Горелка

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение эффективности сжигания топлива и снижение содержания токсичных веществ в выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов. Указанный технический результат достигается тем, что в горелке, содержащей цилиндрический корпус, ограниченный торцовой стенкой и фланцем для крепления горелки к теплообменнику, установленную в корпусе камеру сгорания, ограниченную периферийной цилиндрической стенкой и стабилизатором горения топливно-воздушной смеси, патрубок для подачи воздуха в полость корпуса, установленный с тангенциальным направлением к цилиндрической поверхности корпуса, сопло с радиальными отверстиями в стенке и фланцем на торце со стороны входного отверстия, рассекатель газовых потоков, расположенный перед выходным отверстием сопла, запальную свечу, установленную в полости втулки с отверстием в стенке для подачи воздуха в полость втулки, последняя соединена с трубопроводом подачи топлива к испарителю, установленному во втулке и сопряженному с основным испарителем топлива, расположенным на фланце сопла и периферийной цилиндрической стенке с запальным отверстием, согласно изобретению перед камерой сгорания расположена форкамера, ограниченная периферийной цилиндрической стенкой, фланцем сопла и диафрагмой, выполненной с отверстием, большим диаметра рассекателя газовых потоков и сообщающим форкамеру с камерой сгорания, в которой расположены вышеупомянутые основной испаритель топлива с запальным отверстием, сопло с радиальными отверстиями в стенке и рассекатель газовых потоков. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств.

Известно горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха, на боковой поверхности которого выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла одинаковых по количеству и симметрично размещенных продольных щелевых отверстий, причем каждое отверстие верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, размещенной как на цилиндрической, так и на торцевой ограничительных стенках топочный камеры, с внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура, штуцер для установки свечи, жаровую трубу и стабилизатор пламени. Сопло подачи воздуха выполнено в виде цилиндра или усеченного конуса с многорядными продольными щелевыми отверстиями, у края которых на пути истечения воздушных струй размещены направляющие лопасти, причем у части рядов щелевых отверстий направляющие лопасти расположены на внешней поверхности сопла, а у остальных на внутренней (Патент на изобретение RU №2200904 С1. Горелочное устройство. МПК₇ F23D 5/06. - 20.03.2003). Недостатком известного горелочного устройства является сложность конструкции из-за наличия в нем неподвижного механического завихрителя и специального формирователя вихревых потоков на испарителе камеры сгорания, снижающие эффективность работы горелочного устройства.

Известна испарительная горелка для нагревателя, содержащая камеру сгорания, ограниченную периферийной цилиндрической стенкой с торцовым фланцем, коаксиальным камере сгорания, сопряженной с трубой для подачи воздуха с радиальными выходами воздуха и соплом, выполненными в трубе для аксиальной рециркуляции выхлопного газа через сопло и подачи воздуха из системы подачи воздуха в закрученный поток относительно центральной оси завихрения, и жаровую трубу, ограниченную периферийной цилиндрической стенкой, которая сопряжена с периферийной цилиндрической стенкой камеры сгорания торцами, разделенные стабилизатором горения топливно-воздушной смеси, испаритель, установленный коаксиально камере сгорания на внутренней стороне периферийной цилиндрической стенки, втулку с запальной свечой и испарителем, последний установлен коаксиально втулке на внутренней стороне и сопряжен с трубопроводом подачи топлива, в котором выполнены отверстия для подачи воздуха и для факела розжига топливно-воздушной смеси в камеру сгорания, трубой с радиальными отверстиями и соплом на торце с одной стороны, сообщающиеся с камерой сгорания, и отверстием с другого торца, сообщающимся с системой подачи воздуха (Патент на изобретение DE №19529994 А1. Испарительная горелка для нагревателя. МПК₇ F23D 5/00, F23D 5/12. - 15.05.1996). Недостатком известного технического решения является низкая надежность воспламенения, приводящая к неполному сгоранию топлива.

Наиболее близким аналогом по технической сущности, принятой за прототип, является горелка для подогревателя двигателя внутреннего сгорания, содержащая цилиндрический корпус, направляющий аппарат для воздуха, соединенный с камерой сгорания, установленной в цилиндрическом корпусе, рассекатель, свечу, установленную во втулке свечи, соединенной с камерой сгорания и с топливным штуцером. В горелке выполнен обводной канал для воздуха, соединяющий переднюю полость цилиндрического корпуса и внутреннюю полость втулки свечи через отверстие в цилиндрическом корпусе и отверстие во втулке свечи, а рассекатель расположен внутри камеры сгорания перед выходом из нее. (Патент на полезную модель RU №27676 U1. Горелка. МПК₇ F23D 5/00. - 10.02.2003).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая эффективность горелки из-за неполного сгорания топлива в камере сгорания, приводящее к выбросу в атмосферу газов с большим содержанием токсичных веществ, а также наличие в нем завихрителя потоков воздуха в камере сгорания и обводного канала для воздуха, соединяющего полости цилиндрического корпуса и втулки для свечи, усложняющих конструкцию горелки.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции горелки и обеспечение полноты сжигания топлива в горелке и снижение содержания токсичных веществ в выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является повышение эффективности сжигания топлива и снижение содержания токсичных веществ в выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов за счет улучшения перемешивания топливно-воздушной смеси и упрощение конструкции горелки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной горелке, содержащей цилиндрический корпус, ограниченный торцовой стенкой и фланцем для крепления горелки к теплообменнику, установленную в корпусе камеру сгорания, ограниченную периферийной цилиндрической стенкой и стабилизатором горения топливно-воздушной смеси, патрубок для подачи воздуха в полость корпуса, установленный с тангенциальным направлением к цилиндрической поверхности корпуса, сопло с радиальными отверстиями в стенке и фланцем на торце со стороны входного отверстия, рассекатель газовых потоков, расположенный перед выходным отверстием сопла, запальную свечу, установленную в полости втулки с отверстием в стенке для подачи воздуха в полость втулки, последняя соединена с трубопроводом подачи топлива к испарителю, установленному во втулке и сопряженному с основным испарителем топлива, расположенным на фланце сопла и периферийной цилиндрической стенке с запальным отверстием, согласно предложенному техническому решению перед камерой сгорания расположена форкамера, ограниченная периферийной цилиндрической стенкой, фланцем сопла и диафрагмой, выполненной с отверстием, большим диаметра рассекателя газовых потоков и сообщающим форкамеру с камерой сгорания, в которой расположены вышеупомянутые основной испаритель топлива с запальным отверстием, сопло с радиальными отверстиями в стенке и рассекатель газовых потоков;

за стабилизатором пламени горения топливно-воздушной смеси к камере сгорания присоединена жаровая труба;

на внутренней стенке втулки для запальной свечи со стороны ее торца, сопряженного с цилиндрической стенкой форкамеры, выполнен уступ, образующий с испарителем круговую полость, сообщающуюся с трубопроводом подачи топлива, установленным на втулке с тангенциальным направлением к цилиндру уступа на внутренней стороне втулки;

она дополнительно снабжена системой контроля за горением топливно-воздушной смеси;

в торцовой стенке цилиндрического корпуса выполнено, по крайней мере, одно окно, перед которым установлен фотодатчик, а в центре рассекателя газовых потоков выполнено отверстие для регистрации фотодатчиком пламени горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной горелки, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 показана схема горелки, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А; на фиг.3 - схема подвода топлива через патрубок в кольцевую полость втулки с испарителем и запальной свечой, разрез Б-Б.

Горелка содержит цилиндрический корпус 1 с полостью 2, ограниченной торцовой стенкой 3 и фланцем 4 для крепления горелки к теплообменнику, форкамеру 5 и камеру сгорания 6, ограниченные периферийной цилиндрической стенкой 7. В форкамере 5 расположены сопло 8 с радиальными отверстиями 9 в стенке и фланцем 10 на торце со стороны входного отверстия, основной испаритель 11 топлива, расположенный с угловым переходом на фланце 10 и цилиндрической стенке 7, и рассекатель 12 газовых потоков, установленный между выходным отверстием сопла 8 и диафрагмой 13, разделяющей форкамеру 5 с камерой сгорания 6 и выполненной с отверстием 14 диаметром, большим диаметра рассекателя 12 газовых потоков, сообщающим форкамеру 5 с камерой сгорания 6, последняя с противоположной стороны ограничена стабилизатором 15 горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания 6, к которому присоединена жаровая труба 16 диаметром, равным диаметру периферийной цилиндрической стенки 7 камеры сгорания 6. Основной испаритель 11 на периферийной цилиндрической стенке 7 выполнен с запальным отверстием 17, перед которым установлена запальная свеча 18, расположенная в полости 19 втулки 20, последняя выполнена с отверстием 21 в стенке втулки 20 для подачи воздуха из полости 2 цилиндрического корпуса 1 в полость 19 с запальной свечой 18 (Фиг.1). Для подачи воздуха в полость 2 корпуса 1 на последнем установлен сообщающийся с полостью 2 патрубок 22 с тангенциальным направлением к цилиндрической поверхности корпуса 1, ось 23 которого совмещена с плоскостью 24, расположенной между втулкой 20 и фланцем 4, с возможностью максимального охлаждения фланца 4 и, соответственно, подогрева от него воздуха, нагнетаемого из патрубка 22 с завихрением в полости корпуса 1 через сопло 8 в форкамеру 5 и через отверстие 21 в полость втулки 20 с запальной свечой 18 (Фиг.2). Втулка 20 соединена с трубопроводом 25 подачи топлива в круговую полость 26, которая образована уступом, выполненным на внутренней стенке втулки 20 со стороны торца, сопряженной с цилиндрической стенкой 7 форкамеры 5, и испарителем 27, контактирующим с основным испарителем 11 в форкамере 5. Трубопровод 25 подачи топлива установлен на втулке 20 с тангенциальным направлением к цилиндру круговой полости 26 с возможностью кругового наружного обмывания топливом испарителя 27 (Фиг.3). Горелка может быть дополнительно снабжена системой контроля за горением топливно-воздушной смеси, для чего в торцовой стенке 3 цилиндрического корпуса 1 выполнено, по крайней мере, одно окно 28, перед которым установлен фотодатчик (условно не показан), а в центре рассекателя 12 выполнено отверстие 29 для регистрации фотодатчиком пламени горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания 6.

Предложенная горелка работает следующим образом.

В момент запуска горелки включают подачу воздуха под давлением через патрубок 22, которым сначала продувают полость 2 в корпусе 1, форкамеру 5, камеру сгорания 6, жаровую трубу 16 через сопло 8 с радиальными отверстиями 9 и полость 19 втулки 20 с запальной свечой 18 через запальное отверстие 21 с выходом воздуха в форкамеру 5 через запальное отверстие 17, затем включают запальную свечу 18. После этого под давлением подают топливо в круговую полость 26 втулки 20 с испарителем 27 по трубопроводу 25, сопряженному с втулкой 20 тангенциальным направлением к цилиндру круговой полости 26, обеспечивающим круговое наружное обмывание топливом испарителя 27. С заполнением топливом полости 26 происходит наполнение пор испарителя 27 и контактирующего с ним основного испарителя 11 в форкамере 5. Выступающее из испарителя 27 со стороны запальной свечи 18 топливо сдувается воздушным потоком из полости 19 и смешиваясь с воздухом переносится в сторону запального отверстия 21, где образованная топливно-воздушная смесь воспламеняется нагретой запальной свечой 18 и пламенем выбрасывается в форкамеру 5. Воздух, поступающий под давлением в полость 2 цилиндрического корпуса 1 по патрубку 22, за счет тангенциального направления патрубка 22 к цилиндрической поверхности корпуса 1, потоком закручивается в полости 2 вокруг цилиндрического корпуса 1 и вихрем заносится в сопло 8. Затем поток воздуха с завихрением через радиальные отверстия 9 поступает в форкамеру 5 и выходное отверстие сопла 8 растекаясь в разные стороны с помощью рассекателя 12 поступает через отверстие 14 диафрагмы 13 в камеру сгорания 6. Поступивший в форкамеру 5 поток воздуха из сопла 8 через радиальные отверстия 9 продолжает вихрем перемещаться вдоль основного испарителя 11 топлива, расположенного на фланце 10 сопла 8 и периферийной цилиндрической стенке 7 форкамеры 5, захватывает тем самым с поверхности основного испарителя 11 пары испарившегося топлива, смешиваясь между собой образуют топливно-воздушную смесь, которая воспламеняется от пламени, выбрасываемого через запальное отверстие 17 в форкамеру 5 из втулки 20 с запальной свечой 18. Воспламенившаяся топливно-воздушная смесь вихрем перемещается через отверстие 14 диафрагмы 13 в камеру сгорания 6, дополнительно смешиваясь с закрученным воздушным потоком, поступающим из выходного отверстия сопла 8 и рассекаемый рассекателем 12 через отверстие 14 диафрагмы 13 в камеру сгорания 6, в которой происходит горение обогащенной воздухом топливно-воздушной смеси, управляемое стабилизатором 15. Закрученный поток воздуха, поступающий под давлением в полость 2 цилиндрического корпуса 1 из патрубка 22 с тангенциальным направлением к цилиндрической поверхности корпуса 1, с одной стороны, обмывает фланец 4, тем самым охлаждает его, а с другой, - поступивший в камеру сгорания 6 закрученный поток воздуха, соответственно, сам подогревается от горячих стенок фланца 4 и камеры сгорания 6. Полученный после смешения и сгорания топливно-воздушной смеси горячий поток газов перемещается в жаровую трубу 16, в которой происходит догорание остатков недогоревшей топливно-воздушной смеси. Возможность снабжения горелки системой контроля за горением топливно-воздушной смеси в камере сгорания 6 путем установки в окне 28 торцовой стенки 3 цилиндрического корпуса 1 фото датчика и выполнением в центре рассекателя 12 отверстия 29 позволит регистрировать фотодатчиком наличие пламени горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания 6.

Предложенная конструкция горелки позволяет значительно повысить эффективность отопительных устройств с использованием жидкого топлива, например, на транспортных средствах.

1. Горелка, содержащая цилиндрический корпус, ограниченный торцовой стенкой и фланцем для крепления горелки к теплообменнику, установленную в корпусе камеру сгорания, ограниченную периферийной цилиндрической стенкой и стабилизатором горения топливно-воздушной смеси, патрубок для подачи воздуха в полость корпуса, установленный с тангенциальным направлением к цилиндрической поверхности корпуса, сопло с радиальными отверстиями в стенке и фланцем на торце со стороны входного отверстия, рассекатель газовых потоков, расположенный перед выходным отверстием сопла, запальную свечу, установленную в полости втулки с отверстием в стенке для подачи воздуха в полость втулки, последняя соединена с трубопроводом подачи топлива к испарителю, установленному во втулке и сопряженному с основным испарителем топлива, расположенным на фланце сопла и периферийной цилиндрической стенке с запальным отверстием, отличающаяся тем, что перед камерой сгорания расположена форкамера, ограниченная периферийной цилиндрической стенкой, фланцем сопла и диафрагмой, выполненной с отверстием, большим диаметра рассекателя газовых потоков и сообщающим форкамеру с камерой сгорания, в которой расположены вышеупомянутые основной испаритель топлива с запальным отверстием, сопло с радиальными отверстиями в стенке и рассекатель газовых потоков.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что за стабилизатором пламени горения топливно-воздушной смеси к камере сгорания присоединена жаровая труба.

3. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней стенке втулки для запальной свечи со стороны ее торца, сопряженного с цилиндрической стенкой форкамеры, выполнен уступ, образующий с испарителем круговую полость, сообщающуюся с трубопроводом подачи топлива, установленным на втулке с тангенциальным направлением к цилиндру уступа на внутренней стороне втулки.

4. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена системой контроля за горением топливно-воздушной смеси.

5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что в торцовой стенке цилиндрического корпуса выполнено, по крайней мере, одно окно, перед которым установлен фотодатчик, а в центре рассекателя газовых потоков выполнено отверстие для регистрации фотодатчиком пламени горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания.