Обогреватель Советский патент 1992 года по МПК F24C5/08 

Изобретение относится к приборам для местного отопления, использующим каталитическое окисление углеводородного топли- ва, и может быть использовано для автономного обогрева бытовых помещений, в частности домиков на садовых участках.

Известен автономный каталитический обогреватель, содержащий корпус с боковыми окнами и перфорированной верхней стенкой, внутри которого размещены топливная емкость, соединенная теплопроводами с испарительной камерой, охваченной кольцевой каталитической насадкой, а также устройство пламенного запуска горелки, размещенное под испарительной камерой и выполненное в виде кольцевой ч&ши, заполненной жидким топливом.

К недостаткам устройства относится следующее: помимо сложностей, связанных с монтажно-демонтажными работами при прогреве открытым пламенем из кольцевой чаши испарителя и каталитической насадки,

такой запуск небезопасен, особенно при больших тепловых мощностях горелки (больших излучающих площадях), в связи с чем проблематично использование такого обогревателя в бытовых помещениях. Нерегулируемая подача топлива приводит к его проскоку (т.к. часть топлива не окисляется), что обуславливает пониженный КПД устройства и невозможность эксплуатации обогревателя в закрытых бытовых помещениях. К такому же следствию приводит неэффективность отбора тепла от абгазов.

Известен бытовой каталитический обогреватель, содержащий теплообменник в виде кожуха, образованного пластинами с теплоотражающей поверхностью, рассредоточенными по высоте каталитического элемента с образованием сквозных проемов и установленными под углом 45° к его рабочей поверхности кромками вниз. Устройством запуска служит пусковой электро- нагреватель, а дозатором топлива

закрепленная на кронштейне поплавковая камера, соединенная топливопроводом с топливным бачком и испарительной камерой соответственно.

К недостаткам устройства относится недостаточная эффективность теплоотдачи, поскольку в нем нет теплообменника, а кожух выполняет лишь функции отражателя лучистого тепла, направляемого непосредственно в отапливаемое помещение. Кроме того, сквозные проемы кожуха могут в режиме большой теплопроизводительности пропускать часть продуктов окисления и паров неокисленного топлива, что для бытовых помещений является небезопасным, а следовательно, недопустимым.

Наиболее близкой к изобретению является каталитическая печь беспламенного горения, содержащая сребренный корпус с вытяжной трубой, размещенную внутри него горелку с каталитической насадкой, расположенной над этой насадкой дефлектор, топливопровод и устройство запуска горелки. Ребра корпуса перпендикулярны оси горелки, а дефлектор выполнен в виде лабиринта.

К недостаткам устройства относится недостаточная эффективность теплоотдачи и отсутствие автономности, что приводит к неудобству и невозможности эксплуатации в условиях, например, отсутствия электроэнергии для запуска электронагревателя.

Целью изобретения является повышение эффективности теплоотдачи и удобства эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что в обогревателе, содержащем сребренный корпус с вытяжной трубой, размещенную внутри него горелку с каталитической насадкой, расположенный над этой насадкой дефлектор, топливопровод и устройство запуска горелки, корпус выполнен с двойными стенками, между которыми по его периметру образован сквозной воздухонагревательный канал, высота корпуса в 2,5-4,0 раза больше высоты каталитической насадки, дефлектор выполнен в виде стакана из теплопроводного материала, обращенного дном к каталитической насадке и равного ей по диаметру, а оребрение выполнено продольным на внутренней стенке указанного канала.

Кроме того, указанная цель достигается также тем. что устройство запуска содержит соединенные с топливопроводом фитиль из пористого негорючего материала и подпитывающий элемент в виде перфорированной кольцевой трубки, размещенной в средней по высоте зоне каталитической насадки.

За счет геометрической формы и размеров дефлектора поток горячих абгэзов направляется в непосредственной близости к внутренней стенке корпуса, имеющего по

отношению к каталитической насадке определенную оптимальную высоту, повышающую эффективность теплосъема. Кроме того, узкий кольцевой зазор между внутренней стенкой корпуса и дефлектором увели0 чивает скорость движения горячих абгазов и, следовательно, повышает эффективность теплоотдачи и исключает попадание жидких паров неокисленного топлива в бытовое помещение с нижней части обогревателя. Вы5 полнение дефлектора в виде стакана из теплопроводного материала, обращенного дном к каталитической насадке, дает помимо всего дополнительный съем тепла из внутренней полости стакана и вывод его

0 через перфорацию верхней стенки корпуса а окружающую среду. Продольные ребра внутренней стенки корпуса и воздухонагревательный канал по его периметру увеличи- вают скорость потока воздуха,

5 поступающего снизу обогревателя и циркуляцию воздуха в обогреваемом помещении, что увеличивает конвективный теплообмен и эффективность лучистой теплоотдачи оребрения.

0 Оптимальное соотношение высоты корпуса и каталитической насадки (2,5-4 раза больше) получено экспериментально. При соотношении высот корпуса и насадки 2,5 наблюдается резкое снижение КПД обогре5 вателя, что обусловлено неоптимальным теплосьемом (недостаточная высота теплообменника) и уносом части тепла в окружающую среду с абгазами. При соотношении высот 4 (при заданном диаметре и макси0 мальной тепловой мощности горелки) происходит нарушение оптимального режима работы горелки за счет интенсивного отбора тепла. Это в свою очередь требует увеличения мощности горелки, т. е. увеличения ее

5 излучающей поверхности за счет высоты. Таким образом, максимальный КПД обогревателя, эффективный теплосъем, устойчивая и стабильная работа каталитической горелки могут быть достигнуты при соотношении

0 высот корпус-насадка в пределах 2,5-4,0.

На фиг. 1 представлен график зависимости общего КПД обогревателя при максимальной подаче топлива и постоянном диаметре горелки от высоты теплообменни5 ка (L); на фиг. 2 - обогреватель, разрез; на фиг. 3 - узел I (в увеличенном масштабе) на фиг. 2.

Корпус 1 обогревателя выполнен с перфорированной верхней стенкой 2, к которой крепится устройство 3 для сушки (например.

грибов, фруктов и т.п.), имеющее также перфорированное дно 2. Внутренняя стенка 4 корпуса 1 выполнена с ребрами по верхней ее поверхности, параллельными оси обогревателя. Внутри корпуса 1 соосно установлена каталитическая горелка 5, высота излучающей части которой в 2,5-4 раза меньше высоты корпуса 1. В верхней части корпуса 1 закреплен дефлектор 6, выполненный в виде полого теплопроводного стакана, обращенного дном к верхнему торцу горелки 5 и равного ей по диаметру. Выходное отверстие устройства для отвода продуктов сгорания 7, имеющее вытяжную трубу, размещено в верхней боковой части корпуса 1. К нижней части внутренней стенки 4 корпуса 1 прикреплено опорное кольцо с отверстиями 8 для подвода воздуха к поверхности каталитической насадки 9 горелки 5. Кольцеобразная каталитическая насадка 9 охватывает испарительную камеру 10, во внутренней полости которой размещен испаритель 11, прямой участок которого расположен в центре камеры и по всей длине имеет отверстия разного диаметра. Испаритель 11 соединен топливопроводом с дозатором топлива 12, который в свою очередь соединен с основной топливной емкостью 13. Дозатор 12 и топливная емкость 13 закреплены на штанге с возможностью перемещения вверх и вниз. На внешней поверхности испарительной камеры 10 (т,е. между стен кой камеры 10 и повер- хностью каталитической насадки 9) закреплен подпитывающий элемент 14, выполненный в виде полого кольца, в котором по внешнему периметру (т.е. в части, примыкающей к катализатору 9) выполнены отверстия. В полое кольцо 4 введена трубка 15, верхний торец которой открыт и находится выше отверстий. Трубка 15 соединяет подпитывающий элемент 14 с автономной топливной емкостью 16. На уровне нижнего торца каталитической насадки 9 трубка 15 имеет ответвление 17, заполненное пористыми негорючими материалами. На уровне ответвления 17 во внутренней стенке 4 и корпуса 1 выполнено отверстие 18 для под- жига (пламенного запуска горелки).

Работа обогревателя заключается в следующем. Основная топливная емкость заполняется жидким топливом (бензин, керосин илидизтопливо), а автономная топливная емкость 16 - бензином или спиртом. Топливо заполняет дозатор 12 и при этом в испарителе 11 устанавливается определенный уровень топлива. Из емкости 16 топливо поступает в полое кольцо подпитывающего элемента 14 и через отверстия в нем пропитывает небольшой участок каталитической насадки 9. При этом часть топлива остается в нижней части полого кольца 14. а другая часть по труОк„е 15 поступает в ответвление 17 и пропитывает 5 пористую вставку из стекловаты или стеклонитей.

Для запуска обогревателя через отверстие 18 поджигают пропитанную топливом пористую вставку ответвления 17. Пламя,

10 возникающее при этом, маленькое, порядка размера пламени горящей сп ччки, поэтому вполне безопасно при запуске и горении. За время горения топлива, пропитавшего вставку ответвления 17, прогревается не5 большой участок каталитической насадки 9. предварительно уже подпитанный через подпитывающий элемент 14, и на этом участке сразу же на ;инается беспламенное горение. Затем процесс окисления

0 распространяется на всю кольцевую часть каталитической насадки 9, пропитанной топливом. Дополнитечьно к этому происходит испарение и пост/пление в каталитическую насад су топлива 9, находящегося в

5 нижней части полог кольца 14. В течение этого времени прогревается испаритель 11 и на каталитическую насадку 9 через перфорацию в стенках испарительной камеры 10 начинают поступить пары основного топли0 ва, при этом процесс беспламенного горения распространяется на всю каталитическую насадку 9. Воздух, необходимый для окисления паров топлива, поступает во внутреннюю полость

5 теплообменника 4 через отверстия 8 опорного кольца.

Для надежного запуска обогревателя, особенно при пониженных температурах, дозатор топлива 12 устанавливают в верх0 нее фиксированное положение, что повышает уровень топлива в испарителе 11 и увеличивает поступление паров топлива в начальный момент времени, когда испаритель 11 и испарительная камера 10 еще не5 достаточно прогреты. В стационарном режиме, когда все части каталитической горелки 5 прогреты, для предупреждения подачи избыточного количества топлива на каталитическую насадку 9 уровень топлива

0 в испарителе 11 понижают путем смещения вниз дозатора топлива 12, ибо подача избыточного топлива приводит к проскочу неокисленных паров топлива, неоправданному его расходу и снижению КПД устройства в

5 целом,

После запуска горелки 5 горячие продукты окисления поднимаются по узкому кольцевому зазору между внутренней стенкой 4 и горелкой 5, поступают в кольцевой зазор внутренняя стенка 4 - дефлектор, отдавая по ходу свое тепло стенке 4 и стенкам стакана 6, и выводятся через вытяжную трубу устройства 7 из отапливаемого помещения. Значительную часть тепла абгазы отдают стенке 4 корпуса 1 и стакану 6, а оставшуюся часть тепла - через теплопроводную вытяжную трубу устройства 7 - также в отапливаемое помещение.

Тепло с внешней сребренной стороны стенки 4 снимается потоком воздуха, поступающим снизу в воздухонагревательный канал корпуса 1. Цельность корпуса 1 и достаточная его высота обеспечивают хорошую тягу и циркуляцию воздуха в помещении. При этом за счет создания двух раздельных тепловых потоков полностью устраняется попадание продуктов окисления в отапливаемое помещение, минимизируются потери тепла и достигается максимальная теплоотдача, что приводит к высокому КПД устройства, являющегося автономным и безопасным.

Был изготовлен и испытан опытный об- разец устройства. Все детали обогревателя (кроме каталитической горелки), имеющего габаритные размеры 500 х 700 х 800 мм, были выполнены из легкого алюминиевого сплава. А детали каталитической горелки (испаритель, пусковое устройство, испарительная камера, стойка, армирующая сетка) изготавливались из нержавеющей стали. Диаметр каталитической горелки составлял 90 мм и высота 200 мм. В качестве катализатора была использована смесь окислов металлов (кобальт, хром, железо), нанесенных на пористый носитель, выдерживающий высокие температуры. Основная топливная емкость обогревателя имела объем 6 л и была рассчитана для обеспечения непрерывной работы устройства в течение 24 ч. При необходимости каталитический обогреватель можно подключать к выносной топливной емкости большего обьема.

Объем бытового обогреваемого помещения составлял 40 м .

Сравнительные испытания предлагаемой горелки и горелки по прототипу,

имеющих одинаковую теплопроизводи- тельность 2-2,2 кВт при расходе топлива 190-240 г/ч, показали, что предлагаемый обогреватель, являясь автономным и безопасным, имел общий КПД 92%, в то время как КПД обогревателя по прототипу составлял 78%. запуск его осуществлялся неавтономно (от электросети), в помещении было явно слышно запах бензина, который с течением времени усиливался.

Формула изобретения 1. Обогреватель, содержащий оребрен- ный корпус с вытяжной трубой, размещенную внутри него горелку с каталитической

насадкой, расположенный над этой насадкой дефлектор, топливопровод и устройство запуска горелки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности теплоотдачи, корпус выполнен с двойными

стенками, между которыми по его периметру образован сквозной воздухонагревательный канал, высота корпуса в 2,5-4,0 раза больше высоты каталитической насадки, дефлектор выполнен в виде стакана из теплопроводного материала, обращенного дном к каталитической насадке и равного ей по диаметру, а оребрение выполнено продольным во внутренней стенке указанного канала.

2. Обогреватель по п. отличающийся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, устройство запуска содержит соединенные с топливопроводом фитиль из пористого негорючего материала

и подпитывающий элемент в виде перфорированной кольцевой трубки, размещенной в средней по высоте зоне каталитической насадке.

06щий,НПД,%

Сущность изобретения: корпус обогревателя выполнен с двойными стенками, между которыми по его периметру образован сквозной воздухонагревательный канал. Внутри корпуса размещена горелка с каталитической насадкой, при этом высота корпуса в 2,5-4,0 раза больше высоты этой насадки. Над насадкой расположен дефлектор в виде стакана из теплопроводного материала, обращенного дном к насадке и равного ей по диаметру. На внутренней стенке воздухонагревательного канала выполнено продольное оребрение. Предусмотрено устройство запуска горелки. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

so

60

цо го

гоо

ьоо

600

йи,2

3

Редактор

Составитель Л.Семенютина

Техред М.МоргенталКорректор Н.Король

800ЮОО

Z,,AfV)

3