Газовый инфракрасный излучатель

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Лапцевич Павел Степанович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Газовый инфракрасный излучатель, содержащий корпус, внутри которого установлены металлические сетки с различным размером ячеек, газовые сопла, смеситель газа и воздуха, светопроницаемый экран, патрубок для выхода продуктов сгорания, отличающийся тем, что корпус излучателя выполнен конусообразным с размещенными внутри корпуса двумя последовательно соединенными кольцевыми камерами, одна из которых является светлым излучателем, а вторая - темным излучателем, причем камера светлого излучателя содержит нижнюю и верхнюю металлические сетки и внутреннюю стенку в виде светопроницаемого экрана, и примыкающие к камере инжекционные смесители газа и воздуха, а камера темного излучателя выполнена в виде винтообразного канала, образованного коаксиально расположенными наружной и внутренней стенками с установленной между ними винтообразной перегородкой, при этом канал связан с патрубком для выхода продуктов сгорания. 2. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что между двумя последовательно соединенными кольцевыми камерами и корпусом излучателя размещена теплоизоляция. 3. Излучатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внешняя стенка корпуса излучателя снабжена окнами для забора воздуха.(56) 1. Патент РФ 2057989, МПК 23 14/12, 1996. 2. Патент РФ 2244874, МПК 23 14/12, 2005. 3. Шевченко С.Н. и др. Газовый металлосетчатый инфракрасный излучатель кругового действия // Газовая промышленность. - 1984. -8. - С. 36-38 (прототип). Предлагаемый излучатель относится к нагревательным устройствам для тепловой обработки материалов и изделий в технологических процессах или для обогрева помещений с использованием энергии сжигаемого газообразного топлива. Известна газовая горелка инфракрасного излучения 1, которая содержит металлосетчатый излучатель цилиндрической формы с излучающими боковой поверхностью и верхним основанием, наружную сетку, смесители, коллекторы. Горелка снабжена цилиндрическим перфорированным распределителем газовоздушной смеси с перфорированным верхним основанием. Внутренние боковые поверхности и верхнее основание распределителя смеси снабжены теплоизоляцией и плотно прилегающей многослойной сеткой. Излучатель и наружная сетка горелки укреплены на каркасе с возможностью вертикального перемещения. Распределитель смеси позволяет равномерно распределить газовоздушную смесь по поверхности излучателя и осуществить более качественное сжигание газа. Недостатками такой горелки являются низкая эффективность вследствие использования только небольшой доли тепла продуктов сгорания газа высокая пожароопасность за счет сгорания газа на открытой поверхности малая плотность теплового потока, поскольку излучение направлено наружу во все стороны от цилиндрической поверхности. Известен газовый инфракрасный излучатель 2, который содержит радиационную трубу, на одном торце которой установлена горелка, снабженная каналами подачи газа и воздуха, а на другом конце размещен вентилятор. Излучатель содержит полость, ограничивающую область, внутри которой расположена радиационная труба. Полость состоит из отражателя и соединенного с ним посредством дна экрана, причем один торец полости выполнен с возможностью забора воздуха из окружающей среды. Полость соединена посредством воздуховода с каналом подачи воздуха в горелку, а в ее дне выполнены отверстия, расположенные равномерно по всей длине. Недостатками такого излучателя являются значительные местные перегревы стенки трубы в месте установки горелки вследствие смывания факелом горелки стенки, что влечет за собой прогорание трубы и преждевременный выход ее из строя малая плотность теплового потока несмотря на наличие экрана, поскольку излучение направлено во все стороны от наружной поверхности трубы, а экран позволяет лишь переизлучить небольшую часть теплового потока возможность использования излучателя только для целей отопления в связи с тем, что конструкция не позволяет создать концентрированный направленный тепловой поток. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому излучателю (прототипом) является газовый металлосетчатый инфракрасный излучатель кругового действия 3. Излучатель содержит корпус, образованный смесителем, светопроницаемым цилиндрическим экраном и крышкой, связанными между собой. В цилиндрической стенке смесителя под углом 30 к оси размещены три газовых сопла. Под экраном с зазором к нему соосно установлены три сетчатых цилиндра уменьшающегося диаметра, причем внешний цилиндр имеет размер ячеек меньший, чем средний и внутренний цилиндры. Подготовленная в смесителе газовоздушная смесь поступает в пространство между внешним сетчатым цилиндром и светопроницаемым экраном. Пройдя сквозь внешнюю сетку, газовоздушная смесь сгорает на внутренней поверхности этой сетки, разогревая ее 2 69892011.02.28 до высокой температуры. Продукты сгорания, проходя последовательно сквозь средний и внутренний сетчатые цилиндры, нагревают их, и они становятся источником инфракрасного излучения. Указанный излучатель обладает следующими недостатками. При сжигании пропанбутановой смеси самую высокую температуру имеет средняя сетка, более низкую - внутренняя сетка и самую низкую - наружная сетка. Поскольку тепловой поток всегда направлен от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой, то, несмотря на наличие третьей внутренней сетки, значительная доля тепла будет передаваться не в нужном направлении стеклянного экрана, а в обратную сторону и уноситься из излучателя, снижая коэффициент полезного действия. Кроме того, в рассматриваемом излучателе используется только небольшая доля тепла продуктов сгорания,которые с температурой более высокой, чем температура сеток, удаляются из излучателя. Излучатель имеет также невысокую плотность теплового потока за счет излучения во все стороны от боковой поверхности и может быть использован главным образом для целей отопления. Недостатком также является несовершенство конструкции узла смешения газа и воздуха, что ухудшает процесс горения. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности газового инфракрасного излучателя за счет снижения потерь тепла сжигаемого топлива и расширение его функциональных возможностей. Задача решается следующим образом. Известный газовый инфракрасный излучатель содержит корпус с установленными в корпусе металлическими сетками с различным размером ячеек, газовые сопла, смеситель газа и воздуха, светопроницаемый экран и патрубок для выхода продуктов сгорания. Согласно предлагаемому техническому решению, корпус излучателя выполнен конусообразным, что обеспечивает получение высокоинтенсивного направленного теплового излучения. Внутри корпуса размещены две последовательно соединенные кольцевые камеры, одна из которых является светлым излучателем, а вторая - темным излучателем. Камера светлого излучателя содержит нижнюю и верхнюю металлические сетки, внутреннюю стенку в виде светопроницаемого экрана и примыкающие к камере инжекционные смесители газа и воздуха. Камера темного излучателя выполнена в виде винтообразного канала, образованного коаксиально расположенными наружной и внутренней стенками с установленной между ними винтообразной перегородкой, при этом канал связан с патрубком для выхода продуктов сгорания. Кроме того, внешние стенки кольцевых камер покрыты слоем теплоизоляции, а внешняя стенка корпуса излучателя снабжена окнами для забора воздуха. Светлый излучатель позволяет использовать лучистый тепловой поток от образующихся газовых микрофакелов, в виде которых сжигается топливо, и частично тепло продуктов сгорания, а темный излучатель позволяет максимально использовать теплосодержание продуктов сгорания и за счет этого значительно снизить их температуру на выходе из излучателя. Благодаря использованию в одном нагревателе лучистого тепла микрофакелов и теплосодержания продуктов сгорания повышается эффективность использования топлива за счет увеличения коэффициента полезного действия излучателя. Выполнение корпуса 1 конусообразной формы с односторонне направленным тепловым потоком внутрь корпуса создает на выходе высокоинтенсивное направленное тепловое излучение, которое позволяет производить высокотемпературную обработку изделий и материалов. Излучатель позволяет также отапливать помещения вне зоны нахождения людей за счет интенсивного нагрева окружающих предметов, которые затем отдают тепло в окружающее пространство, что расширяет его функциональные возможности. На фигуре показан общий вид предлагаемого излучателя. Газовый инфракрасный излучатель состоит из корпуса 1 конусообразной формы,внутри которого размещены последовательно соединенные кольцеобразные камеры 2 и 3. 3 69892011.02.28 Камера 2 является светлым инфракрасным излучателем, а камера 3 - темным инфракрасным излучателем. К торцу 4 камеры 2 светлого излучателя примыкают инжекционные смесители 5 газа и воздуха с газовыми соплами 6. Инжекционные смесители 5 позволяют качественно перемешивать газ с воздухом и на выходе создавать давление газовоздушной смеси, позволяющее преодолеть сопротивление всего газового тракта. Для равномерного распределения газовоздушной смеси в камере 2 количество ижекционных смесителей 5 должно быть не менее двух и должно увеличиваться с увеличением габаритных размеров(мощности) излучателя. Внутри камеры 2 установлены нижняя металлическая сетка 7 с мелкими ячейками, не позволяющими пламени проскакивать внутрь смесителя, и верхняя металлическая сетка 8 с более крупными ячейками, позволяющими пламени проскакивать к нижней сетке 7. Внутренняя стенка камеры 2 представляет собой светопроницаемый стеклянный экран 9. Сетки 7, 8 и экран 9 являются коаксиальными поверхностями конусообразной формы. Полость между сеткой 8 и экраном 9 камеры 2 светового излучателя переходит в кольцеобразную камеру 3 темного излучателя. Камера 3 представляет собой винтообразный канал, который образован коаксиально установленными наружной стенкой 10, внутренней стенкой 11 и винтообразной перегородкой 12. Внутренняя стенка 11 камеры 3 является продолжением светопроницаемого экрана 9 камеры 2, и вместе они образуют внутреннюю стенку корпуса 1 конусообразной формы. Винтообразный канал камеры 3 заканчивается патрубком 13 для выхода продуктов сгорания. Между корпусом 1 и камерами 2, 3 размещена теплоизоляция 14 для снижения теплового потока наружу от корпуса 1. Забор воздуха, необходимого для сжигания газообразного топлива и поступающего к инжекционным смесителям 5, производится через окна 15, выполненные в наружных стенках корпуса 1. Предлагаемый излучатель работает следующим образом. Газообразное топливо, выходящее из отверстий газовых сопел 6, за счет эжекции подсасывает необходимый для сжигания воздух через окна 15 корпуса 1. Топливо и воздух перемешиваются в смесителях 5, и смесь под избыточным давлением подается в кольцеобразную камеру 2 светлого излучателя. Пройдя через нижнюю сетку 7, а затем через верхнюю сетку 8, смесь поджигается над сеткой 8 и в течение приблизительно 8-10 секунд сгорает с образованием пламени. После нагрева сетки 8 пламя проскакивает к поверхности сетки 7 и дальнейшее сжигание смеси происходит в виде микрофакелов в пространстве между сетками 7 и 8 излучателя, которые раскаляются и становятся источником инфракрасного излучения. Через светопроницаемый экран 9 инфракрасное излучение от сеток 7 и 8 проходит внутрь конуса и в виде направленного высокоинтенсивного теплового потока излучается в направлении основания конуса. Продукты сгорания газообразного топлива на выходе из сетки 8 перед экраном 9 изменяют направление движения и попадают в камеру 3 темного излучателя. Так как камера 3 выполнена в виде винтообразного канала, продукты сгорания многократно перемещаются по кругу и за счет большой длины канала большую часть своего тепла отдают стенкам 10, 11 и винтообразной перегородке 12, которые нагреваются и становятся источником инфракрасного излучения. Лучистая энергия от темного излучателя камеры 3 концентрируется внутри конуса и совместно с лучистой энергией от светлого излучателя камеры 2 в виде направленного теплового потока излучается в направлении основания конуса. Продукты сгорания газа,пройдя через винтообразный канал, удаляются из нагревателя через патрубок 13. Для снижения тепловых потерь, возникающих за счет обратного излучения на корпус 1 и от корпуса 1 в окружающую среду, между камерами 2 и 3 и корпусом 1 размещена теплоизоляция 14. Так как корпус 1 излучателя выполнен конусообразным с односторонне направленным излучением от светлого корпуса 2 и темного корпуса 3 излучателей внутрь конуса, на выходе образуется направленный высокоинтенсивный тепловой поток. Этот поток может использоваться как для высокотемпературной обработки материалов и изделий, так и для 4 69892011.02.28 быстрого нагрева помещений с отводом вредных для здоровья продуктов сгорания за пределы помещения. Таким образом, предлагаемый газовый инфракрасный излучатель позволяет с большой эффективностью использовать тепло сжигаемого топлива за счет максимального использования теплосодержания продуктов сгорания, которые в обычных светлых инфракрасных излучателях с высокой температурой выбрасываются в атмосферу. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5