Мобильное, работающее на жидком топливе отопительное устройство
Владельцы патента RU 2573725:
ВЕБАСТО СЕ (DE)
Изобретение относится к области энергетики. Мобильное, работающее на жидком топливе отопительное устройство содержит камеру (2) сгорания, которая имеет вход (3) для воздуха сгорания, при этом камера (2) сгорания имеет примыкающий ко входу (3) для воздуха сгорания расширяющийся участок (20), поперечное сечение которого увеличивается с увеличением расстояния от входа (3) для воздуха сгорания, и в котором во время работы воздух сгорания реагирует с топливом со сгоранием с образованием пламени; подачу топлива, которая расположена так, что топливо подается в расширяющийся участок (20); и направляющее воздух приспособление (6), которое предназначено для направления воздуха сгорания с проходящей в окружном направлении составляющей потока в расширяющийся участок (20) так, что в расширяющемся участке (20) образуется осевая зона рециркуляции, в которой газы текут противоположно основному направлению (Н) потока в направлении входа (3) для воздуха сгорания, при этом подача топлива имеет форсунку (15) для впрыска топлива на входе (3) для воздуха сгорания. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность отопительного устройства. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Данное изобретение относится к мобильному, работающему на жидком топливе отопительному устройству.
Под «мобильным отопительным устройством» в данном контексте понимается отопительное устройство, которое предназначено и соответственно выполнено для мобильного применения. Это означает, в частности, что оно выполнено с возможностью транспортировки (возможно, установлено неподвижно в транспортном средстве или лишь расположено в нем для транспортировки) и не предназначено исключительно для длительного, стационарного использования, как это предусмотрено, например, для отопления здания. При этом мобильное отопительное устройство может быть также установлено неподвижно в транспортном средстве (наземном транспортном средстве, судне и т.д.), в частности, наземном транспортном средстве. В частности, оно может быть предусмотрено для отопления внутреннего пространства транспортного средства, такого как, например, наземное, водное или воздушное транспортное средство, а также частично открытого пространства, как, например, на судах, в частности, яхтах. Мобильное отопительное устройство можно также временно использовать стационарно, как, например, в больших палатках, контейнерах (например, строительных контейнерах) и т.д. Согласно одной предпочтительной модификации, мобильное отопительное устройство выполнено в виде отопителя независимого действия или дополнительного отопителя для наземного транспортного средства, такого как, например, жилой фургон, жилой автомобиль, автобус, легковой автомобиль и т.д.
Мобильные отопительные устройства часто используются, например, в качестве отопительных устройств для отопления транспортного средства. При применениях в транспортном средстве такие мобильные отопительные устройства используются, например, в качестве дополнительных отопителей, которые при работающем приводном двигателе транспортного средства поставляют дополнительное тепло, или в качестве отопителей независимого действия, которые могут поставлять тепло как при работающем, так и не работающем приводном двигателе. В таких мобильных отопительных устройствах требуется, чтобы они, с одной стороны, обеспечивали возможность работы с небольшой мощностью отопления вплоть до примерно 1 кВт и, с другой стороны, имели, возможно, больший диапазон отопительной мощности, так что в зависимости от потребности обеспечивается возможность поставки очень различной отопительной мощности. В частности, для некоторых применений желательна также отопительная мощность свыше 15 кВт, например, свыше 20 кВт.
Обычно в мобильных отопительных устройствах используются горелки, которые снабжены в камере сгорания конструктивными элементами для стабилизации пламени, такими как, в частности, места сужения, поджатия или другие действующие в зоне пламени и отходящих горячих газов конструктивные элементы, с целью обеспечения, возможно, более стабильной работы при разных отопительных мощностях. Такие конструктивные элементы подвергаются при работе мобильного отопительного устройства особенно большим нагрузкам и часто образуют компоненты, которые ограничивают срок службы мобильного отопительного устройства.
Задачей данного изобретения является создание улучшенного мобильного, работающего на жидком топливе отопительного устройства.
Задача решена с помощью мобильного, работающего на жидком топливе отопительного устройства, согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Мобильное отопительное устройство имеет: камеру сгорания, которая имеет вход для воздуха сгорания, при этом камера сгорания имеет по меньшей мере один примыкающий к входу для воздуха сгорания расширяющийся участок, поперечное сечение которого увеличивается с увеличением расстояния от входа для воздуха сгорания, и в котором во время работы воздух сгорания реагирует с топливом со сгоранием с образованием пламени; подачу (подвод) топлива, которая расположена так, что топливо подается в расширяющийся участок; и направляющее воздух приспособление, которое предназначено для направления воздуха сгорания с проходящей в окружном направлении составляющей потока в расширяющийся участок так, что в расширяющемся участке образуется осевая зона рециркуляции, в которой газы текут противоположно основному направлению потока в направлении входа для воздуха сгорания. Подача топлива имеет форсунку для впрыска топлива на входе для воздуха сгорания.
Под камерой сгорания понимается в данном случае зона пространства отопительного устройства, в которой происходит реакция топлива с воздухом сгорания с образованием пламени. В частности, в рамках данного описания название «камера сгорания» не означает окружающую эту зону пространства стенку, которая может быть образована, например, с помощью нескольких компонентов. При этом сгорание с образованием пламени происходит также по меньшей мере в расширяющемся участке, а не только в находящейся от него ниже по потоку зоне камеры сгорания. С помощью направляющего воздух приспособления, которое входящий во вход для воздуха сгорания воздух так сильно снабжает проходящей в окружном направлении составляющей потока (т.е. сильным завихрением), что в расширяющемся участке образуется осевая зона рециркуляции, в которой газы проходят противоположно основному направлению потока в направлении входа для воздуха сгорания, достигается обедненное вредными веществами и стабильное сгорание, при котором обеспечивается возможность работы в большом диапазоне отопительной мощности, без необходимости дополнительных стабилизирующих пламя конструктивных элементов, которые выступают в камеру сгорания. На основании указанного геометрического выполнения и образования зоны рециркуляции достигается, что пламя также при различных отопительных мощностях, т.е. различных массовых потоках топлива и воздуха сгорания, всегда стабильно распространяется, исходя из расширяющегося участка. Таким образом, пламя стабилизируется в самой камере сгорания. Образование зоны рециркуляции достигается простым образом за счет того, что расширяющийся участок расширяется достаточно сильно, например, с половинным углом конуса по меньшей мере 20°, и подаваемый воздух сгорания снабжается достаточно большой, проходящей в окружном направлении составляющей потока, в частности, коэффициентом завихрения, равным по меньшей мере 0,6. Поскольку форсунка для впрыска топлива предусмотрена у входа для воздуха сгорания, можно с помощью мобильного отопительного устройства надежно поставлять также большие отопительные мощности свыше 15 кВт, в частности, свыше 20 кВт.
Согласно одной модификации, форсунка расположена относительно осевого направления отопительного устройства так, что топливо подается на входе для воздуха сгорания радиально внутри воздуха сгорания. В этом случае обеспечивается возможность особенно симметричного выполнения горелки мобильного отопительного устройства, и лежащая радиально снаружи зона находится в распоряжении для других компонентов.
Согласно одной модификации, подача топлива имеет по меньшей мере один испарительный элемент для испарения жидкого топлива. В отличие от подачи топлива, которая имеет исключительно форсунку для впрыска топлива, использование испарительного элемента обеспечивает также при низких отопительных мощностях меньше 1 кВт, т.е. при небольших массовых потоках топлива и воздуха сгорания, стабильную работу мобильного отопительного устройства. Кроме того, за счет этого обеспечивается возможность стабильной работы также в случае образования пузырьков воздуха в подающем топливопроводе, поскольку испарительный элемент действует в качестве буфера. Дополнительно к этому, испарительный элемент обеспечивает возможность применения различных жидких топлив, поскольку за счет испарительного элемента смягчается действие различных температур кипения и энтальпий испарения. За счет комбинации форсунки и испарительного элемента достигается большой диапазон отопительной мощности. Кроме того, например, при кратковременном прерывании подачи топлива в форсунку, которое может возникать, например, за счет воздушных пузырей, с помощью накапливающего топливо испарительного элемента может продолжаться подача топлива, что надежно предотвращает гашение пламени. Испарительный элемент предпочтительно расположен так, что выходящее из испарительного элемента топливо подается на входе для воздуха сгорания в расширяющийся участок, поскольку в этом случае происходит особенно предпочтительное предварительное смешивание топлива и воздуха сгорания в расположенной у входа для воздуха сгорания зоне расширяющегося участка.
Согласно одной модификации, предусмотрен топливопровод для подачи топлива к испарительному элементу. В этом случае испарительный элемент может надежно снабжаться топливом, так что, например, для поставки небольших отопительных мощностей может осуществляться режим, при котором топливо подается исключительно через испарительный элемент.
Согласно одной модификации, по меньшей мере один испарительный элемент расположен так, что он по меньшей мере частично окружает вход для воздуха сгорания. В этом случае достигается симметричная подача испаряемого топлива, так что достигается особенно гомогенное перемешивание воздуха сгорания и топлива, которое обеспечивает возможность сгорания с небольшим выбросом вредных веществ. Когда по меньшей мере один испарительный элемент кольцеобразно окружает вход для воздуха сгорания, то обеспечивается возможность особенно симметричной подачи испаряемого топлива.
Согласно одной модификации, по меньшей мере один испарительный элемент термически соединен с расширяющимся участком. В этом случае процесс испарения жидкого топлива в и на испарительном элементе поддерживается теплом пламени в расширяющемся участке. На основании указанного выполнения камеры сгорания при большой отопительной мощности, когда требуется большой массовый поток топлива, в испарительный элемент вносится больше тепла для испарения топлива, а при низкой отопительной мощности, т.е. при небольшом массовом потоке топлива, соответственно, вносится меньше тепла. При еще более высокой отопительной мощности можно надежно поддерживать необходимый массовый поток через форсунку. При этом испарительный элемент может быть закрыт, например, в направлении камеры сгорания крышкой (перекрытием), предпочтительно стальным листом, который образует стенку расширяющегося участка. При этом перенос тепла к испарительному элементу может осуществляться за счет теплопроводности через стальной лист. На основании указанного выполнения камеры сгорания, которое обеспечивает надежное удерживание пламени в расширяющемся участке, перенос тепла от пламени в стенку расширяющегося участка происходит надежно также при различных отопительных мощностях. При этом этот перенос тепла происходит в основном за счет конвекции. Поскольку на основании выполнения камеры сгорания на стенке расширяющегося участка стабильно образуются завихрения, то в широком диапазоне, в частности, при низких отопительных мощностях, надежно происходит требуемый для испарения перенос тепла на испарительный элемент.
Согласно одной модификации, испарительный элемент частично закрыт крышкой, так что в незакрытой зоне образуется участок выхода топлива. В этом случае может надежно достигаться то, что жидкое топливо равномерно распределяется в испарительном элементе, так что весь испарительный элемент используется для испарения топлива, и подавляется образование отложений в испарительном элементе. При этом подача топлива к испарительному элементу предпочтительно происходит в отдаленной от участка выхода топлива зоне испарительного элемента, в которой испарительный элемент закрыт с помощью крышки. Если крышка образует стенку расширяющегося участка, то за счет выполнения крышки, в частности, относительно материала и толщины стенки, можно просто устанавливать желаемый ввод тепла в испарительный элемент.
Когда выходной участок для топлива расположен у входа для воздуха сгорания, то может происходить особенно надежное перемешивание воздуха сгорания и испаренного топлива.
Согласно одной модификации, испарительный элемент расположен так, что испаренное топливо выходит с противоположной основному направлению потока составляющей направления. В этом случае достигается особенно эффективное перемешивание воздуха сгорания и топлива непосредственно на входе для воздуха сгорания. При этом топливо при выходе может иметь также другие составляющие направления, в частности, радиальную составляющую направления в направлении продольной оси камеры сгорания.
Согласно одной модификации, расширяющийся участок имеет непрерывно расширяющееся поперечное сечение. При этом он может быть выполнен, в частности, с расширением в виде конуса. За счет выполнения с непрерывно расширяющимся поперечным сечением могут быть исключены нежелательные угловые завихрения, которые могут образовываться при скачкообразно расширяющемся поперечном сечении. В частности, завихренный поток смеси топлива и воздуха сгорания может надежно удерживаться при этом у стенки расширяющегося участка.
Согласно одной модификации, расширяющийся участок расширяется с углом раскрыва по меньшей мере 20°. В этом случае обеспечивается выполнение расширяющегося участка, которое действует струйно-механически как прерывистое расширение поперечного сечения. Во взаимодействии с проходящей в окружном направлении составляющей потока достигается надежное закрепление пламени в расширяющемся участке также при больших отопительных мощностях.
Согласно одной модификации, направляющее воздух приспособление выполнено так, что воздух сгорания с коэффициентом завихрения по меньшей мере 0,6 направляется в расширяющийся участок. Коэффициент завихрения (SN) является интегральной величиной, которая указывает отношение тангенциального импульсного потока к осевому импульсному потоку. При коэффициенте завихрения по меньшей мере 0,6 надежно получается полностью сформированная зона рециркуляции. Предпочтительно, отопительное устройство может быть выполнено так, что воздух сгорания направляется во вход для воздуха сгорания со скоростями потока, которые выше возникающих в камере сгорания турбулентных скоростей пламени. В этом случае надежно обеспечивается то, что непосредственно у входа для воздуха сгорания не может образовываться пламя, так что предотвращается обратное горение пламени к подаче топлива. Кроме того, тем самым достигается, что в находящейся вблизи входа для воздуха сгорания зоне расширяющегося участка, в которой не может образовываться пламя, происходит эффективное предварительное смешивание топлива и воздуха сгорания.
Согласно одной модификации, камера сгорания имеет на всем протяжении свободное для потока поперечное сечение. При этом под свободным на всем протяжении для потока поперечным сечением понимается, что не предусмотрены создающие препятствия потоку в радиальном направлении камеры сгорания конструктивные элементы, такие как экраны для пламени, сужения или т.п. В этом случае в камере сгорания не предусмотрены компоненты, которые в обычных отопительных устройствах на основании высокой нагрузки во время работы часто ограничивают срок службы, так что может быть создано отопительное устройство с продолжительным сроком службы. Следует отметить, что требуемые для работы компоненты, такие как, в частности, элементы зажигания и/или датчики, которые оказывают лишь незначительное влияние на поток, могут выступать в камеру сгорания. Предпочтительно, камера сгорания может иметь с примыканием к расширяющемуся участку участок по существу с остающимся одинаковым поперечным сечением. В этом случае в камере сгорания можно устанавливать особенно предпочтительные соотношения потоков. При этом участок по существу с остающимся постоянным поперечным сечением может быть образован, в частности, с помощью по меньшей мере по существу цилиндрической стенки камеры сгорания.
Другие преимущества и модификации следуют из приведенного ниже описания примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - разрез горелки мобильного отопительного устройства, согласно первому варианту выполнения;
фиг. 2 - горелка из фиг. 1 в изометрической проекции;
фиг. 3 - направляющее воздух приспособление при горелке, согласно фиг. 1, в изометрической проекции;
фиг. 4 - корпус, который окружает показанное на фиг. 3 направляющее воздух приспособление;
фиг. 5 - испарительный элемент в первом варианте выполнения;
фиг. 6 - разрез горелки мобильного отопительного устройства, согласно второму варианту выполнения;
фиг. 7 - разрез горелки мобильного отопительного устройства, согласно третьему варианту выполнения.
Первый вариант выполнения
Ниже приводится описание первого варианта выполнения со ссылками на фиг. 1-5.
В первом варианте выполнения мобильное, работающее на жидком топливе охлаждающее устройство выполнено, в частности, в качестве отопителя независимого действия или дополнительного отопителя для транспортного средства, в частности, наземного транспортного средства. На фигурах показана лишь горелка 1 мобильного отопительного устройства. Мобильное отопительное устройство имеет, наряду с изображенной горелкой 1, в частности, само по себе известным образом теплообменник для переноса тепла на подлежащую нагреванию среду, такую как, в частности, жидкость в контуре циркуляции жидкости транспортного средства, или подлежащий нагреванию воздух. При этом теплообменник может, например, само по себе известным образом окружать в виде горшка горелку 1. Кроме того, мобильное отопительное устройство имеет по меньшей мере одно подающее топливо приспособление, которое может быть образовано, в частности, с помощью топливного насоса, подающее воздух сгорания приспособление, которое может иметь, например, нагнетатель воздуха, и по меньшей мере один управляющий блок для управления мобильным отопительным устройством.
Ниже приводится более подробное описание горелки 1 мобильного отопительного устройства со ссылками на фиг. 1-5. Горелка 1 имеет камеру 2 сгорания, в которой при работе мобильного отопительного устройства сжигается топливо с воздухом сгорания с образованием пламени. На фиг. 1 схематично показан разрез горелки 1, при этом плоскость разреза выбрана так, что продольная ось Z горелки 1 лежит в плоскости разреза. Горелка 1 выполнена относительно продольной оси Z по существу ротационно-симметричной. Камера 2 сгорания имеет вход 3 для воздуха сгорания, через который во время работы в камеру 2 сгорания подается воздух сгорания.
Непосредственно с примыканием ко входу 3 для воздуха сгорания камера 2 сгорания имеет расширяющийся участок 20, поперечное сечение которого увеличивается с увеличением расстояния от входа 3 для воздуха сгорания. В показанном варианте выполнения расширяющийся участок ограничен конической стенкой, которая образована крышкой 4, более подробное описание которой будет приведено ниже. В основном направлении Н потока к конической стенке расширяющегося участка 20 примыкает по существу цилиндрическая стенка 5, так что камера 2 сгорания с примыканием к расширяющемуся участку 20 имеет участок 21 по существу с остающимся постоянным поперечным сечением. При этом соотношения размеров выбраны так, что отношение V между наружным диаметром DL направляющего воздух приспособления 6 и диаметром DK участка 21 камеры 2 сгорания меньше или равно 0,5 (V=DL/DK и V≤0,5).
Расширяющийся участок 20 расширяется с углом раскрыва по меньшей мере 20°. При этом угол раскрыва является углом, который образован между стенкой расширяющегося участка 20 и продольной осью Z. В показанном варианте выполнения угол раскрыва составляет, например, между 60° и 70°. Камера 2 сгорания имеет в целом свободное проточное поперечное сечение, так что в камеру 2 сгорания не выступают по сторонам создающие препятствия для свободного прохождения потока компоненты, так что газовые потоки в камере 2 сгорания могут устанавливаться в соответствии с геометрией расширяющегося участка 20 и примыкающего участка 21, как будет более подробно пояснено ниже.
Перед входом 3 для воздуха сгорания предусмотрено направляющее воздух приспособление 6, которое предназначено для ввода воздуха сгорания с проходящей в окружном направлении составляющей потока в расширяющийся участок. При этом направляющее воздух приспособление 6 выполнено так, что воздух сгорания получает очень большое завихрение. Направляющее воздух приспособление 6 выполнено так, что воздух вводится во вход 3 для воздуха сгорания с коэффициентом завихрения по меньшей мере 0,6. При этом горелка 1 выполнена так, что в направляющем воздух приспособлении 6 возникает падение давления в диапазоне между 2 мбар и 20 мбар. Более подробное описание направляющего воздух приспособления 6 приведено ниже со ссылками на фиг. 3 и 4.
В первом варианте выполнения направляющее воздух приспособление 6 имеет примерно кольцеобразную форму и снабжено на наружной стороне проходящими по спирали направляющими лопастями 60, между которыми образованы проходящие также по спирали проходы 61. Направляющее воздух приспособление 6 в мобильном отопительном устройстве, согласно этому варианту выполнения, установлено по существу в цилиндрическом корпусе 7, который показан на фиг. 4. При этом направляющее воздух приспособление 6 установлено в корпусе 7 так, что проходящие по спирали проходы 61 с окружной стороны закрыты корпусом 7. Таким образом, проходящие по спирали проходы 61 открыты лишь на своих обеих торцевых сторонах, так что через них может проходить воздух сгорания. На фиг. 3 показано, что направляющее воздух приспособление 6 снабжено центральным проходным отверстием 61. Однако в показанном первом варианте выполнения проходное отверстие 62 в собранном состоянии горелки 1 закрыто запором 63, который снабжен меньшим отверстием, через которое проходит топливопровод 14, на конце которого находится форсунка 15, как показано на фиг. 1.
Направляющее воздух приспособление 6 расположено в первом варианте выполнения так, что воздух сгорания входит на одной торцевой стороне в закрытые корпусом 7 проходы 61, проходит через проходящие по спирали проходы 61 и на другой торцевой стороне входит в сужающийся участок 19, который находится перед входом 3 для воздуха сгорания. Сужающийся участок 19 образован в первом варианте выполнения с помощью сужающегося усеченного конуса. При этом за счет спирального прохождения проходов 61 воздух сгорания получает завихрение. Проходы 61 выполнены так, что воздух сгорания получает требуемый коэффициент завихрения по меньшей мере 0,6. Воздух сгорания подается в направляющее воздух приспособление 6 через (не изображенное) подающее воздух сгорания приспособление, которое может иметь, например, нагнетатель, как схематично показано на фиг. 1 стрелками В.
За счет указанного выполнения направляющего воздух приспособления 6, сужающегося участка 19 и примыкающего к нему входа 3 для воздуха сгорания в расширяющийся участок 20 воздух сгорания вводится в расширяющийся участок 20 у входа 3 для воздуха сгорания с проходящей в окружном направлении составляющей потока.
С помощью форсунки 15, которая снабжается жидким топливом через не изображенное транспортирующее топливо приспособление и топливопровод 14, как схематично показано на фиг. 1 стрелками, у входа 3 для воздуха сгорания можно впрыскивать топливо в расширяющийся участок 20 камеры 2 сгорания. Форсунка 15 в этом варианте выполнения выполнена в виде распылительного сопла. При этом форсунка 15 выполнена так, что топливо выходит из форсунки 15 в расширяющийся участок 20 по существу в форме полого конуса. При этом угол раскрыва полого конуса, с которым топливо выходит из распылительного сопла 15, предпочтительно выбран так, что топливо входит в зону скрещивающихся потоков, которая образуется между проходящими по стенке расширяющегося участка 20 газами и проходящими обратно в осевую зону рециркуляции газами. В показанном варианте выполнения угол раскрыва полого конуса, с помощью которого подается распыленное топливо, составляет между 20° и 40°, предпочтительно между 25° и 35°. При этом углом раскрыва называется угол между выходящим распыленным топливом и продольной осью Z. При этом форсунка 15 расположена в осевом направлении так, что топливо в осевом направлении подается внутри выходящего из направляющего воздух приспособления 6 воздуха сгорания. При этом происходит охлаждение форсунки 15 с помощью подаваемого воздуха сгорания. На проходящий через проходы 61 поток воздуха сгорания через действующие в качестве теплообменника направляющие лопасти 60 передается тепло от форсунки 15. За счет сужающегося участка 19 воздух сгорания после выхода из направляющего воздух приспособления 6 вынужден обтекать выходную зону форсунки 15 и дополнительно охлаждать ее. Кроме того, тем самым достигается то, что проходящие обратно горячие газы из процесса сгорания в камере 2 сгорания не могут доходить до форсунки 15. Кроме того, сужение поперечного сечения приводит к увеличению тангенциальной составляющей скорости проходящего воздуха сгорания и приводит осевую составляющую скорости ближе к продольной оси Z.
Мобильное отопительное устройство предназначено для работы на жидком топливе и может работать, например, на топливе, которое используется также для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в частности, дизельное топливо, бензин и/или этанол. В одном варианте выполнения подача топлива имеет, наряду с указанной форсункой 15, другое приспособление для подачи топлива, которое будет более подробно пояснено ниже.
Подача топлива в первом варианте выполнения имеет по меньшей мере один испарительный элемент 9 для испарения подаваемого жидкого топлива, через который также возможна подача топлива на входе 3 для воздуха сгорания в расширяющийся участок 20, как схематично показано стрелками на фиг. 1.
Испарительный элемент 9 имеет в первом варианте выполнения форму усеченного конуса, как показано на фиг. 5. При этом испарительный элемент 9 имеет угол α раскрыва, который соответствует углу раскрыва расширяющегося участка 20. Испарительный элемент 9 выполнен из пористого и жаростойкого материала и может быть, в частности, металлическим нетканым материалом, металлическим плетением и/или металлической тканью. Как показано на фиг. 1, предусмотрено несколько топливопроводов 10 для подачи жидкого топлива в испарительный элемент 9. Хотя на фиг. 1 в качестве примера показаны два топливопровода 10, может быть также предусмотрен лишь один топливопровод 10 или же может быть предусмотрено несколько топливопроводов 10. Несколько топливопроводов 10 для подачи жидкого топлива в испарительный элемент имеет то преимущество, что обеспечивается возможность равномерного использования испарительного элемента 9.
На обращенной от камеры 2 сгорания стороне испарительный элемент 9 закрыт задней стенкой 11, через которую проходят топливопроводы 10. На обращенной к камере 2 сгорания стороне испарительный элемент 9 закрыт уже поясненной выше крышкой 4, которая может быть выполнена, в частности, из металлического листа. Испарительный элемент 9 расположен так, что он кольцеобразно окружает вход 3 для воздуха сгорания. Испарительный элемент 9 имеет у входа 3 для воздуха сгорания не закрытый участок 12 выхода топлива, в котором испаренное топливо может выходить из испарительного элемента 9. Другие стороны испарительного элемента 9, не считая топливопроводы 10, закрыты, так что топливо может выходить из испарительного элемента 9 лишь на участке 12 выхода топлива. Участок 12 выхода топлива окружает кольцеобразно вход 3 для воздуха сгорания, так что обеспечивается равномерная подача топлива со всех сторон. Следует отметить, что испарительный элемент 9 не обязательно должен иметь замкнутую кольцевую форму и может иметь также несколько отдельных испарительных элементов 9, расположенных с распределением по периметру. Испарительный элемент 9 термически соединен через крышку 4 с расширяющимся участком 20, так что при работе мобильного отопительного устройства тепло из заключенного в расширяющемся участке 20 пламени передается в испарительный элемент 9 для обеспечения там требуемой для испарения топлива тепла испарения. Кроме того, может быть предусмотрен элемент зажигания для запуска горелки, который по меньшей мере частично выступает в камеру сгорания и для упрощения не изображен на фиг. 1.
За счет расположения испарительного элемента 9 указанным образом, при котором топливопроводы 10 пространственно удалены от участка 12 выхода топлива, достигается равномерное распространение подаваемого жидкого топлива в испарительном элементе 9, так что весь испарительный элемент 9 используется для испарения топлива. Кроме того, за счет указанного расположения, при котором выходы топливопроводов в основном направлении Н потока расположены дальше впереди, чем участок 12 выхода топлива, достигается то, что топливо выходит из испарительного элемента 9 с направленной противоположно основному направлению Н потока составляющей направления. Таким образом, достигается особенно гомогенное перемешивание выходящего топлива с выходящим из направляющего воздух приспособления 6 воздуха сгорания, так что непосредственно у входа 3 для воздуха сгорания достигается хорошее перемешивание воздуха сгорания и испаренного топлива. Другое предварительное смешивание топлива и воздуха сгорания происходит в первой зоне расширяющегося участка, в которой не образуется пламя.
Указанные выше компоненты горелки 1 окружены снаружи по существу полым цилиндрическим фланцем 13 горелки, который образует проточное пространство для подаваемого воздуха сгорания. Кроме того, фланец 13 горелки служит для крепления горелки на находящихся на задней стороне других компонентах мобильного отопительного устройства, которые не изображены. Фланец 13 горелки выполнен так, что между внутренней стороной фланца 13 горелки и наружной стороной примыкающего к расширяющемуся участку 20 участка 21 стенки камеры сгорания образуется кольцеобразная щель, через которую может проходить часть подводимого потока воздуха сгорания. На нижнем по потоку относительно основного направления Н потока конце фланец 3 горелки соединен с участком 21 так, что щель там закрыта. Как показано на фиг. 1 и 2, примыкающий к расширяющемуся участку 20 участок 21 стенки камеры сгорания имеет множество отверстий 22 и 23, через которые воздух сгорания может также входить в камеру 2 сгорания. За счет выбранной геометрии подаваемый транспортирующим воздух сгорания приспособлением воздух сгорания разделяется в определенном соотношении, так что часть воздуха сгорания подается с помощью направляющего воздух приспособления 6 у входа 3 для воздуха сгорания в расширяющийся участок 20, а другая часть воздуха сгорания через щель и отверстия 22 и 23 подается в камеру сгорания.
За счет указанного расположения обеспечивается возможность работы горелки 1 в большом диапазоне различных отопительных мощностей. При этом работа с небольшими отопительными мощностями может обеспечиваться тем, что топливо подается лишь через испарительный элемент 9, и топливо не впрыскивается в камеру 2 сгорания через форсунку 15. Для достижения больших отопительных мощностей топливо впрыскивается в расширяющийся участок 20 через форсунку 15. Также при работе с высокой отопительной мощностью можно предпочтительно дополнительно к подаче топлива через форсунку 15 подавать также топливо через испарительный элемент 9 ко входу 3 для воздуха сгорания. В этом случае, например, при кратковременном прерывании подачи топлива к форсунке 15, что может происходить, например, на основании образования воздушных пузырей, можно предотвращать гашение пламени в камере 2 сгорания с помощью подаваемого через испарительный элемент 9 топлива.
Кроме того, за счет указанного выполнения горелки 1 достигается в широком диапазоне отопительных мощностей стабильное удерживание пламени в расширяющемся участке 21, как будет пояснено более подробно ниже.
Выходящий из направляющего воздух приспособления 6 воздух сгорания имеет большое завихрение, и в сужающемся участке 19 тангенциальная составляющая направления дополнительно увеличивается. Затем воздух сгорания смешивается на входе 3 для воздуха сгорания с выходящим там из испарительного элемента 9 и/или форсунки 15 топливом. На основании сильного завихрения воздуха сгорания в соединении с сильным расширением расширяющегося участка 20 поток смеси воздуха сгорания и топлива остается за счет действующих центробежных сил прилегать к стенке расширяющегося участка. При этом образование так называемых зон стоячей воды снаружи на стенках может быть надежно предотвращено также при сильном расширении. При этом поток с относительно высокой скоростью проходит вдоль стенки расширяющегося участка 20, так что при работе горелки происходит хороший конвективный перенос тепла на крышку 4 и за счет теплопроводности на находящийся за ней испарительный элемент 9.
Выполнение расширяющегося участка 20 действует струйно-механически как прерывистое расширение поперечного сечения, так что при завихренном потоке в расширяющемся участке 20 возникает сильное расширение центрального вихря. На основании возникающих локальных статических давлений после расширения центрального вихря происходит сокращение центрального вихря, так что в лежащей радиально внутри зоне вблизи продольной оси Z образуется сильное обратное течение противоположно основному направлению Н потока, как схематично показано стрелками на фиг. 1. Образующиеся при этом вихри рециркуляции имеют при указанном геометрическом выполнении горелки 1 положение, которое по существу не зависит от массового потока смеси воздуха сгорания и топлива, так что происходит самостабилизация, соответственно, удерживание пламени в расширяющемся участке 20. Образование этих условий потока может быть объяснено тем, что завихренный поток расширяется радиально в расширяющемся участке 20, при этом происходит торможение в осевом направлении. При этом тангенциальная составляющая вызывает радиальный градиент давления, за счет чего статическое давление в направлении продольной оси Z уменьшается. На основании этих соотношений давления образуется зона рециркуляции.
На основании указанного выполнения горелка 1 может работать в широком диапазоне различных отопительных мощностей, в частности, в диапазоне мощности от примерно 0,8 кВт до намного более 20 кВт.
Комбинация выполнения камеры сгорания с испарительным элементом 9 обеспечивает возможность стабильной работы также при относительно небольших отопительных мощностях. Кроме того, за счет испарительного элемента 9 происходит стабильная подача топлива в камеру 2 сгорания, даже когда в топливопроводе 10 или топливопроводе 14 образуются пузыри воздуха. На основании получающейся самостабилизации, соответственно, удерживания пламени в расширяющемся участке 20 при более высоких отопительных мощностях происходит большой ввод тепла в испарительный элемент 9, так что в нем может испаряться большее количество топлива в единицу времени. При более низкой отопительной мощности происходит, соответственно, меньший ввод тепла, так что процесс испарения топлива может надежно поддерживаться в желаемой мере также в широком диапазоне отопительных мощностей.
Когда должна поставляться очень большая отопительная мощность, то большой массовый поток топлива можно надежно поддерживать с помощью форсунки 15. За счет достигаемого прохождения потока по существу по всему объему испарительного элемента 9 надежно предотвращается образование отложений в испарительном элементе 9.
Поскольку за счет указанного выполнения достигается заданное хорошее перемешивание топлива и воздуха сгорания, то достигается сгорание с очень небольшим выбросом вредных веществ. Воздух сгорания вводится в указанном мобильном отопительном устройстве с высокой скоростью потока в расширяющийся участок 20. Таким образом, может надежно предотвращаться нежелательное обратное сгорание. Кроме того, достигается предварительное смешивание топлива и воздуха сгорания в примыкающей ко входу 3 для воздуха сгорания зоне расширяющегося участка 20, что способствует процессу сгорания с выделением особенно небольшого количеств вредных веществ.
Второй вариант выполнения
Ниже приводится описание второго варианта выполнения со ссылками на фиг. 6, при этом для исключения повторов приводится подробное описание лишь отличий от первого варианта выполнения, и для обозначения одних и тех же конструктивных элементов, соответственно, компонентов применяются те же позиции, что и в первом варианте выполнения.
Второй вариант выполнения отличается от первого варианта выполнения тем, что подача топлива в отличие от первого варианта выполнения имеет лишь форсунку 15 для подачи топлива в расширяющийся участок 20 и не имеет испарительного элемента. Расширяющийся участок 20 имеет также во втором варианте выполнения поперечное сечение, которое увеличивается с увеличением расстояния от входа 3 для воздуха сгорания. Во втором варианте выполнения расширяющийся участок 20 также ограничен конической стенкой, которая, однако, в отличие от первого варианта выполнения не образована отдельной крышкой 4, а задней стенкой 40 камеры 2 сгорания.
Относительно других признаков второй вариант выполнения полностью совпадает с указанным выше первым вариантом выполнения, так что повторное подробное описание этих других признаков не приводится.
Третий вариант выполнения
Третий вариант выполнения схематично показан на фиг. 7. Для исключения повторов приводится подробное описание лишь отличий от второго варианта выполнения, и для обозначения одних и тех же конструктивных элементов, соответственно, компонентов применяются те же позиции, что и в первом и втором варианте выполнения.
Третий вариант выполнения отличается от второго варианта выполнения по существу лишь расположением сужающегося участка относительно направляющего воздух приспособления 6 и расширяющегося участка 20. В третьем варианте выполнения вместо сужающегося участка 19 предусмотрен сужающийся участок 119, который в находящейся наиболее далеко вверх по потоку зоне расширяющегося участка 20 выдвинут вперед, так что вход 3 для воздуха сгорания находится не совсем у расположенного на стороне входа конце расширяющегося участка 20, и стенка сужающегося участка 119 немного выступает в расширяющийся участок 20. Сужающийся участок 119 имеет также в третьем варианте выполнения по существу форму полого усеченного конуса.
В третьем варианте выполнения в зоне входа 3 для воздуха сгорания также возникает сильное радиальное расширение завихрения воздуха сгорания, которое относительно поясненного в связи с первым вариантом выполнения образования осевой зоны рециркуляции проходит вблизи продольной оси Z. Выполнение, согласно третьему варианту выполнения, обеспечивает возможность особенно компактного расположения направляющего воздух приспособления 6, форсунки 15 и расширяющегося участка 20.
Хотя приведено описание третьего варианта выполнения, в котором не предусмотрен дополнительный испарительный элемент 9, например, возможно также предусмотрение в третьем варианте выполнения испарительного элемента 9, описание которого приведено применительно к первому варианту выполнения.
1. Мобильное, работающее на жидком топливе отопительное устройство, содержащее:
камеру (2) сгорания, которая имеет вход (3) для воздуха сгорания, при этом камера (2) сгорания имеет примыкающий ко входу (3) для воздуха сгорания расширяющийся участок (20), поперечное сечение которого увеличивается с увеличением расстояния от входа (3) для воздуха сгорания, и в котором во время работы воздух сгорания реагирует с топливом со сгоранием с образованием пламени;
подачу топлива, которая расположена так, что топливо подается в расширяющийся участок (20); и
направляющее воздух приспособление (6), которое предназначено для направления воздуха сгорания с проходящей в окружном направлении составляющей потока в расширяющийся участок (20) так, что в расширяющемся участке (20) образуется осевая зона рециркуляции, в которой газы текут противоположно основному направлению (Н) потока в направлении входа (3) для воздуха сгорания,
при этом подача топлива имеет форсунку (15) для впрыска топлива на входе (3) для воздуха сгорания.
2. Мобильное отопительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что форсунка (15) расположена относительно осевого направления отопительного устройства так, что топливо подается на входе (3) для воздуха сгорания радиально внутри воздуха сгорания.
3. Мобильное отопительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что подача топлива имеет по меньшей мере один испарительный элемент (9) для испарения жидкого топлива.
4. Мобильное отопительное устройство по п. 3, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один топливопровод (10) для подачи топлива к испарительному элементу (9).
5. Мобильное отопительное устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что по меньшей мере один испарительный элемент (9) расположен так, что он по меньшей мере частично окружает вход (3) для воздуха сгорания.
6. Мобильное отопительное устройство по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере один испарительный элемент (9) кольцеобразно окружает вход (3) для воздуха сгорания.
7. Мобильное отопительное устройство по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере один испарительный элемент (9) термически соединен с расширяющимся участком (20).
8. Мобильное отопительное устройство по п. 3, отличающееся тем, что испарительный элемент (9) частично закрыт крышкой (6), так что в незакрытой зоне образован участок (12) выхода топлива.
9. Мобильное отопительное устройство по п. 8, отличающееся тем, что участок (12) выхода топлива расположен у входа (3) для воздуха сгорания.
10. Мобильное отопительное устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что крышка (4) образует стенку расширяющегося участка (20).
11. Мобильное отопительное устройство по п. 3, отличающееся тем, что испарительный элемент (9) расположен так, что испаренное топливо выходит с противоположной основному направлению (Р) потока составляющей направления.
12. Мобильное отопительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что расширяющийся участок (20) имеет непрерывно расширяющееся поперечное сечение, в частности, с расширением в виде конуса.
13. Мобильное отопительное устройство по п. 1 или 12, отличающееся тем, что расширяющийся участок (20) расширяется с углом раскрыва по меньшей мере 20º.
14. Мобильное отопительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющее воздух приспособление (6) выполнено так, что воздух сгорания с коэффициентом завихрения по меньшей мере 0,6 направляется в расширяющийся участок (20).
15. Мобильное отопительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера (2) сгорания имеет на всем протяжении свободное для потока поперечное сечение.
