ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2025 года по МПК F23D14/12 F23N5/08 

Изобретение относится к инфракрасному излучателю, в частности, излучателю темного или светлого типа с горелкой и вентилятором. Горелка подключена к линии подачи горючего газа, а вентилятор выполнен с возможностью подачи в горелку воздуха для горения.

В коммерческом и промышленном секторах для обогрева производственных и складских помещений часто используют инфракрасные излучатели. Их устанавливают, в частности, на потолок или стену для обогрева больших или частично изолированных помещений. Инфракрасные излучатели нагревают инфракрасными лучами преимущественно освещенные поверхности, за счет чего отдают тепло, практически, без потерь. При этом, нет сквозных воздушных потоков, возникающих при использовании традиционных систем горения. Для повышения эффективности инфракрасных излучателей часто применяются рефлекторы.

Различают инфракрасные излучатели светлого и темного типа. В излучателях светлого типа горение газовоздушной смеси происходит на поверхности одной или нескольких, расположенных на них, керамических лучистых панелей. В качестве горючего газа используется природный или сжиженный газ (пропан или биогаз). Название «излучатель светлого типа» основано на видимом горении газовоздушной смеси на керамической лучистой панели, что приводит к ее свечению. Для этой цели на керамической лучистой панели находятся параллельно расположенные друг к другу каналы прохождения пламени с располагающимися со стороны излучения выемками, зачастую, конической формы. При горении пламя образуется преимущественно в выемках, вследствие чего происходит равномерное нагревание боковых стен выемок, и образующихся между выемками перемычек. Подобные излучатели светлого типа описаны, например, в заявке ЕР 2 014 980 А1.

Излучатели же темного типа, как излучающие элементы, имеют одну или несколько радиационных труб, к которым присоединена, минимум, одна горелка. За счет горения газовоздушной смеси в горелке образуется пламя, которое с помощью вентилятора может распределяться по всей длине радиационной трубы. В качестве горючего газа также используется природный или сжиженный газ (пропан или биогаз). Впоследствии радиационные трубы линейно или U-образно присоединяются к горелке и отдают генерируемое пламенем тепло равномерно на всем протяжении трубы. Радиационная труба равномерно нагревается с помощью пламени и образованных пламенем горячих газов и генерирует тепловое излучение, распределяющееся по участку, подлежащему обогреву. Возникающие вследствие горения выхлопные газы, удаляются из радиационной трубы с помощью вентилятора, например, путем выброса в атмосферу через выхлопные патрубки. Подобные излучатели темного типа описаны, например, в заявке ЕР 2 708 814 А1.

Во избежание самовольного выделения газа в газовых инфракрасных излучателях, необходимо контролировать пламя горения газа. Контроль пламени осуществляется, как правило, с помощью электродов ионизации, как описано в заявке DE 10 2014 019 765 А1. С целью выявления наличия горения электродами ионизации используется эффект ректификации пламени. При этом переменный ток на электроде ионизации при наличии пламени преобразовывается в постоянный. Недостатком данного вида контроля является проникновение электрода ионизации в газовое пламя, что ограничивает его срок годности. Срок годности электрода зависит, в частности, от температуры горения: чем выше температура горючего газа, тем меньше срок годности у соответствующего электрода.

Изобретение направлено на решение этой проблемы: в его основе лежит задача создать инфракрасный излучатель, оснащенный надежным и легким в обслуживании прибором контроля пламени в горючих газах с высокой температурой горения, в частности, водороде. Согласно изобретению, данная задача решается за счет признаков отличительной части пункта формулы изобретения 1.

Изобретение обеспечивает создание инфракрасного излучателя, оснащенного надежным и легким в обслуживании прибором контроля пламени. Благодаря подключению линии подачи горючего газа к источнику водорода как источнику горючего газа, а также наличию ультрафиолетового датчика, выполненного с возможностью обнаружения не менее одного параметра генерируемого горелкой пламени, контроль пламени осуществляется и при высокой температуре пламени горючего газа. Ультрафиолетовый датчик, используемый для контроля пламени, с пламенем не контактирует, и в этой связи износу в результате нагрева не подвергается.

При использовании водорода в качестве горючего газа снижаются выбросы вредных веществ. В выхлопных газах, теоретически, не содержится таких углеродосодержащих вредных веществ, как монооксид углерода, диоксид углерода или углеводороды из-за отсутствия углерода в водороде. Примечательно, что ультрафиолетовый датчик осуществляет надежный контроль невидимого кислородно-водородного пламени.

В усовершенствованном варианте изобретения инфракрасный излучатель является излучателем темного типа с радиационной трубой, к которой присоединена горелка, и направленным на нижнюю часть пламени ультрафиолетовым датчиком. Предпочтительным является оснащение радиационной трубы смотровым окном, через которое ультрафиолетовый датчик снаружи радиационной трубы направлен на нижнюю часть пламени. Это предотвращает повреждение ультрафиолетового датчика от нагрева пламенем.

В варианте осуществления изобретения радиационная труба соединяется с линией отвода выхлопных газов. Перед горелкой в направлении пламени находится камера смешивания воздуха для горения, соединяющаяся с источником воздуха для горения и линией отвода выхлопных газов. За счет подачи выхлопных газов в воздух для горения снижается количество кислорода, что позволяет снизить температуру пламени. Кроме того, рециркуляция выхлопных газов обеспечивает снижение выбросов окиси азота.

В дополнительном варианте осуществления изобретения перед горелкой в направлении пламени расположен вентилятор, в котором находится камера смешивания воздуха для горения. Вследствие этого достигается качественное смешивание воздуха для горения с выхлопными газами в вентиляторе.

В усовершенствованном варианте изобретения к линии отвода выхлопных газов прикреплено регулировочное устройство, с помощью которого можно регулировать соотношение объемного расхода выхлопных газов в линии отвода выхлопных газов к объемному расходу воздуха для горения в источнике воздуха для горения. Это позволяет регулировать содержание кислорода в смеси воздуха для горения с выхлопными газами.

В дополнительном варианте осуществления изобретения инфракрасный излучатель является излучателем светлого типа с лучистой панелью, служащей излучающей поверхностью и оснащенной каналами прохождения пламени. Горелка выполнена с возможностью обеспечения накала всей поверхности лучистой панели, а ультрафиолетовый датчик направлен на лучистую панель под тупым углом. Таким образом, достигается надежное обнаружение пламени.

В варианте осуществления изобретения лучистая панель частично располагается вокруг рефлектора с окном, через которое оптический датчик снаружи рефлектора направлен на лучистую панель. Таким образом, обнаружение пламени достигается в положении датчика, защищенном от нагрева пламенем.

В дополнительном варианте осуществления изобретения рефлектор располагается вокруг излучающей поверхности лучистой панели и ограничивает вытяжную камеру. Перед горелкой находится камера смешивания воздуха для горения, соединяющаяся с источником воздуха для горения и вытяжной камерой. За счет подачи выхлопных газов в воздух для горения снижается количество кислорода, что позволяет снизить температуру пламени. Кроме того, рециркуляция выхлопных газов обеспечивает снижение выбросов окиси азота.

В дополнительном варианте осуществления изобретения вытяжная камера через эжектор соединена с камерой смешивания воздуха для горения. Рабочей средой эжектора является подаваемый вентилятором воздух для горения, а средой, всасываемой в камеру смешивания воздуха для горения - находящиеся в вытяжной камере выхлопные газы. Вследствие этого достигается заданное соотношение воздуха для горения и выхлопных газов. Предпочтительным является размещение регулировочного устройства, с помощью которого можно регулировать соотношение объемного расхода воздуха для горения к объемному расходу всасываемых выхлопных газов в эжекторе.

В усовершенствованном варианте изобретения ультрафиолетовый датчик подключается к регулировочному устройству, соединенному с линией подачи горючего газа, для приостановки и/или прекращения подачи водорода. Это дает возможность отключать подачу водорода при погашении пламени, что предотвращает самовольное выделение водорода.

В варианте осуществления изобретения ультрафиолетовый датчик выполнен с возможностью проведения ультрафиолетовой резонансной спектроскопии поглощения. Это обеспечивает определение содержания окиси азота в пламени и окружающих его выхлопных газах.

В дополнительном варианте осуществления изобретения к регулировочному устройству подключен модуль управления и регулировки, запрограммированный на настройку свойств пламени с помощью сравнения переданных ультрафиолетовым датчиком фактических параметров с внесенными заданными параметрами путем изменения объемного расхода водорода и/или объемного расхода воздуха для горения, и/или соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха для горения.

Предпочтительным фактическим параметром является определенное ультрафиолетовым датчиком значение окиси азота. Модуль управления и регулировки запрограммирован на настройку температуры пламени на основе разницы между фактическим и внесенным заданным значением путем изменения объемного расхода водорода и/или объемного расхода воздуха для горения, и/или соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха для горения. Таким образом, регулировка температуры пламени может осуществляться путем управления соотношением смеси с помощью установки заданного значения окиси азота. Изменение температуры пламени в диапазоне выше 1000°С непосредственно влияет на значение окиси азота в выхлопных газах пламени.

Прочие усовершенствованные варианты и варианты осуществления изобретения указаны в остальных зависимых подпунктах формулы изобретения. Примеры осуществления изобретения представлены на чертежах и подробно описаны ниже. Таковыми являются:

Фиг. 1. Схематическое представление инфракрасного излучателя в виде излучателя темного типа; и

Фиг. 2. Схематическое представление инфракрасного излучателя в виде излучателя светлого типа.

Выбранный в качестве примера осуществления изобретения излучатель темного типа согласно фиг. 1 включает в себя горелку 1, подключенную к вентилятору 3 и радиационной трубе 4. На фиг. 1 радиационная труба 4 изображена схематично; она может достигать нескольких метров в длину и состоять из нескольких элементов. В примере осуществления изобретения радиационная труба 4 выполнена в виде трубы из нержавеющей стали, выдерживающей высокую температуру. В качестве альтернативы можно использовать специальную сталь с термически нанесенным слоем окиси алюминия. В примере осуществления изобретения вокруг радиационной трубы 4 расположен рефлектор (не обозначен), который выполнен из алюминиевого листа со структурированной поверхностью и на обеих сторонах которого находятся перегородки для уменьшения потерь при конвекции.

Горелка 1 включает в себя газовое сопло 21, соединенное с линией подачи водорода 2. На расстоянии от газового сопла 21 в горелке 1 находится электрод зажигания 11. На стороне горелки 1, отдаленной от электрода зажигания 11, вентилятор 3 расположен таким образом, чтобы обеспечить обтекание газового сопла 21 воздухом для горения. Для этой цели вентилятор 3 соединен со стороны всасывания с линией подачи воздуха для горения 31.

Поток водорода, выходящий под давлением из газового сопла 21 в горелку 1, смешивается с потоком воздуха для горения, обтекающим газовое сопло 21, и воспламеняется при достижении необходимого соотношения смеси за счет расположенного на расстоянии от газового сопла 21 электрода зажигания 11. Вследствие этого на расстоянии от газового сопла 21 образуется пламя 15, распространяющееся по длине радиационной трубы 4. В невоспламеняемой области 22 потока водорода, не имеющего достаточного соотношения смеси с воздухом для горения, образования пламени не происходит.

В корпусе 12 горелки 1 установлен держатель датчика 13 с окном 14. В держатель датчика 13 встроен ультрафиолетовый датчик 5, соединяющийся по электрическому проводу 51 с регулировочным устройством 32 для остановки линии подачи водорода 2. В примере осуществления изобретения ультрафиолетовый датчик 5 направлен в центр нижней части 151 пламени 15. В случае не обнаружения ультрафиолетовым датчиком 5 пламени подача водорода регулировочным устройством 32 прекращается. Подключенный к регулировочному устройству 32, в данном случае регулирующему клапану, модуль управления и регулировки 33 также подсоединяется к электроду зажигания 11 и выполняется таким образом, чтобы в случае не обнаружения пламени сначала активировался электрод зажигания 11, а подача водорода прекращалась в случае дальнейшего отсутствия пламени.

В дополнительном расширенном толковании формулы изобретения вентилятор 3 на стороне всасывания может быть соединен с эжектором, приводное соединение которого подключено к линии подачи воздуха для горения 31, а всасывающий патрубок к линии подачи выхлопных газов, питание которой осуществляется выхлопной трубой, соединенной со стороны выхлопа с радиационной трубой 4. Всасываемый вентилятором 3 воздух для горения служит здесь рабочей средой, через которую происходит всасывание выхлопных газов. Со стороны нагнетания с помощью вентилятора 3 в газовое сопло 21 подается смесь выхлопных газов с воздухом для горения, обтекающая газовое сопло 21. В смеси выхлопных газов с воздухом для горения содержание кислорода снижено, вследствие чего образуется пламя со сниженной температурой. За счет высокой реактивности водорода даже незначительного содержания кислорода в смеси выхлопных газов с воздухом для горения достаточно для воспламенения, благодаря чему образуется пламя 15, распространяющееся по всей длине радиационной трубы 4. Соотношение смеси объемного расхода выхлопных газов и объемного расхода воздуха для горения можно регулировать с помощью расположенного в выхлопной трубе или эжекторе регулировочного устройства, например, регулирующей диафрагмы либо регулирующего клапана.

В примере осуществления изобретения ультрафиолетовый датчик 5 выполнен с возможностью измерения окиси азота посредством ультрафиолетовой резонансной спектроскопии поглощения и подключен к модулю управления и регулировки 33. При этом модуль управления и регулировки 33 запрограммирован на сравнение предоставленного ультрафиолетовым датчиком 5 фактического значения окиси азота с внесенным заданным значением и настройку свойств пламени на основе разницы обоих значений путем изменения объемного расхода водорода и/или объемного расхода воздуха для горения. Для этого модуль управления и регулировки 33 подключается к регулировочному устройству 32, с помощью которого можно регулировать объемный расход водорода и объемный расход воздуха для горения. При наличии в вентиляторе 3 вышеописанного эжектора настройка свойств пламени может дополнительно осуществляться путем регулировки соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха для горения, для чего к регулировочному устройству подключается модуль управления и регулировки 33. На рисунках регулировочное устройство 32 и модуль управления и регулировки 33 изображены схематично и соединены с участками воздействия штриховыми линиями.

В случае соединения, согласно фиг. 2, вентилятора 3 со стороны всасывания с эжектором, в котором происходит смешивание потока выхлопных газов с потоком воздуха для горения, эжектор или питающая его со стороны всасывания линия подачи выхлопных газов могут быть оснащены регулировочным устройством, с помощью которого можно регулировать соотношение смеси потока выхлопных газов и потока воздуха для горения. В случае выполнения ультрафиолетового датчика с возможностью проведения ультрафиолетовой резонансной спектроскопии поглощения можно регулировать температуру пламени, на основе определенного ультрафиолетовым датчиком содержания окиси азота. Для этого предпочтительным является подключение датчика к модулю регулировки, заданным значением которого является определенное заданное значение окиси азота. При этом фактическое значение окиси азота определяет ультрафиолетовый датчик. Регулировка соотношения смеси потока выхлопных газов и потока воздуха для горения может осуществляться на основе разницы между заданным и фактическим значением путем управления регулировочным устройством. Вследствие этого температура пламени 6 изменяется, что снова приводит к изменению фактического значения окиси азота.

В примере осуществления изобретения инфракрасный излучатель, согласно фиг. 2, выполнен в качестве излучателя светлого типа и включает в себя горелку 6, соединенную с линией подачи водорода 7 и вентилятором 8. Вокруг горелки 6 располагается рефлектор 9.

Горелка 6 включает в себя камеру смешивания топлива 61, ограниченную керамической лучистой панелью 62. Керамическая лучистая панель 62 оснащена сеткой отверстий, простирающейся по всей поверхности и образующейся из каналов прохождения пламени цилиндрической формы, конусообразно расширяющихся на направленной наружу стороне лучистой панели 62. Напротив лучистой панели 62 перпендикулярно ей расположена линия подачи водорода 7, входящая в камеру смешивания топлива 61. Перпендикулярно линии подачи водорода 7 в камеру смешивания топлива 61 входит нагнетательная линия 81, подключенная к вентилятору 8.

На стороне всасывания вентилятор 8 соединяется с линией подачи воздуха для горения 82. В нагнетательной линии 81 внутри рефлектора 4 установлен эжектор 83, благодаря которому образуется всасывающее отверстие 84, лучеобразно обхватывающее нагнетательную линию 81. Участок нагнетательной линии 81, примыкающий к эжектору 83, образует камеру смешивания воздуха для горения 86. Поток воздуха для горения, всасываемый вентилятором 8 через линию подачи воздуха для горения 82, служит здесь рабочей средой, через которую происходит всасывание части находящейся в рефлекторе 9 прокладки выхлопа 851 через всасывающее отверстие 84. Оставшийся поток выхлопных газов 85 попадает из рефлектора 9 в атмосферу окружающей среды. С помощью находящегося в эжекторе 83 регулировочного устройства можно регулировать ширину всасывающего отверстия 84, что позволяет регулировать часть потока выхлопных газов 85 в смеси потока выхлопных газов с потоком воздуха для горения, а также содержание в ней кислорода.

Смесь выхлопных газов с воздухом для горения, выходящая из камеры смешивания воздуха для горения 86 нагнетательной линии 81, смешивается в камере смешивания топлива 61 с потоком водорода, подаваемым линией подачи водорода 7, и воспламеняется после выхода через лучистую панель 62 по электроду зажигания 63, расположенному в горелке 6 снаружи перед лучистой панелью 62.

В рефлекторе 9 расположен держатель датчика 91 с окном 92. В держатель датчика встроен ультрафиолетовый датчик 5, соединяющийся по электрическому проводу 51 с регулировочным устройством 32 для прекращения подачи водорода. В примере осуществления изобретения ультрафиолетовый датчик 5 направлен на лучистую панель 62 под углом 45°. В случае не обнаружения ультрафиолетовым датчиком 5 пламени подача водорода регулировочным устройством 32, в данном случае регулировочным клапаном, прекращается. Регулировочное устройство 32 или подключенный к нему модуль управления и регулировки 33 также могут быть подсоединены к электроду зажигания 63 и выполнены таким образом, чтобы в случае не обнаружения пламени сначала активировался электрод зажигания 63, а подача водорода прекращалась в случае дальнейшего отсутствия пламени.

В настоящем примере осуществления изобретения также может быть установлен ультрафиолетовый датчик 5, выполненный с возможностью измерения окиси азота посредством ультрафиолетовой резонансной спектроскопии поглощения и соединенный с модулем управления и регулировки. Модуль управления и регулировки подключен к регулировочному устройству 32 для прекращения подачи потока водорода и/или потока воздуха для горения. Согласно вышеуказанным примерам осуществления изобретения модуль управления и регулировки 33 запрограммирован для излучателя темного типа. Настройка свойств пламени может дополнительно осуществляться путем регулировки соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха для горения в эжекторе 83, для чего к регулировочному устройству подключается модуль управления и регулировки 33.

Изобретение относится к инфракрасному излучателю, в частности излучателю темного или светлого типа с горелкой и вентилятором. Устройство содержит радиационную трубу, в которой находится горелка, подключенная к линии подачи горючего газа, вентилятор, выполненный с возможностью подачи в горелку воздуха для горения, линию подачи горючего газа, подключенную к источнику водорода как источнику горючего газа, ультрафиолетовый датчик, направленный на нижнюю часть пламени и выполненный с возможностью определения не менее одного параметра, генерируемого горелкой пламени. Техническим результатом является обеспечение надежным и легким в обслуживании прибором контроля пламени в горючих газах с высокой температурой горения, в частности водороде. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Инфракрасный излучатель, а именно излучатель темного типа, включающий радиационную трубу, в которой находится горелка, подключенная к линии подачи горючего газа, вентилятор, выполненный с возможностью подачи в горелку воздуха для горения, линию подачи горючего газа, подключенную к источнику водорода как источнику горючего газа, ультрафиолетовый датчик, направленный на нижнюю часть пламени и выполненный с возможностью определения не менее одного параметра, генерируемого горелкой пламени.

2. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что радиационная труба оснащена смотровым окном, через которое ультрафиолетовый датчик снаружи радиационной трубы направлен на нижнюю часть пламени.

3. Излучатель по п. 2, отличающийся тем, что радиационная труба соединяется с линией отвода выхлопных газов, а перед горелкой в направлении пламени находится камера смешивания воздуха для горения, соединяющаяся с источником воздуха для горения и линией отвода выхлопных газов.

4. Излучатель по п. 3, отличающийся тем, что перед горелкой в направлении пламени расположен вентилятор, а в вентиляторе находится камера смешивания воздуха для горения.

5. Излучатель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что на линии отвода выхлопных газов расположено регулировочное устройство, с помощью которого можно регулировать соотношение объемного расхода выхлопных газов в линии отвода выхлопных газов к объемному расходу воздуха для горения в источнике воздуха для горения.

6. Излучатель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ультрафиолетовый датчик соединен с регулировочным устройством, подключенным к линии подачи горючего газа, для приостановки и/или прекращения подачи водорода.

7. Излучатель по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ультрафиолетовый датчик выполнен с возможностью измерения окиси азота, в частности, посредством ультрафиолетовой резонансной спектроскопии поглощения.

8. Излучатель по пп. 5 и/или 6, отличающийся тем, что к регулировочному устройству подключен модуль управления и регулировки, запрограммированный на настройку свойств пламени с помощью сравнения переданных ультрафиолетовым датчиком фактических параметров с внесенными заданными параметрами путем изменения объемного расхода водорода и/или объемного расхода воздуха для горения, и/или соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха для горения.

9. Излучатель по п. 8, отличающийся тем, что фактическим параметром является определенное ультрафиолетовым датчиком значение окиси азота, при этом модуль управления и регулировки запрограммирован на настройку температуры пламени на основе разницы между фактическим и внесенным заданным значениями, путем изменения потока водорода и/или потока воздуха горения, и/или соотношения потока выхлопных газов и потока воздуха горения.