Газовая горелка для нагревательных приборов, в частности водоподогревателей

 

Изобретение относится к газовой горелке для нагревательных приборов, которая имеет охлаждаемую пластину горелки со множеством каналов для прохождения топливно-воздушной смеси, подаваемой под давлением воздуходувкой, которая подвергается реакции в зоне устьев каналов со стороны камеры сгорания с образованием факела. Предлагается выполнить стенку пластины горелки со стороны камеры сгорания со ступенчатой структурой таким образом, чтобы между основанием факела, контактирующего с пластиной горелки, и краями устьев каналов получилась определенная поверхность соприкосновения, проходящая через выпуклые зоны основания факела также к их боковым зонам или в их боковые зоны. За счет этого получается хорошее охлаждение факела, позволяющее обеспечить высокую удельную нагрузку горелки с соблюдением заданной границы NO_x. 8 з.п. ф-лы, 7 ил. .

Изобретение касается газовой горелки согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. В известных газовых горелках этого типа (EP 0 404 260 A1) в плите горелки между отдельными пластинчатыми элементами выполнены каналы, кромки краев которых со стороны камеры сгорания лежат все вместе в общей выходной плоскости. В этой форме выполнения основание факела касается пластины горелки только своими верхними зонами таким образом, что теплоотвод, охлаждающий факел через пластину горелки, в теплоотводящую среду возможен лишь в ограниченном объеме. Это также ограничивает стремление к как можно большей удельной нагрузке на горелку, если температура факела не должна превышать диапазон, опасный в плане образования NOx.

Преимущества изобретения Устройство согласно изобретению с отличительными признаками основного пункта формулы изобретения имеет преимущество по сравнению с указанным уровнем техники, заключающееся в том, что факел охлаждается в зоне своего основания через определенную поверхность, входящую внутрь выступающей зоны, таким образом, что становится возможной более высокая удельная нагрузка на горелку или пластину горелки.

С помощью признаков, приведенных в подпунктах, обеспечиваются предпочтительные формы дальнейшего развития предмета основного пункта формулы изобретения.

У теплообменников в водоподогревателях получается простое выполнение, если пластина горелки сконструирована из ребер из листовой стали, которые соединены друг с другом системой охлаждающих труб, через которые протекает теплоотводящая среда, и между которыми образуются каналы или промежутки для прохождения топливно-воздушной смеси.

В этом выполнении, оправдавшем себя на деле, особенно предпочтительно, если края определенных ребер из листовой стали со стороны камеры сгорания смещены назад по отношению к краям других ребер со стороны камеры сгорания. За счет этого получается особенно четко выраженное структурирование стенки пластины горелки со стороны камеры сгорания, при котором основание факела соприкасается увеличенными боковыми зонами с соседними ребрами и поэтому лучше охлаждается.

Четко выраженное структурирование пластины горелки можно обеспечить за счет того, что между каждыми двумя ребрами, не смещенными назад, имеется смещенное назад или укороченное ребро. Во время экспериментов выяснилось, что особенно предпочтительным является выполнение, при котором между каждыми двумя не смещенными назад ребрами из листовой стали расположены друг около друга два укороченных ребра.

При выполнении каналов в пластине горелки следует обращать внимание на то, чтобы они, по меньшей мере, на части длины имели ширину или диаметр, которая или который меньше, чем так называемое гасильное расстояние для того, чтобы не произошло обратного удара пламени. Для этой цели предлагается, чтобы на входной стороне пластины горелки имелся перфорированный лист или решетчатая структура, диаметр отверстий или размер ячеек в которой меньше, чем расстояние между ребрами.

Вместо выполнения пластины горелки в соответствии с ребристыми трубчатыми теплообменниками водоподогревателей ее можно выполнить также в виде основной пластины, снабженной пропускными отверстиями и соединенной с теплоотводящей системой труб, и множества штифтов, закрепленных на основной пластине, между которыми образуются каналы для прохождения топливно-воздушной смеси.

Кроме того, пластина горелки может иметь сотовую структуру и связанную с ней основную пластину, соединенную с теплоотводящей системой труб и пропускными отверстиями, сообщающимися с сотовой структурой. Для более сильного структурирования стенки сотовой структуры со стороны камеры сгорания предлагается выполнить ее путем установки укороченных насадок в отдельные ячейки.

Дальнейшее противодействие образованию вредных выделений NO_x можно оказать за счет того, что стенки каналов имеют каталитическое покрытие, по меньшей мере, в зоне их конечных участков со стороны камеры сгорания, обтекаемых топливно-воздушной смесью. В этом случае пластину горелки рассчитывают путем выбора соответствующих размеров или материала таким образом, что получается температура поверхности около 600^oС. Включение такой каталитической горелки в работу осуществляется обычным образом свободным зажиганием факела на ребрах или концах сотовых ячеек. После нагрева пластины горелки до рабочей температуры слоя катализатора факел втягивается обратно в каталитически работающую зону.

Если газовая горелка выбрана в качестве источника нагрева для водоподогревателя, можно пропустить воду, подлежащую нагреву, через систему труб, теплоотводяще соединенную с пластиной горелки, и система труб образует вместе с пластиной горелки теплообменный узел водоподогревателя. В этом случае можно выполнить теплообменник, работающий на газах сгорания горелки, меньшим, чем при выполнении с неохлаждаемой горелкой.

На чертеже схематически показаны три примера выполнения, более подробно поясняемые в нижеследующем описании. На фиг. 1 показан водоподогреватель с газовой горелкой согласно первому примеру выполнения, фиг. 2 - увеличенное изображение пластины газовой горелки по фиг. 1, и на фиг. 3 и 4 - формы выполнения пластины горелки согласно фиг. 2. На фиг. 5 и 6 показаны пластины горелки согласно второму и третьему примеру выполнения. На фиг. 7 показан вид сверху на пластину горелки по фиг. 6.

Описание примеров выполнения Водоподогреватель по фиг. 1 имеет газовую горелку 12, расположенную в корпусе 10, к которой давлением воздуходувки в направлении стрелки A подводится топливно-воздушная смесь. Ниже по потоку за газовой горелкой 12 в корпусе 10 расположен теплообменник 14 отходящих газов с системой 16 труб, через которую проходит вода, подлежащая нагреву. Система 16 труб через трубопровод 18 соединена со второй системой 20 труб, встроенных в газовую горелку 12. Ниже по потоку газовой горелки 12 закреплено воспламенительное устройство 22 для включения нагрева на корпусе 10.

Газовая горелка 12 имеет пластину 24 горелки, состоящую из ребер 26, 28 (фиг. 2) из листовой стали, имеющих различную длину. Ребра 26, 28 из листовой стали находятся в хорошем теплопроводящем контакте с системой 20 труб и соединены с ними с образованием жесткого конструктивного узла. Между ребрами 26, 28 из листовой стали имеются промежутки 30 для прохождения топливно-воздушной смеси. Ширина промежутков 30 меньше, чем так называемое гасильное расстояние, благодаря чему пламя не может перекинуться обратно на пластину 24 горелки или на смесительную зону, расположенную перед ним.

Пластина 24 горелки выполнена таким образом, что более короткие ребра 28 из листовой стали находятся между двумя более длинными ребрами 26 из листовой стали. При этом выбирается такое расположение, что края 32 более коротких ребер 28 из листовой стали смещены со стороны камеры сгорания назад относительно краев 34 более длинных ребер 26 из листовой стали. Вследствие этого на стенке пластины 24 горелки со стороны камеры сгорания получается сильно выраженное ступенчатое структурирование поверхности с широкими промежутками 36, которые сбоку ограничены участками 38 стенки более длинных ребер 26 из листовой стали.

После зажигания горелки смесь реагирует между или на лежащих по ходу потока краях 32, 34 ребер 26, 28 из листовой стали с образованием факела, причем теплота реакции попадает через ребра 26, 28 из листовой стали от основания факела к подлежащей нагреву воде в системе 20 труб. При этом основание факела охлаждается особенно хорошо, потому что сбоку оно имеет соприкосновение с участками 38 стенки ребер 26 из листовой стали. Газы сгорания, образующиеся на пластине 24 горелки во время реакции, протекают через теплообменник 14 отходящих газов, где они отдают тепло подлежащей нагреву воде в системе 16 труб. Измененной формой выполнения согласно фиг. 3 является пластина 40 горелки, у которой каждые два укороченных ребра 28 из листовой стали расположены между более длинными ребрами 26 из листовой стали. За счет этого получаются более широкие промежутки 42, которые особенно сильно структурируют стенку пластины 40 горелки со стороны камеры сгорания.

В другой измененной форме выполнения согласно фиг. 4 пластина 44 горелки собрана из ребер 46, 48 из листовой стали, имеющих разную длину, которые жестко соединены друг с другом с помощью охлаждающей системы 20 труб и концы которых со стороны камеры сгорания имеют каталитическое покрытие. На входной стороне пластина 44 горелки снабжена решетчатой структурой 50, у которой размер ячеек меньше, чем ширина промежутков между ребрами 46, 48 из листовой стали. Теплопроводность ребер 46, 48 из листовой стали регулируется габаритами и/или выбором материала в соответствии с мощностью горелки таким образом, чтобы температура их поверхности составляла, например, 600^oC. На ребрах 46, 48 из листовой стали происходит каталитическое сгорание, при котором еще больше по сравнению с выполнением без покрытия снижается образование вредных веществ.

Включение горелки осуществляется обычным образом, со свободно зажигающимся факелом на концах ребер 46, 48 из листовой стали со стороны камеры сгорания. После нагрева ребер 46, 48 из листовой стали до рабочей температуры слоя катализатора пламя втягивается обратно в каталитически работающую зону пластины 44 горелки.

На фиг. 5 пластина 52 горелки снабжена штифтами 54, 56 неодинаковой длины, образующими друг с другом каналы 58 для прохода топливно-воздушной смеси и более широкие промежутки 60 со стороны камеры сгорания для достаточного соприкосновения с основанием факела. Штифты 54, 56 закреплены на основной пластине 62, снабженной узкими проточными отверстиями 64 для топливно-воздушной смеси, и одновременно образуют теплопроводящее соединение с системой 66 труб, проводящей воду, которая проходит, например, в виде меандра по поверхности основной пластины 62.

Пример выполнения по фиг. 6 и 7 отличается от ранее описанных тем, что пластина 68 горелки состоит из основной пластины 62, соединенной с системой 66 труб и закрепленной на ней сотовой структуры 70. Она образована шестиугольными ячейками 72, соприкасающимися друг с другом без зазора, с полостями которых сообщаются проточные отверстия 64 основной пластины 62. Для более сильного структурирования стенки пластины 68 горелки со стороны камеры сгорания, как показано на фиг. 6 и 7 справа, полости отдельных ячеек 72 или части отдельных ячеек 72 сужены за счет предпочтительно насадок 74, также имеющих форму ячеек, закрепленных на основной пластине 62, которые выполнены короче, чем отдельные ячейки 72, и образующих уступ на стенке пластины горелки со стороны камеры сгорания.

Формула изобретения

1. Газовая горелка для нагревательных приборов, в частности, водоподогревателей, содержащая ребристую пластину горелки, имеющую множество каналов для прохождения топливно-воздушной смеси, которая нагревается на пластине горелки до температуры воспламенения и вступает в реакцию в зоне устьев каналов со стороны камеры сгорания с образованием факела, содержащая средства для охлаждения пластины горелки и ограничения температуры пламени до значения, при котором не превышается заданная граница выделения из горелки О, отличающаяся тем, что стенка пластины (24, 40, 44, 52, 68) горелки со стороны камеры сгорания выполнена так ступенчато структурированной, что края (32) определенных ребер (28, 48) пластины горелки (24, 40, 44, 52, 68) со стороны камеры сгорания смещены назад относительно краев (34) других ребер (26, 46) пластины горелки (24, 40, 44, 52, 68) со стороны камеры сгорания, причем между основанием факела, контактирующим с пластиной горелки и краями (32, 34) устьев каналов (30, 58), получаются поверхности соприкосновения, проходящие через выпуклые зоны основания факела также к их боковым зонам или в их боковые зоны.

2. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что между каждыми двумя ребрами (24, 46) расположены друг около друга два более коротких ребра (28, 48) из листовой стали.

3. Газовая горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что пластина (24, 40, 44) горелки выполнена из ребер (26, 28, 46, 48) из листовой стали, которые соединены друг с другом системой (20) охлаждающих труб с протекающей теплоотводящей средой и ограничивают каналы или промежутки (30) для прохождения топливно-воздушной смеси.

4. Газовая горелка по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на стороне входа потока на пластину (44, 52, 68) горелки расположена решетчатая структура или перфорированный лист (50, 62), размер ячеек или диаметр отверстий в которых меньше, чем расстояние между ребрами.

5. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что пластина горелки (52) состоит из соединенной с системой труб (66), отводящих тепло, и снабженной проточными отверстиями (64) основной пластины (62) и из множества штифтов (54, 56), которые образуют между собой каналы (58) для протекания топливно-воздушной смеси.

6. Газовая горелка по п.1, отличающаяся тем, что пластина (68) горелки выполнена с сотовой структурой (70) и соединенной с ней основной пластиной (62), которая связана с теплоотводящей системой (66) труб и снабжена проточными отверстиями (64), сообщающимися с каналами сотовой структуры (70).

7. Газовая горелка по п.5, отличающаяся тем, что стенка сотовой структуры (70) со стороны камеры сгорания выполнена ступенчатой за счет укороченных насадок (74) в ее отдельных ячейках (72).

8. Газовая горелка по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что стенки каналов для протекающей топливно-воздушной смеси по меньшей мере в зоне их конечных участков со стороны камеры сгорания имеют каталитическое покрытие.

9. Газовая горелка по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что через систему (20, 66) труб, теплопроводяще соединенную с пластиной (24, 40, 44, 52, 58) горелки, протекает вода, подлежащая нагреву, в качестве теплопроводящей среды, и система труб образует с пластиной горелки теплообменный узел водоподогревателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7