початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2272219

РАДІАЦІЙНИЙ ГОРЕЛКА

Ім'я винахідника: Шмельов Володимир Михайлович
Ім'я патентовласника: Інститут хімічної фізики ім. М.М. Семенова РАН (RU); Шмельов Володимир Михайлович
Адреса для листування: 119991, Москва, вул. Косигіна, 4, Інститут хімічної фізики РАН, патентний відділ
Дата початку дії патенту: 2004.10.14

Винахід відноситься до теплоенергетики, а саме до радіаційним пальників, може застосовуватися для побутових і промислових потреб в різних теплоенергетичних установках, в побутових і комунально-побутових газових плитах, обігрівачах, сушарках, печах і підвищує екологічні та експлуатаційні характеристики пальника, так як забезпечує повне згорання палива і різке зниження кількості СО в продуктах згоряння. Радіаційна пальник містить корпус, інжектор у вигляді газового сопла зі змішувальної трубкою і керамічну перфоровану випромінює насадку, виконану у вигляді порожнин з поперечним розміром і глибиною не менше 10 мм, при цьому керамічна перфорована випромінює насадка виконана у вигляді однієї двоступеневої порожнини або безлічі двоступеневих полостей- сот або у вигляді системи двоступеневих концентричних кільцевих порожнин, причому діаметр або поперечний розмір вихідного перетину верхнього ступеня не більше ніж в 1.5 рази перевершує діаметр або поперечний розмір вихідного перетину нижньої ступені, і висота верхнього ступеня становить 0,05-0,95 від повної глибини порожнини, при цьому перфорованими є дно і стінки нижньої ступені порожнини.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до теплоенергетики, а саме до радіаційним пальників, і може застосовуватися для побутових і промислових потреб в різних теплоенергетичних установках, в побутових і комунально-побутових газових плитах, обігрівачах, сушарках, печах.

Відома промислова пальник (патент США №5174744 від 29.12.92 р) з низькими викидами СО і NOx в атмосферу, яка складається з вузла змішування палива і окислювача, перфорованої керамічної плити (насадки), над якою відбувається спалювання газу, і легкого сітчастого екрану , який, нагріваючись полум'ям пальника, збільшує температуру поверхні, що випромінює насадки і сприяє окисленню СО в СО _2, зменшуючи викиди СО в атмосферу, при цьому екран встановлюється над пальникової плитою на відстані, що залежить від довжини полум'я.

Недоліком такого пальника є недостатнє зниження викиду оксиду вуглецю, слабка механічна міцність легкого сітчастого екрану і його покриття у вигляді спеціальної керамічної піни, а й істотне ускладнення виготовлення пальника.

Відома радіаційна пальник (RU №2066023, F 23 D 14/12, 1994), що містить корпус з перфорованої кришкою, що грає роль радіаційного екрану, забезпеченою в вихідному ділянці корпусу випромінює насадкою.

Недоліком такого пальника є високі вимоги до термічної і окислювальної стійкості кришки-екрану, що визначають необхідність використання дорогих сортів нікелевих сталей. Наявність кришки-екрану збільшує гідравлічний опір, погіршує стійкість горіння на низькому тиску палива і не забезпечує зниження окису вуглецю в продуктах згорання нижче 0,008%.

Відома промислова пальник для спалювання перемішаних газових сумішей підвищеної теплової потужності з температурою випромінювача 1473-1723К і з керамічної насадкою, що має ряд прямокутних щілин, виконаних за типом плоского раптового розширення (А.К.Родін, Газове променисте опалення. Л .: Недра, 1987 , С.21-23, рис.2.4).

Недоліком такої щілинний пальника є виникнення проскока полум'я при зниженні питомого теплового навантаження через надмірну ширини каналів і здійснення в просторі між перегородками при високій теплової навантаженні факельного режиму горіння з підвищеною температурою в зоні горіння, що приводить до збільшення оксидів азоту в продуктах згоряння. Іншим недоліком є ​​слабка механічна міцність довгих тонких перегородок між каналами.

Найбільш близьким рішенням з технічної сутності і досягається результату є пальник інфрачервоного випромінювання, що містить корпус, інжектор у вигляді газового сопла зі змішувальної трубкою і керамічну перфоровану випромінює насадку, виконану з можливістю виконання додатково функцій екрану і рефлектора, для чого вона виконана в об'ємній конфігурації у вигляді порожнин з поперечним розміром і глибиною не менше 10 мм, причому перфорованими є тільки дно порожнин або тільки стінки, або стінки і дно (патент РФ №2151957, кл. F 23 D 14/12, 2000 г.) (прототип).

Згоряння паливно-повітряної суміші в такій пальнику відбувається в основному в приповерхневої зоні всередині порожнин керамічної перфорованої випромінює насадки, а дожигание незгорілих складових - далеко від стінок в обсязі порожнин керамічної перфорованої випромінює насадки.

Недоліком пальника-прототипу є нерівномірність дожигания незгорілих складових по висоті порожнини і навіть повна відсутність дожигания частини незгорілих складових, що утворюються поблизу вихідного перетину порожнини.

Завданням винаходу є створення високоефективної радіаційної пальника, яка має підвищеними екологічними і експлуатаційними характеристиками, яка забезпечить повне згорання палива і різке зниження кількості СО в продуктах згоряння, підвищення стійкості горіння в широкому діапазоні зміни тиску газу, збільшення радіаційного ККД і дозволить, крім того, розширити область застосування радіаційної пальника.

Рішення поставленого завдання досягається пропонованої радіаційної пальником, що містить корпус, інжектор у вигляді газового сопла зі змішувальної трубкою і керамічну перфоровану випромінює насадку, виконану у вигляді однієї двоступеневої порожнини або безлічі двоступеневих порожнин-сот або у вигляді системи двоступеневих концентричних кільцевих порожнин з поперечним розміром і глибиною не менше 10 мм, при цьому діаметр або поперечний розмір вихідного перетину верхнього ступеня порожнини не більше ніж в 1.5 рази перевершує діаметр або поперечний розмір вихідного перетину нижньої ступені порожнини, і висота верхнього ступеня становить 0,05-0,95 від повної глибини порожнини, причому перфорованими є дно і стінки нижньої ступені порожнини.

Отвори в нижній перфорованої ступені однієї двоступеневої порожнини або безлічі двоступеневих порожнин-сот можуть бути виконані під кутом від 0 до 90 ° до радіусу внутрішньої поверхні порожнини (проведеним до отвору).

Нижня перфорована щабель порожнини може бути виконана з пористої кераміки.

Нижній щабель порожнини може бути виконана у вигляді набору кільцевих елементів з кераміки або металу з зазором між ними не більше 2 мм і з можливістю виконання додаткової функції завихрителя газу.

Конструктивні особливості пропонованої пальника забезпечують спалювання газової суміші в порожнинах в умовах сильної радіаційної зворотного зв'язку від стінок порожнин насадки і виключають підмішування холодного навколишнього повітря в зону горіння, внаслідок чого температура внутрішньої поверхні випромінюючих порожнин насадки підвищується, тобто збільшується радіаційний ККД, а двоступенева конструкція порожнин гарантує повне допалювання незгорілих складових газу в рециркуляционной зоні в другому ступені порожнини, при цьому завдяки низькому гідравлічному опору через відсутність сітки-екрана (функцію екрану виконує сама насадка) і рециркуляції частини газу підвищується стійкість горіння в широкому діапазоні зміни тиску палива. Крім того, завдяки об'ємної конструкції керамічної насадки зростає питома потужність пальника з одиниці вихідного перетину. Поліпшення екологічних та експлуатаційних характеристик пропонованої пальника дозволяє розширити область її застосування.

Здійснення подачі газової суміші через отвори в перфорованої насадки, виконані тангенціально (кут 90 °) до радіуса внутрішньої поверхні порожнини або під будь-яким кутом до радіусу в межах від 0 до 90 ° (радіус проведений до отвору), або здійснення тангенціального руху газової суміші в зазорах насадки, виконаної у вигляді набору кільцевих елементів, збільшує час перебування продуктів згоряння всередині порожнин, що призводить до більш повного завершення хімічних реакцій горіння.

Конструкція нижньої перфорованої ступені порожнини з пористої кераміки суттєво спрощує і здешевлює технологію виготовлення пальників.

Пристрій пропонованої радіаційної пальника відображено на доданому кресленні (фіг.1), на якому представлений поздовжній розріз пальника з об'ємною керамічної насадкою.

Радіаційна пальник (фіг.1) складається з корпусу 1, інжектора у вигляді газового сопла 2 зі змішувальної трубкою 3, керамічної випромінює насадки 4, виконаної в двоступеневої об'ємної конфігурації у вигляді безлічі двоступеневих порожнин-сот з перфорованим дном і стінками нижній сходинці порожнини 5 і верхнього ступеня порожнини 6 більшого діаметра з неперфорованими стінками.

Випромінююча насадка 4, виконана у вигляді системи двоступеневих концентричних кільцевих елементів з зазором між ними, складається з нижньої ступені 5 і верхнього ступеня більшого діаметра 6 насадки 4 (фіг.2).

Пальник працює наступним чином. Газ, витікаючи через сопло 2 і змішувальну трубку 3, інжектується необхідну кількість повітря, утворюючи газоповітряну суміш необхідного складу, яка потім надходить через перфоровану нижчий щабель керамічної насадки (через її канали під кутом від 0 до 90 ° до радіусу внутрішньої поверхні порожнини) і згорає всередині порожнин поблизу внутрішньої поверхні. Поверхня порожнин насадки розжарюється до високої температури, будучи джерелом потужного інфрачервоного випромінювання. Частина випромінювання замикається в увігнутих порожнинах, поглинається випромінюють стінками і збільшує їх температуру до 1000-1200 ° С, що в свою чергу призводить до збільшення радіаційного потоку з поверхні. Потім продукти згоряння проходять через верхню сходинку керамічної насадки, виконану у вигляді неперфорованої частини порожнини більшого діаметра. При перетікання продуктів згоряння з нижнього ступеня порожнини в верхню при різкій зміні діаметра перетину поблизу стінок в нижній частині верхнього ступеня виникають рециркуляційні течії (завихрення), в результаті чого час перебування пристінкових шарів продуктів згоряння при високій температурі збільшується. Це призводить до Спалювання незгорілих складових, що утворюються, особливо, при горінні газу в верхній частині перфорованої ступені насадки. Увігнута форма і велика глибина порожнин насадки ускладнює підмішування холодного навколишнього повітря в зону хімічної реакції, а збереження високої температури продуктів всередині обох ступенів порожнини, але не перевищує 1200 ° С, на відстані близько 10 мм від поверхні забезпечує повну завершеність хімічних реакцій, в тому числі доокисление СО в СО _2, і не призводить до утворення помітної кількості окислів азоту.

У конструкції газового пальника при подачі газової суміші через отвори в перфорованої ступені насадки, виконані тангенціально або під кутом до радіусу внутрішньої поверхні порожнини (зміна кута в межах від 0 до 90 °), або в конструкції газового пальника з насадкою, перфорована частина якої виконана в вигляді набору кільцевих елементів з кераміки або металу з зазором між ними не більше 2 мм і з можливістю виконання додаткової функції завихрителя газу, продукти згоряння всередині радіаційної порожнини рухаються по спіральних траєкторіях, час їх перебування всередині порожнини збільшується, і це призводить до більш повного завершення хімічних реакцій всередині порожнини.

Обрані параметри керамічної насадки визначаються наступним чином. Глибина увігнутих порожнин керамічної насадки, що включає протяжність нижньої перфорованої і верхньої неперфорованої частин насадки, не менше 10 мм, порівнянна з довжиною зони догорання СО, забезпечує повну завершеність хімічних реакцій в умовах, що виключають їх «загартування» через усунення проникнення холодного навколишнього повітря в зону хімічної реакції. Великий поперечний розмір порожнин, не менше 10 мм, робить можливим перфорування дна і стінок порожнин насадки великою кількістю циліндричних каналів малого діаметру (менше 2 мм) і визначає незначне гідравлічний опір течією продуктів згоряння, що підвищує стійкість горіння в широкому діапазоні витрат палива.

Конструкція об'ємної насадки з порожнинами, перфорована частина якої виконана у вигляді набору кільцевих елементів з зазором між ними (див. Фіг.2), володіє додатковою перевагою, пов'язаних з технологічністю і простотою виготовлення, дозволяє вирішити поставлену задачу і досягти зазначений технічний результат.

Експериментальні дослідження пропонованої радіаційної пальника, реалізованої у вигляді дослідного зразка і виконаної у вигляді однієї увігнутою порожнини шестикутного постійного перетину повної глибиною 50 мм і поперечним розміром нижньої ступені 55 мм з плоскими перфорованими випромінюють стінками заввишки 40 мм і неперфорованої верхнім ступенем з поперечним розміром 65 мм і висотою 10 мм, показали, що такий пальник володіє високими енергетичними і екологічними параметрами. Спалювання газу проходило при стійкій роботі пальника в широкому діапазоні витрат газу, аж до гранично низькою при питомій теплової потужності до 30-50 квт / м ^2, при цьому досягалася висока температура поверхні - до 1200 ° С в штатному режимі роботи при радіаційному ККД 60 65% і рекордно низька концентрація СО в продуктах згоряння - менше 0,0001%.

Аналогічні результати отримані при спалюванні газу при використанні випромінює насадки, перфорована частина якої виконана у вигляді набору кільцевих елементів з металу з зазором між ними 0,8 мм.

Таким чином, всі конструктивні елементи пальника спрямовані на вирішення поставленого завдання і досягнення зазначеного технічного результату - підвищення екологічних і експлуатаційних характеристик пальника шляхом забезпечення повного згоряння палива і різкого зниження кількості СО, підвищення стійкості горіння в широкому діапазоні зміни тиску палива, збільшення її радіаційного ККД, а й забезпечення технологічності і простоти виготовлення пальника.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Радіаційна пальник, що містить корпус, інжектор у вигляді газового сопла зі змішувальної трубкою і керамічну перфоровану випромінює насадку, виконану у вигляді однієї двоступеневої порожнини, або безлічі двоступеневих порожнин-сот, або у вигляді системи двоступеневих концентричних кільцевих порожнин з поперечним розміром і глибиною не менше 10 мм, при цьому діаметр або поперечний розмір вихідного перетину верхнього ступеня порожнини не більше ніж в 1.5 рази, перевершує діаметр або поперечний розмір вихідного перетину нижньої ступені порожнини і висота верхнього ступеня становить 0,05-0,95 від повної глибини порожнини, причому перфорованими є дно і стінки нижньої ступені порожнини.

2. Радіаційна пальник по п.1, що відрізняється тим, що отвори в нижній перфорованої ступені однієї двоступеневої порожнини або безлічі двоступеневих порожнин-сот виконані під кутом від 0 до 90 ° до радіусу внутрішньої поверхні порожнини.

3. Радіаційна пальник по п.1, що відрізняється тим, що нижня перфорована щабель порожнини виконана з пористої кераміки.

4. Радіаційна пальник по п.1, що відрізняється тим, що нижня перфорована щабель порожнини виконана у вигляді набору кільцевих елементів з кераміки або металу з зазором між ними не більше 2 мм і з можливістю виконання додаткової функції завихрителя газу.

Версія для друку
Дата публікації 29.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів