ИЗЛУЧАТЕЛЬ ТЁМНОГО ТИПА Российский патент 2025 года по МПК F23D14/12 

Изобретение относится к излучателю темного типа с горелкой, вентилятором и излучающей трубой, причем горелка соединена с подводом горючего газа, первый вентилятор служит для того, чтобы подавать к горелке воздух для горения, при этом горелка служит для того, чтобы производить пламя, проходящее внутри излучающей трубы.

В коммерческой и промышленной сфере для отопления производственных и складских объектов часто используются излучатели темного типа. Излучатели темного типа, как излучающие элементы, имеют одну или несколько излучающих труб, оснащенных, как минимум, одной горелкой. За счет сжигания смеси из горючего газа и воздуха внутри горелки создается пламя, которое может быть с помощью вентилятора распределено по всей длине излучающей трубы. Излучающие трубы линейного или U-образного типа последовательно друг за другом подсоединены к горелке и должны равномерно излучать тепло, производимое пламенем, по всему ходу трубы. Излучающая труба равномерно нагревается пламенем и генерирует тепловое излучение, которое излучается на обогреваемую область. Здесь для повышения эффективности часто используются рефлекторы. Отработанные газы, возникающие при сгорании, удаляются из излучающей трубы с помощью вентилятора, например, выводятся во внешнюю среду через выпускные трубы.

В качестве горючего газа служит природный газ или сжиженный газ (пропан или биогаз), который смешивается в смесительной камере в заданном соотношении с воздухом для горения, после чего подается через специальную пластину горелки со сквозными каналами в камеру сгорания и поджигается. Пластина горелки, которая обычно представляет собой керамическую пластину, служит для блокировки обратного удара пламени и одновременно выполняет задачу стабилизации пламени. Как вариант в качестве устройства блокировки обратного удара и стабилизации пламени могут использоваться решетки или проволочные сетки, через которые подается смесь горючего с воздухом. Например, такой излучатель темного типа описан в ЕР 2014980 А1 и ЕР 2708814 А1.

Горелки известных ранее излучателей темного типа требуют для своего изготовления все больших затрат, не в последнюю очередь из-за постоянного стремления достичь оптимального стехиометрического соотношения между горючим газом и воздухом для обеспечения, по возможности, полного сгорания, при котором эмиссия вредных веществ будет сведена к минимуму. Здесь и вступает в действие настоящее изобретение. В основе изобретения лежит задача обеспечить излучатель темного типа, имеющий простую конструкцию и экономичный в изготовлении. В соответствии с изобретением данная задача решается за счет признаков из отличительной части формулы изобретения 1.

Излучатель темного типа, согласно изобретению, имеет простую конструкцию и экономичен в изготовлении. За счет того, что подвод горючего газа соединен с источником водорода, выступающим как источник горючего газа, и оснащен газовым соплом, причем на расстоянии от газового сопла без стабилизатора пламени расположено запальное устройство, обеспечивается простота конструкции со сниженным числом составных частей. Вопреки ожиданиям, было показано, что благодаря использованию водорода в качестве горючего газа не требуется предварительное смешивание с воздухом для горения. За счет того, что поток водорода, выходящий из сопла под давлением, благодаря своей химической активности после контакта с находящимся перед соплом воздухом для горения поджигается при достижении необходимого соотношения в смеси, на достаточном расстоянии от сопла образуется стабильное самоподдерживающееся пламя без риска обратного удара пламени в сопло. Стабилизатор пламени, используемый в соответствии с уровнем техники и одновременно служащий для защиты от обратного удара, не требуется. Кроме того, обеспечивается снижение эмиссии вредных веществ. Так как водород не содержит углерода, отработанный газ теоретически не будет содержать углеродосодержащих вредных веществ, таких как окись углерода, двуокись углерода или углеводороды.

В усовершенствованном варианте изобретения вентилятор расположен так, что излучающая труба как минимум в направлении пламени позади газового сопла продувается воздухом для горения. Таким образом зона перед соплом в достаточной степени обеспечивается воздухом для горения, поток которого помогает смешиванию с водородом, подаваемым из сопла. Предпочтительно такое расположение вентилятора, чтобы воздух для горения обтекал газовое сопло.

В другом варианте исполнения изобретения вентилятор со стороны всасывания соединен с каналом отвода отработанного газа, который соединен с излучающей трубой. Таким образом часть отработанного газа после горения подается обратно в воздух для горения, что позволяет регулировать температуру пламени, противодействуя эмиссии оксидов азота.

В другом варианте исполнения изобретения вентилятор со стороны всасывания соединен с эжектором, у которого впускной патрубок соединен с каналом отвода отработанных газов, причем воздух для горения, всасываемый вентилятором, служит рабочей средой, так что к горелке с помощью вентилятора подается смесь отработанных газов с воздухом для горения. Благодаря этому обеспечивается подача заданного потока отработанных газов в воздух для горения с последующим смешиванием с помощью вентилятора.

В усовершенствованном варианте изобретения эжектор или канал отвода отработанных газов оснащен регулирующим устройством, позволяющим регулировать соотношение потока отработанного газа и воздуха для горения в смеси. Таким образом возможна непрерывная регулировка температуры пламени.

В другом варианте исполнения изобретения применяется оптический датчик, предназначенный для распознавания как минимум одного параметра пламени. Предпочтительно использование оптического или УФ-датчика. Вопреки ожиданиям, было показано, что оптические датчики позволяют надежно определять характеристики невидимого пламени при сжигании водорода, причем УФ-датчик наряду с температурой пламени позволяет определять и другие параметры пламени. Целесообразно, чтобы оптический датчик был направлен на основание пламени.

В другом варианте исполнения изобретения применяется УФ-датчик для резонансной абсорбционной УФ-спектроскопии. Это позволяет определить уровень оксида азота в пламени и в окружающих его отработанных газах после горения. Целесообразно, чтобы датчик с помощью модуля регулировки был соединен с регулирующим устройством для настройки соотношения потока отработанного газа и воздуха для горения в смеси. Это позволяет регулировать температуру пламени, управляя соотношением компонентов смеси за счет указания заданного значения оксида азота.

В усовершенствованном варианте изобретения оптический датчик соединяется с установочным устройством для прерывания и/или регулирования подачи водорода. Это предотвращает утечку водорода при гашении пламени.

В усовершенствованном варианте изобретения установочное устройство соединено с модулем управления и регулировки, предназначенным для того, чтобы с помощью сохраненных заданных параметров, меняя количество водорода и/или воздуха для горения, регулировать характеристики пламени. Так, например, оптический датчик, выполненный как УФ-датчик для резонансной абсорбционной УФ-спектроскопии, через модуль управления и регулировки может соединяться с регулирующим устройством для настройки соотношения потока отработанного газа и потока воздуха для горения в смеси, позволяя регулировать температуру пламени, управляя соотношением компонентов смеси за счет указания заданного значения оксида азота.

Другие варианты исполнения и усовершенствованные варианты изобретения указаны в остальных зависимых пунктах формулы изобретения. Примеры исполнения изобретения представлены на чертежах и далее описаны в деталях.

На фиг.1 представлено схематичное изображение излучателя темного типа;

на фиг.2 представлено схематичное изображение излучателя темного типа во втором варианте исполнения и

на фиг.3 представлено схематичное изображение излучателя темного типа в третьем варианте исполнения.

Выбранный в качестве примера исполнения излучатель темного типа согласно фиг.1 включает в себя горелку 1, которая соединена с вентилятором 3, к которой подключена излучающая труба 4. Излучающая труба 4 на фиг.1 только намечена; излучающая труба 4 может быть несколько метров в длину и состоять из нескольких излучающих отрезков трубы. В примере исполнения излучающая труба 4 выполнена в виде особой жаропрочной трубы из высококачественной стали. В качестве альтернативы также могут использоваться специальные стали с термически нанесенной оксидной пленкой из алюминия. Излучающая труба 4 в примере исполнения заключена внутри не представленного на фигуре отражателя, который в примере исполнения изготовлен из алюминиевого листа с рельефной поверхностью и имеет с обеих сторон листовые диафрагмы для снижения конвекционных потерь.

Горелка 1 включает в себя газовое сопло 21, соединенное с подводом водорода 2. На расстоянии от газового сопла 21 в горелке 1 расположен запальный электрод 11. Со стороны горелки 1, противоположной запальному электроду 11, вентилятор 3 расположен таким образом, что он обеспечивает обтекание газового сопла 21 воздухом для горения. Для этого вентилятор со стороны всасывания соединяется с подводом воздуха для горения 31.

Поток водорода, подаваемого под давлением из газового сопла 21 в горелку 1, смешивается с потоком воздуха для горения, который обтекает газовое сопло 21 и при достижении необходимого соотношения в смеси поджигается запальным электродом 11, который расположен на расстоянии от газового сопла 21, за счет чего на расстоянии от газового сопла 21 образуется пламя 6, распространяющееся в излучающую трубу 4 по всей ее длине. В невоспламеняющейся зоне 22 потока водорода, где соотношение смеси с воздухом для горения недостаточное, пламя не образуется.

В примере исполнения согласно фиг. 2 вентилятор 3 со стороны всасывания соединен с эжектором 32, у которого подающий патрубок соединен с подводом воздуха для горения 31, а впускной патрубок – с подводом отработанного газа 33. Подвод отработанного газа питается не представленным на изображении каналом отвода отработанного газа, который со стороны выхлопа соединен со стальной трубой 4. Воздух для горения, всасываемый вентилятором 3, служит здесь в качестве рабочей среды, обеспечивающей всасывание отработанного газа. Со стороны напора к газовому соплу 21 с помощью вентилятора 3 подается смесь отработанного газа и воздуха для горения, которая обтекает газовое сопло 21. В смеси отработанного газа и воздуха для горения снижено содержание кислорода, что позволяет снизить температуру пламени. Благодаря высокой химической активности водорода для поджига достаточно даже низкого уровня кислорода в смеси отработанного газа и воздуха для горения, что ведет к образованию пламени 6, распространяющегося по излучающей трубе 4.

В примере исполнения согласно фиг. 3 в корпусе 12 горелки 11 размещается держатель датчика 13 с окошечком 14. В держателе датчика 13 установлен УФ-датчик 5, который электрическим проводом 51 соединен с не представленным на изображении установочным устройством для прерывания подвода водорода 2. УФ-датчик 5 в данном примере исполнения направлен по центру в основание 61 пламени 6. Если УФ-датчик 5 не распознает пламя 6, то установочное устройство прерывает подачу водорода. Установочное устройство или связанный с ним модуль управления и регулировки могут быть дополнительно соединены с запальным устройством 11 и настроены таким образом, что в случае, если пламя не обнаруживается, сначала активируется запальное устройство 11, и только при дальнейшем отсутствии пламени прекращается подвод водорода.

Если вентилятор 3 в соответствии с примером исполнения согласно фиг. 2 со стороны всасывания соединяется с эжектором, через который поток отработанного газа подмешивается к потоку воздуха для горения, то эжектор или канал подачи отработанного газа, питающий его со стороны всасывания, может быть оборудован регулирующим устройством, позволяющим регулировать соотношение потока отработанного газа и потока воздуха для горения в смеси. При применении УФ-датчика для резонансной абсорбционной УФ-спектроскопии можно регулировать температуру пламени на основании определяемого УФ-датчиком содержания оксида азота. С этой целью датчик соединяется с модулем регулировки, у которого номинальное значение представляет собой заданный уровень оксида азота, причем УФ-датчик сообщает фактический уровень оксида азота. На основании разницы между заданным и фактическим значениями через управление регулирующего устройства можно регулировать соотношение потока отработанного газа и потока воздуха для горения в смеси, меняя температуру пламени 6, а следовательно, и изменение фактического уровня оксида азота.

Изобретение относится к области энергетики. Излучатель темного типа с горелкой (1), вентилятором (3) и излучающей трубой (4), причем горелка (1) соединена с подводом горючего газа, а вентилятор (3) со стороны всасывания соединен с эжектором (32), у которого впускной патрубок соединен с каналом отвода отработанного газа, причем воздух для горения, всасываемый вентилятором (3), служит рабочей средой, так что вентилятор (3) подает к горелке (1) смесь отработанного газа и воздуха для горения, причем горелка (1) служит для того, чтобы подавать пламя (6) в излучающую трубу (4), подвод горючего газа (2) соединен с источником водорода, выступающим в качестве источника горючего газа, оснащен газовым соплом (21), причем на расстоянии от газового сопла (21) расположено запальное устройство (11). Изобретение позволяет снизить риски обратного удара пламени в сопло, снизить выброс вредных веществ. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Излучатель темного типа с горелкой (1), вентилятором (3) и излучающей трубой (4), причем горелка (1) соединена с подводом горючего газа, а вентилятор (3) со стороны всасывания соединен с эжектором (32), у которого впускной патрубок соединен с каналом отвода отработанного газа, причем воздух для горения, всасываемый вентилятором (3), служит рабочей средой, так что вентилятор (3) подает к горелке (1) смесь отработанного газа и воздуха для горения, причем горелка (1) служит для того, чтобы подавать пламя (6) в излучающую трубу (4), отличающийся тем, что подвод горючего газа (2) соединен с источником водорода, выступающим в качестве источника горючего газа, оснащен газовым соплом (21), причем на расстоянии от газового сопла (21) расположено запальное устройство (11).

2. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что вентилятор (3) расположен таким образом, что излучающая труба (4) как минимум в направлении пламени за газовым соплом (21) продувается воздухом для горения.

3. Излучатель по п. 2, отличающийся тем, что вентилятор (3) расположен таким образом, что газовое сопло (21) обтекается воздухом для горения.

4. Излучатель по одному из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что эжектор (32) или канал отвода отработанного газа оборудован регулирующим устройством, позволяющим регулировать соотношение потока отработанного газа и воздуха для горения в смеси.

5. Излучатель по одному из вышеприведенных пунктов, отличающийся тем, что применяется оптический датчик, служащий для определения как минимум одного параметра пламени (6).

6. Излучатель по п. 5, отличающийся тем, что оптический датчик представляет собой УФ-датчик (5).

7. Излучатель по п. 5 или 6, отличающийся тем, что оптический датчик направлен в основание (61) пламени (6).

8. Излучатель по одному из пп. 5 - 7, отличающийся тем, что УФ-датчик (5) служит для резонансной абсорбционной УФ-спектроскопии.

9. Излучатель по одному из пп. 5 - 8, отличающийся тем, что оптический датчик соединен с соединенным с подводом горючего газа установочным устройством для прерывания и/или регулирования подвода водорода (2).

10. Излучатель по п. 9, отличающийся тем, что установочное устройство соединено с модулем управления и регулировки, служащим для регулирования характеристик пламени (6) с помощью сохраненных заданных параметров, меняя количество водорода и/или воздуха для горения.