Горелочное устройство

Реферат

 

Изобретение относится к энергетике, в частности к горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности, а именно для создания независимых предпусковых подогревателей. Повышение мощности предлагаемого горелочного устройства достигается тем, что устройство дополнительно содержит кольцевую подложку, размещенную между торцевой ограничительной стенкой и испарительной капиллярной структурой, причем по внутреннему диаметру кольцевая подложка газоплотно примыкает к боковой поверхности сопла подачи воздуха, а по внешнему примыкает к цилиндрической ограничительной стенке, между внутренней стороной цилиндрической ограничительной стенки и цилиндрическим участком испарительной капиллярной структуры образован зазор, в теле подложки со стороны, прилегающей к торцевой ограничительной стенке топочной камеры, выполнены не менее двух сквозных каналов от внешней до внутренней торцевой поверхности кольцевой подложки, у внешнего торца в стенке, отделяющей полости каналов от полости, заключенной между внутренней цилиндрической поверхностью топочной камеры и наружной поверхностью цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, выполнены отверстия, соединяющие эти полости, а на боковой поверхности сопла подачи воздуха в области примыкания к каналам в подложке выполнены щелевые отверстия. 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности, а именно для создания независимых предпусковых подогревателей.

Известна испарительная горелка отопителя, патент DE 4003090 C1, фирмы WEBASTO [1], а именно горелка встроенного отопителя автомобиля, работающего на жидком топливе. Между передней стенкой опорной конструкции для корпуса с адсорбирующей поверхностью, к которому подается горючее, и корпусом с адсорбирующей поверхностью расположен делительный диск с отверстиями, причем отверстия равномерно распределены по всей поверхности диска. Такая конструкция позволяет достичь равномерного распределения топлива на основе капиллярного эффекта между опорной конструкцией и делительным диском. Диск выполнен из стали при помощи перфорирования и имеет толщину ~ 0,1 мм.

Данное устройство позволяет улучшить характеристики горения при равномерном распределении горючего и выработанного тепла через корпус с адсорбирующей поверхностью, особенно на начальной стадии.

Недостатком данного устройства является то, что увеличение количества подаваемого топлива и соответствующего количества воздуха приводит к повышению мощности тепловыделения в выхлопных газах, количества непрореагировавших компонентов горючей смеси и сажистых выделений, а следовательно, снижает уровень мощности горелочного устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является горелочное устройство [2], представленное на (фиг.1), содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру (1), с торцевой ограничительной стенкой (2), в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха (3), воздух в которое подается завихрителем (9). С внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура (4), формирователь вихревых потоков (5), штуцер для установки свечи (6), жаровая труба (7), стабилизатор пламени (8), завихритель(9).

Недостатками технического решения, выбранного в качестве прототипа, является то, что полное сгорание горючей смеси и отсутствие сажистых выделений на выходе из камеры сгорания обеспечивается только при низкой мощности тепловыделения. При увеличении подачи топлива и, соответственно, количества воздуха одновременно с ростом мощности тепловыделения в выхлопных газах возрастает количество непрореагировавших компонентов горючей смеси и сажистых выделений. Эти факторы ограничивают допустимый уровень мощности горелочного устройства.

Одним из основных требований, предъявляемых к горелочным устройствам, применяемым, в частности, в автомобильных подогревателях, является полнота сгорания горючей смеси в пределах топочной камеры. В противном случае не прореагировавшие в топочной камере компоненты горючего, во-первых, образуют на стенках теплообменника сажистые выделения, которые ухудшают теплопроизводительность отопителя, во-вторых, приводят к существенному повышению вредных веществ в выхлопных газах. Соответственно, для повышения мощности горелочного устройства существует два пути: либо при сохранении удельной мощности тепловыделения увеличивать размеры топочной камеры, либо при сохранении размеров топочной камеры увеличивать удельную мощность тепловыделения. Для горелочных устройств, применяемых в автомобильных предпусковых отопителях, существуют жесткие ограничения на габаритные размеры. Соответственно, для этих случаев основным направлением развития является разработка горелочных устройств с повышенной удельной мощностью.

В известных горелочных устройствах испарительного типа лимитирующим фактором является скорость смешения паров жидкого топлива, заполняющего капиллярную структуру испарительного элемента с воздухом.

Интенсивность испарения определяется прежде всего температурой, но образующийся при нагреве жидкого топлива пар не весь переходит в зону горения. Часть пара из образующегося у поверхности жидкости парового облака конденсируется и возвращается в жидкое состояние.

В зависимости от скорости диффузии молекул пара и характера воздушных струй, осуществляющих конвективное перемешивание верхних слоев парового облака, устанавливается динамическое равновесие между потоками пара, переходящего в зону горения, и потока пара, возвращающегося в жидкое состояние.

Для увеличения потока пара, поступающего в рабочий объем топочной камеры, известны различные технические решения. Например, увеличивают суммарную площадь поверхности испаряющейся жидкости за счет уменьшения диаметра используемых для создания испарительного элемента проволочек и плотности их упаковки. Или же повышают энергию и турбулентность воздушных струй, "сдувающих" верхние слои парового облака.

Однако в существующих устройствах потенциал этих возможностей практически исчерпан. В частности, уменьшение диаметра проволочек и плотности их упаковки в испарительном элементе приводит к его быстрому засорению. Повышение скорости воздушных струй ограничено возрастанием аэродинамического сопротивления закручиванию воздушных потоков и их постепенному вытеканию из отверстий в сопле подачи воздуха.

Новые возможности повышения удельной мощности горелочных устройств связаны с использованием пара, формируемого на стороне, противоположной той, что примыкает к зоне реакции, и вводом этого потока пара непосредственно в закрученный воздушный поток внутри сопла подачи воздуха.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение мощности горелочного устройства.

Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, на которой размещен участок торцевой испарительной капиллярной структуры, в торцевой ограничительной стенке 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, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, штуцер для установки свечи, жаровую трубу и стабилизатор пламени, дополнительно содержит кольцевую подложку, размещенную между торцевой ограничительной стенкой и торцевым участком испарительной капиллярной структурой, причем по внутреннему диаметру кольцевая подложка газоплотно примыкает к боковой поверхности сопла подачи воздуха, а по внешнему примыкает к цилиндрической ограничительной стенке, между внутренней стороной цилиндрической ограничительной стенки и цилиндрическим участком испарительной капиллярной структуры образован зазор, в теле подложки со стороны, прилегающей к торцевой ограничительной стенке топочной камеры, выполнены не менее двух сквозных каналов от внешней до внутренней торцевой поверхности кольцевой подложки, у внешнего торца в стенке, отделяющей полости каналов от полости, заключенной между внутренней цилиндрической поверхностью топочной камеры и наружной поверхностью цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, выполнены отверстия, соединяющие эти полости, а на боковой поверхности сопла подачи воздуха в области примыкания к каналам в подложке выполнены щелевые отверстия.

На фиг.2 изображено предлагаемое горелочное устройство.

(1) - топочная камера с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой (2) и торцевой капиллярной структурой, дополнительная полость (5), образованная стенкой и цилиндрической капиллярной структурой (4), в торцевой стенке выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха (3), воздух в которое подается завихрителем (10), формирователь вихревых потоков (6), жаровая труба (7), стабилизатор пламени (8), кольцевая подложка (9), сквозные каналы в кольцевой подложке (11), (12) - отверстия, соединяющие каналы подложки с дополнительной полостью (5), (13) - щелевые отверстия, соединяющие каналы с внутренней поверхностью сопла подачи воздуха (3), штуцер для установки свечи (14).

Работа предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с циклограммой, представленной на фиг.3. В момент запуска t0 включается воздухонагнетательное устройство на максимальной мощности и до момента t1 осуществляется продувка топочной камеры, после чего мощность воздухонагнетательного устройства уменьшается до небольшой величины и до момента t5 (при котором регистрируется факт воспламенения) остается постоянной.

После завершения продувки (момент времени t1) начинается разогрев свечи накаливания, который продолжается до момента времени t2.

После разогрева свечи накаливания до максимальной температуры (момент времени t2) в момент времени t3 включается топливный насос и при средней мощности работает до момента t4.

При этом происходит насыщение топливом капиллярной структуры испарительного элемента.

В момент возгорания воздушной смеси происходит отключение свечи накаливания, начинается синхронное нарастание мощности воздухонагнетательного устройства и топливного насоса.

В процессе выхода горелочного устройства на стационарный режим происходит постепенный разогрев всех элементов топочной камеры, в том числе и цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, расположенного за формирователем вихревых потоков (6). При достижении температуры испарения с этого участка капиллярной структуры начинается интенсивное испарение. В объеме топочной камеры в процессе горения создается повышенное давление, препятствующее просачиванию пара из дополнительной полости (5) в рабочий объем топочной камеры. Через отверстия (12) пар проникает в полость в канале (11) и далее к щелевому отверстию (13) на боковой поверхности сопла подачи воздуха (3). Закрученный в сопле подачи воздуха поток воздуха создает эффект эжектирования ("подсасывания") пара из канала (11). Перемешиваясь с потоком воздуха, пары топлива образуют смесь, которая вытекает из щелей сопла подачи воздуха в состоянии, требующем меньшего времени для дальнейшего насыщения парами топлива до образования горючей смеси. Соответственно, увеличивается интенсивность горения и общая мощность тепловыделения горелочного устройства.

Источники информации 1. Патент DE 4003090 C1, фирмы WEBASTO.

2. E.A. Кордит. Патент РФ 2181462 "Горелочное устройство".

Формула изобретения

Горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, на которой размещен торцевой участок испарительной капиллярной структуры, в торцевой ограничительной стенке 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, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, штуцер для установки свечи, жаровую трубу и стабилизатор пламени, отличающееся тем, что дополнительно содержит кольцевую подложку, размещенную между торцевой ограничительной стенкой и торцевым участком испарительной капиллярной структуры, причем по внутреннему диаметру кольцевая подложка газоплотно примыкает к боковой поверхности сопла подачи воздуха, а по внешнему примыкает к цилиндрической ограничительной стенке, между внутренней стороной цилиндрической ограничительной стенки и цилиндрическим участком испарительной капиллярной структуры образован зазор, в теле подложки со стороны, прилегающей к торцевой ограничительной стенке топочной камеры, выполнены не менее двух сквозных каналов от внешней до внутренней торцевой поверхности кольцевой подложки, у внешнего торца в стенке, отделяющей полости каналов от полости, заключенной между внутренней цилиндрической поверхностью топочной камеры и наружной поверхностью цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, выполнены отверстия, соединяющие эти полости, а на боковой поверхности сопла подачи воздуха в области примыкания к каналам в подложке выполнены щелевые отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2