая смесь через внутреннее пространство горелки движется к сквозной перегородке, отделяющей внутреннее пространство горелки от зоны горения, после чего через имеющиеся в перегородке сквозные каналы горючая смесь просачивается в зону горения, в которой осуществляют воспламенение и сжигание этой горючей смеси, при этом часть выработанного тепла используют на поддержание испарительной трубки в разогретом состоянии. Особенностью способа является то, что перед испарением жидкое топливо сначала проходит через дроссельную шайбу, выполненную с возможностью устранения автоколебательного эффекта во время генерации пара или через топливный фильтр, выполненный с возможностью уменьшить автоколебательный эффект во время генерации пара.

Перед выходом из испарительной трубки через форсунку топливный пар сначала проходит через сетчатый фильтр, выполненный с возможностью отфильтровывать неиспарившиеся твердые частицы, которые могут стать причиной внезапного засорения форсунки, а раскаленные газы, образовавшиеся в зоне горения после сгорания топлива, перед выходом в окружающее пространство сначала проходят через сквозную ветрозащитную крышку, которая помимо защиты пламени от ветра, также исполняет роль катализатора горения, так как способна раскалиться докрасна.

На Фиг. 1 изображен общий вид первого варианта опытного образца устройства, реализующего способ (опытный образец вариант 1).

На Фиг. 2 изображена схема опытного образца варианта 1 в разобранном виде.

На Фиг. 3 изображена в разрезе испарительная трубка опытного образца варианта 1.

На Фиг. 4 изображен в разрезе опытный образец вариант 1.

На Фиг. 5 изображен в разрезе опытный образец второго варианта (вариант 2).

Устройство, реализующее способ по образцу первого варианта, включает в себя испарительную трубку 7 (в сборе), корпус горелки 8, инжектор 4, а также образующие камеру сгорания 22 боковые стенки 1, разделительную перегородку 2 с прорезями 3 и съемную ветрозащитную крышку 5 с прорезями 6.

Испарительная трубка 7 опытного образца первого варианта включает в себя штуцер 9 подачи жидкого топлива, форсунку 10, корпус 11 испарительной трубки 7, фильтрующий узел 12, дроссельная шайба 13, стержень 14 (несквозная трубка), сетчатый фильтр 15, гайки 16, центрирующие шайбы 17, сетчатый фильтр 18, упорный сквозной диффузор 19.

Устройство, реализующее способ по образцу второго варианта, включает все идентичные с первым образцом элементы конструкции и в нем вместо стержня 14 дополнительно размещается сквозная трубка 20, а также теплоизолятор 21.

Отличительной особенностью опытного образца первого варианта является то, что вход у испарительной трубки 7 находится с одной стороны камеры сгорания, а выход и соответственно инжектор находятся, с другой стороны.

На Фиг. 1 камера сгорания представляется, как внутреннее пространство, образованное боковыми стенками 1, разделительной перегородкой 2 и съемной ветрозащитной крышкой 5. Хотя для реализации способа, замкнутость пространства камеры сгорания не имеет никакого значения, в данном случае боковые стенки 1 в основном нужны для фиксации испарительной трубки 7 и поэтому могут отсутствовать, при условии фиксации трубки другим способом. Наличие в устройстве ветрозащитной крышки 5, и именно такая ее форма, также не является необходимым условием для реализации способа. Горелка состоит из корпуса горелки 8, к которому присоединена разделительная перегородка 2, к которой крепится инжектор 4. Сквозь камеру сгорания проходит испарительная трубка 7.

Испарительная трубка 7 состоит из:

Корпуса 11 испарительной трубки 7 (произвольной формы), к которому присоединен штуцер подачи жидкого топлива 9, внутри которого располагается дроссельная шайба 13, далее располагается стержень (произвольной формы) 14, затем вставляется фильтрующий узел 12, состоящий из сетчатых фильтров 15, 18, центрирующих шайб 17 и упорного диффузора 19, стянутых между собой гайками 16. Окончанием сборки испарительной трубки является закручивание форсунки 10.

Наличие дроссельной шайбы 13 не является необходимым условием для реализации способа, но в опытном образце устройства она присутствует, так как позволяет устранить пульсации парообразования при подаче топлива в испарительную трубку из топливного резервуара, что положительным образом сказывается на устойчивости горения. Следует заметить, что вместо дроссельной шайбы, также можно применить фильтр из пористого материала, и тогда этот фильтр помимо своего прямого назначения также будет иметь некоторый дросселирующий эффект, что также благоприятно скажется на стабильности работы горелки.

Наличие фильтрующего узла 12 также не является обязательным условием для реализации способа, так как устройство вполне способно работать и без него. Однако в данной реализации опытного образца устройства он присутствует, так как позволяет исключить внезапное засорение форсунки 10 неиспарившимися твердыми примесями, что также благоприятно влияет на достижение целей стабильного и длительного горения.

Рассмотрим принцип работы опытного образца первого варианта устройства, реализующего способ (Фиг. 4).

На высоте (выше горелочного устройства) располагают резервуар с жидким топливом. Топливный резервуар и испарительную трубка 7 соединяют гибким топливным рукавом (шлангом или трубкой), в составе которого имеется отсечной кран, служащий для пуска или прекращения подачи топлива в горелочное устройство. Внутрь камеры сгорания под ветрозащитную крышку 5 с прорезями 6 под испарительную трубку 7 кладут и поджигают топливо (сухое горючее). Образовавшимся пламенем некоторое время разогревают испарительную трубку 7, после разогрева которой, через штуцер (либо отсечной кран) 9 самотеком подают жидкое топливо, которое сначала пропускают через дроссельную шайбу 13, стабилизирующую процесс парообразования, после чего жидкое топливо подают в узкий периферийный канал между разогретыми корпусом испарительной трубки 11 и стержнем 14. При прохождении вдоль узкого зазора жидкое топливо интенсивно разогревается и испаряется, а при сильном нагреве пар преобразовывается в пиролизный газ. Газообразное топливо (горючий газ) внутри испарительной трубки 7 находится под некоторым избыточным давлением, которое равно тому же гидростатическому давлению, под которым жидкое топливо затекало в испарительную трубку 7. Чем выше располагают резервуар с топливом относительно испарительной трубки 7, тем выше устанавливается гидростатическое давление топлива, и тем выше оказывается давление горючего газа внутри трубки. Далее, горючий газ пропускают сквозь фильтрующий узел 12 и через форсунку 10 выводят наружу струей горючего газа. Далее струю горючего газа с высокой скоростью устремляют в инжектор 4, в котором, захватывая и перемешиваясь с воздухом, образовывается готовая горючую смесь. После инжектора 4 горючую смесь подают внутрь корпуса горелки 8, пройдя через который, готовая горючая смесь просачивается внутрь камеры сгорания, через прорези 3 разделительной перегородки 2. В камере сгорания горючую смесь поджигается либо пламенем догорающего сухого горючего, либо пламенем уже горящего жидкого топлива нагревая при этом испарительную трубку 7, цикл замыкается. Теперь устройство, реализующее способ подготовки и сжигания жидкого топлива, позволяет получить самоподдерживающийся процесс длительного полного сжигания жидкого топлива при полном отсутствии дыма и сажи, и без использования каких-либо электрических компонентов и иных нагнетательных устройств.

Опытный образец второго варианта имеет некоторые конструктивные отличия от опытного образца первого варианта, но принцип реализации заявленного способа остается неизменным.

Отличительной особенностью опытного образца второго варианта является то, что вход и выход испарительной трубки 7 и, соответственно, инжектор 4 находятся с одной стороны камеры сгорания. В испарительной трубке 7 также присутствует узкий периферийный канал, но теперь образует его сквозная трубка 20 и корпус испарительной трубки 11. Также в качестве дополнительного элемента в состав испарительной трубки входит теплоизолятор 21. Он нужен для устранения перегрева начальной части испарительной трубки возвращающимся в обратном направлении горячим паром, и как следствие, снижает возможную нежелательную конденсацию пара на более холодных поверхностях начальной части испарительной трубки.

Камера сгорания представляет собой внутреннее пространство, образованное боковыми стенками 1, разделительной перегородкой 2 с прорезями 3 и крышкой 5 с прорезями 6. Горелка состоит из корпуса 8 горелки, на который устанавливаются разделительная перегородка 2 с прорезями 3 и боковые стенки 1, к одной из которых крепится инжектор 4.

Основой испарительной трубки 7 является корпус 8 испарительной трубки 11, на одной стороне которого имеется заглушка, а на другой стороне имеется два отверстия, к одному из которых присоединяется штуцер подачи жидкого топлива 9, в штуцере размещена дроссельная шайба 13, а ко второму отверстию присоединяется форсунка 10, перед которой устанавливается фильтрующая сетка 18. Внутри корпуса испарительной трубки 11 размещается сквозная трубка 20.

Термоактивная часть испарительной трубки 7 размещается внутри камеры сгорания, глухой конец генератора может выходить, а может и не выходить за пределы камеры сгорания, на суть процесса это не влияет.

Рассмотрим принцип работы опытного образца второго варианта устройства, реализующего способ (Фиг. 5).

Внутрь камеры сгорания под ветрозащитную крышку 5 с прорезями 6 под корпус генератора 7 кладется и поджигается топливо (сухое горючее). Образовавшееся пламя разогревает корпус испарительной трубки 11, после разогрева которого, внутрь генератора подается жидкое топливо. Внутри входного штуцера 9 желательно наличие дроссельной шайбы 13, так как последняя устраняет возможные нежелательные пульсации при генерации пара. Пройдя дроссельную шайбу 13 жидкое топливо по внутреннему каналу сквозной трубки 20 течет до конца испарительной трубки, после чего перетекает во внешний узкий периферийный канал (зазор) между корпусом испарительной трубки 11 и сквозной трубкой 20, при прохождении в обратном направлении через зазор жидкое топливо интенсивно разогревается и преобразуется в пар либо в пиролизный газ. Далее, пройдя сквозь фильтрующую сетку 18, и выйдя из испарительной трубки через форсунку 10, струя горючего газа с высокой скоростью устремляется в инжектор 4, в котором, захватывая и перемешиваясь с воздухом, образует готовую горючую смесь, которая внутри корпуса горелки 8 перемещается в сторону камеры сгорания, где в итоге через прорези 3 разделительной перегородки 2 просачивается в камеру сгорания, где горючая смесь поджигается, нагревая испарительную трубку, после чего цикл замыкается. Главное отличие второго варианта опытного образца лишь в том, что пар выходит не с другой стороны трубки как в опытном образце первого варианта, а возвращается обратно и выходит с той же стороны испарительной трубки 7, где и входит. Такая схема чуть более сложна в реализации, но может дать некоторые преимущества, так как отопительная печь с такой горелкой будет более компактна.

Регулирование расхода топлива, а значит и мощности теплогенерации в предложенном способе сжигания жидкого топлива осуществляется за счет изменения высоты топливного резервуара.

Устройства, реализующие способ, в устоявшемся рабочем режиме горения способны поддерживать процесс горения в любом пространственном положении (горизонтальном, вертикальном, перевернутом). Поэтому такие устройства являются мульти-позиционными.

Горелочные устройства, реализующие предложенный способ, имеют следующие преимущества:

• Так как способ предполагает подачу топлива самотеком, то в горелочных устройствах нет необходимости в использовании электрических топливных насосов, ручных пневматических насосов, создающих избыточное давление в топливном резервуаре, то это в свою очередь значительно упрощает конструкцию таких горелочных устройств. А также это обеспечивает длительное и беспрерывное горение, так как позволяет, не прерывая горения доливать топливо в топливный резервуар.

• Энергонезависимость дает преимущества в тех областях применения, где трудно обеспечить стабильное снабжение электричеством, что в свою очередь повышает универсальность и мобильность горелочных устройств.

• Способ создает условия для полного сжигания жидкого топлива, вследствие чего полностью отсутствует образование дыма и сажи. Что также говорит о высоком КПД и экономичности.

• Горелки способны поддерживать горение в разных пространственных положениях. Это значительно расширяет области применения таких горелок.

Изобретение относится к технологии сжигания жидких углеводородных топлив (солярка, дизельное топливо, чистое масло, керосин, бензин). Способ сжигания жидкого топлива заключается в том, что из топливного резервуара, расположенного выше горелки, жидкое топливо под естественным гидростатическим давлением самотеком подают в частично расположенную в зоне горения разогретую испарительную трубку, далее проходящее через имеющийся в испарительной трубке узкий периферийный канал, жидкое топливо интенсивно разогревают и испаряют, после этого топливо, пребывающее под гидростатическим давлением в газообразном состоянии в виде пара или горючего пиролизного газа, через форсунку скоростной струей выводят из испарительной трубки наружу, далее струю горючего газа подают в инжектор, где перемешиваясь с воздухом, образовывается готовая горючая смесь, затем после инжектора горючая смесь через внутреннее пространство горелки движется к сквозной перегородке, отделяющей внутреннее пространство горелки от зоны горения, после чего через имеющиеся в перегородке сквозные каналы горючая смесь просачивается в зону горения, в которой осуществляют воспламенение и сжигание этой горючей смеси, при этом часть выработанного тепла используют на поддержание испарительной трубки в разогретом состоянии. Технический результат - обеспечение процесса длительного беспрерывного сжигания жидкого топлива без применения электрических компонентов и иных нагнетательных устройств, и без образования дыма. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ сжигания жидкого топлива, заключающийся в том, что из топливного резервуара, расположенного выше горелки, жидкое топливо под естественным гидростатическим давлением самотеком подают в частично расположенную в зоне горения разогретую испарительную трубку, далее проходящее через имеющийся в испарительной трубке узкий периферийный канал, жидкое топливо интенсивно разогревают и испаряют, после этого топливо, пребывающее под гидростатическим давлением в газообразном состоянии в виде пара или горючего пиролизного газа, через форсунку скоростной струей выводят из испарительной трубки наружу, далее струю горючего газа подают в инжектор, где перемешиваясь с воздухом, образовывается готовая горючая смесь, затем после инжектора горючая смесь через внутреннее пространство горелки движется к сквозной перегородке, отделяющей внутреннее пространство горелки от зоны горения, после чего через имеющиеся в перегородке сквозные каналы горючая смесь просачивается в зону горения, в которой осуществляют воспламенение и сжигание этой горючей смеси, при этом часть выработанного тепла используют на поддержание испарительной трубки в разогретом состоянии.

2. Способ сжигания жидкого топлива по п.1, отличающийся тем, что перед испарением жидкое топливо сначала пропускают через дроссельную шайбу, устраняющую возможный автоколебательный эффект во время генерации пара или топливный фильтр, выполненный с возможностью уменьшить автоколебательный эффект во время генерации пара.

3. Способ сжигания жидкого топлива по п.1, отличающийся тем, что перед выходом из испарительной трубки через форсунку топливный пар сначала проходит через сетчатый фильтр, выполненный с возможностью отфильтровывать неиспарившиеся твердые частицы.

4. Способ сжигания жидкого топлива по п.1, отличающийся тем, что раскаленные газы, образовавшиеся в зоне горения после сгорания топлива, перед выходом в окружающее пространство сначала проходят через сквозную ветрозащитную крышку, выполненную в виде катализатора горения.