Горелка инфракрасного излучения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Лапцевич Павел Степанович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Горелка инфракрасного излучения, содержащая корпус с расположенным в нем инфракрасным излучателем, состоящим из двух расположенных друг над другом металлических сеток, смеситель топлива с воздухом, газовое сопло, установленное перед смесителем, отличающаяся тем, что корпус горелки выполнен в форме усеченного конуса со стенками, образующими связанные между собой камеру для жидкого топлива с устройством для его залива, снабженного клапаном ограничения уровня топлива, и электронагревателем, расположенным в нижней ее части, камеру для паров жидкого топлива с клапаном ограничения давления паров жидкого топлива, камеру для смеси топлива с воздухом, одна из стенок которой, не контактирующая с другими камерами, представляет собой инфракрасный излучатель, при этом камера для жидкого топлива и камера для паров жидкого топлива соединены между собой отверстиями в общей стенке, расположенными выше уровня жидкого топлива, а смеситель топлива с воздухом установлен вне корпуса горелки и связан с камерой смеси топлива с воздухом, а также с камерой для паров топлива с помощью трубопровода с запорным клапаном, причем к трубопроводу присоединен газопровод с запорным клапаном. 59992010.02.28 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что сверху корпуса над излучателем установлено разделительное кольцо.(56) 1. Патент РФ 2084762 С 1, МПК 23 14/12, 1997. 2. А.с. СССР 1160789 А 1, МПК 23 14/12, 1983. 3. А. Левин, С. Салиходжаев. Температурные режимы и устойчивость горения газовых горелок инфракрасного излучения с металлическими сетками // Газовая промышленность.2. - 1964. - . 16-19 (прототип). Предлагаемая горелка относится к устройствам для сжигания жидкого и газообразного топлива, используемых для обогрева помещений или тепловой обработки материалов и изделий в технологических процессах с преимущественно лучистым способом передачи тепла. Известна горелка инфракрасного излучения 1, которая состоит из корпуса, рефлектора инфракрасного излучения, инжектора с соплом и смесителем, отражателя потока с полкой, излучающей керамической насадки и металлической сетки. Размещение отражателя на расстоянии от смесителя инжектора, равном трем диаметрам смесителя, и выполнение насадки и сетки с определенным проходным сечением позволяет организовать равномерное горение по всей поверхности насадки и снизить содержание окиси углерода и окислов азота в продуктах сгорания. Недостатками такой горелки являются ограниченная возможность ее использования(только сжигание газообразного топлива) наличие керамической насадки, которая имеет низкую стойкость к термическим и механическим ударам повышенное аэродинамическое сопротивление невысокая удельная мощность керамической насадки. Известна излучающая горелка 2, которая содержит короб с окном в одной из стенок для входа воздуха, инжекционный смеситель, форсунку, снабженную испарителем жидкого топлива, и излучающую насадку. Испаритель жидкого топлива установлен внутри короба, выполнен в виде цилиндра, по оси которого располагается форсунка. Испаритель соединен с выносным теплообменником, тепловоспринимающая часть которого размещена в зоне излучающей насадки. Над насадкой размещен вторичный излучатель в виде металлической сетки для повышения эффективности излучения и защиты керамической насадки от механических повреждений. Недостатками горелки являются невозможность запуска горелки без постороннего источника тепла для разогрева керамической насадки пары топлива не отделяются от жидкости, которая вместе с парами может выходить через форсунку и затушить горелку низкая стойкость керамической насадки к термическим и механическим ударам повышенное аэродинамическое сопротивление и малая удельная мощность насадки возможность использования горелки для сжигания только жидкого топлива. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой горелке (прототип) является газовая горелка инфракрасного излучения 3, которая содержит корпус с расположенными в нем смесителем газа и воздуха (смеситель топлива с воздухом) в виде диффузора и инфракрасного излучателя, который состоит из сетки насадки и предохранительной сетки и примыкающего к корпусу рефлектора инфракрасного излучения. Перед смесителем расположено газовое сопло. Выходящий из сопла газ инжектирует необходимый для сжигания воздух, газ и воздух перемешиваются в диффузоре, и образующаяся газовоздушная смесь сгорает в пространстве между сетками. Сетки раскаляются до высокой температуры и являются источником излучения, преимущественно в инфракрасной области спектра. 2 59992010.02.28 Недостатками такой горелки являются ограниченная возможность ее использования(сжигание только газообразного топлива) раскаленная нижняя (по ходу движения газовоздушной смеси) сетка испускает лучистую энергию не только в сторону теплоприемника, но и в сторону корпуса, который нагревается и теряет тепло в окружающую среду (по нашим исследованиям доля излучаемого в сторону корпуса тепла составляет 20 от энергии сжигаемого топлива). Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей горелки, повышение эффективности использования тепла сжигаемого топлива. Задача решается следующим образом. Известная горелка инфракрасного излучения содержит корпус с расположенным в нем излучателем из двух расположенных друг над другом металлических сеток, смеситель топлива и воздуха, перед смесителем расположено газовое сопло. Согласно предлагаемому техническому решению корпус горелки выполнен в форме усеченного конуса со стенками, которые образуют связанные между собой камеры камеру для жидкого топлива с устройством для его залива, снабженного клапаном ограничения уровня топлива, и электронагревателем, расположенным в нижней ее части, камеру для паров жидкого топлива с клапаном ограничения давления паров жидкого топлива, камеру для смеси топлива с воздухом, причем одна из стенок этой камеры, не контактирующая с другими камерами,представляет собой инфракрасный излучатель. Камера для жидкого топлива и камера для паров жидкого топлива соединены между собой отверстиями, расположенными в общей стенке выше уровня жидкого топлива. Смеситель топлива с воздухом установлен вне корпуса горелки и связан с камерой смеси топлива с воздухом, а также с камерой для паров топлива с помощью трубопровода с запорным клапаном. Причем к этому трубопроводу присоединен газопровод с запорным клапаном. Кроме того, над излучателем сверху корпуса горелки установлено разделительное кольцо, обеспечивающее безопасную заливку жидкого топлива и изолирующее излучатель от заливочного штуцера, причем кольцо может служить подставкой для подогреваемой емкости или изделия. Таким образом, горелка позволяет работать или только на газообразном топливе, или после разогрева при работе на газообразном топливе перейти на жидкое топливо, или работать только на жидком топливе. Горелка также позволяет обеспечивать высокую эффективность использования энергии топлива за счет полезного использования обратного излучения сетки и сокращения потерь тепла в окружающую среду. На фигуре изображен общий вид предлагаемой горелки. Горелка состоит из корпуса в форме усеченного конуса с тройными стенками 1, 2, 3. Между стенками 1 и 2 образована камера 4 для жидкого топлива, которая снабжена в верхней части устройством для его залива, состоящим из штуцера 5 для залива жидкого топлива, крышки 6 и клапана 7, например поплавкового типа, для ограничения уровня топлива. В нижней части камеры 4 установлен электрический нагреватель 8, который может подключаться к электрическому аккумулятору (автомобильному или другого типа) в случае переносного варианта или к стандартной электросети в случае стационарного варианта. Камера 4 соединена с камерой 10 для паров жидкого топлива, образованной стенками 2 и 3, посредством отверстий 9, расположенных по окружности стенки 2 выше уровня жидкого топлива, находящегося в этой камере. Камера 10 снабжена клапаном 11 для ограничения давления паров жидкого топлива, который открывается при превышении давления выше заданного значения и сбрасывает часть паров через патрубок 12 в атмосферу. Камера 10, которая образована стенками 1 корпуса, с помощью трубопровода 13 через запорный клапан 14 и смеситель инжекционного типа 15 соединена с камерой 16, смеси топлива и воздуха. В свою очередь смеситель 15 образован соплом 17, камерой всасывания 18, патрубком 19 и диффузором 20. Верхняя стенка камеры 16, не контактирующая с 3 59992010.02.28 другими камерами, является инфракрасным излучателем 21, состоящим из нижней 22 и верхней 23 металлических сеток. Для безопасной заливки жидкого топлива излучатель 21 отделен от заливочного штуцера 5 кольцом 24, которое может служить подставкой для подогреваемой емкости или изделия. К трубопроводу 13 между запорным клапаном 14 и смесителем 15 присоединен газопровод 25 подачи газообразного топлива, на котором установлен запорный клапан 26. Предлагаемая горелка работает следующим образом. При использовании только газообразного топлива камеру 4 не заполняют жидким топливом, электронагреватель 8 не подключают к источнику электроэнергии, запорный клапан 14 закрыт. Газопровод 25 подключают к источнику газообразного топлива. После открытия запорного клапана 26 на газопроводе 25 газообразное топливо поступает к соплу 17. Струя газа через камеру 18 подсасывает необходимый для сжигания воздух, газ и воздух перемешиваются в патрубке 19, и через диффузор 20 смесь подают в камеру 16 под сетки излучателя 21. После воспламенения смеси над сеткой 23 и нагрева сеток 22, 23 дальнейшее сжигание смеси происходит в виде микрофакелов в пространстве между сетками излучателя, которые раскаляются и становятся источником инфракрасного излучения. При этом камеры 4 и 10 являются теплоизолирующими для камеры 16. При комбинированном использовании газообразного и жидкого топлива перед включением горелки камеру 4 заполняют жидким топливом до перекрытия клапаном 7 заливочного отверстия, после чего камеру 4 плотно закрывают крышкой 6. Горелку подключают к источнику газообразного топлива, а электронагреватель 8 отключен. При закрытом запорном клапане 14 на трубопроводе 13 открывают запорный клапан 26 на газопроводе 25 и горелку поджигают способом, описанным выше. Раскаленные сетки излучателя 21 часть энергии излучают в сторону корпуса. За счет конусообразной формы боковой поверхности стенки 1 обратное излучение падает и нагревает не только дно, как было бы в случае цилиндрической формы корпуса, но и боковые поверхности стенки 1. От этой стенки нагревается и испаряется находящееся в камере 4 жидкое топливо. Пары топлива через отверстия 9 в стенке 2 отводятся в камеру 10, постепенно поднимая давление в этой камере. После срабатывания клапана 11, который сигнализирует о том, что давление в камере 10 достигло давления газообразного топлива в газопроводе 25, открывают клапан 14, перекрывают клапан 26, и пары жидкого топлива, поступающие к соплу 17, смешиваются с воздухом и сгорают аналогично газообразному топливу. При использовании только жидкого топлива после заполнения топливом камеры 4 включают электронагреватель 8 при перекрытых клапанах 14 и 26. После подъема давления паров в камере 10 за счет нагрева и испарения жидкого топлива от нагревателя 8 и срабатывания клапана 11 открывают запорный клапан 14 и смесь паров жидкого топлива с воздухом поджигают над сеткой 23. После воспламенения смеси и нагрева сеток дальнейшее сжигание паров жидкого топлива происходит аналогично газообразному топливу. Сетки излучателя раскаляются и обратным излучением нагревают стенку 1 корпуса. После отключения электронагревателя 8 процесс сжигания жидкого топлива происходит способом, описание которого приведено выше. Предлагаемая конструкция горелки инфракрасного излучения позволяет сжигать газообразное и жидкое топливо и в зависимости от условий эксплуатации переходить с одного вида топлива на другой, за счет чего расширяются ее функциональные возможности. При этом горелка позволяет максимально сократить потери тепла путем полезного использования обратного излучения от сеток излучателя на корпус горелки и тем самым экономить топливо при той же тепловой производительности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4