Каталитический нагреватель с распылительной полостью

Каталитический нагреватель с распылительной полостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к нагревательным системам и, более конкретно, к каталитическому нагревателю, который генерируют тепло и электричество в результате реакции окисления внутри полости, имеющей пористые каталитические стенки.

Уровень техники

Ранние изобретения нагревательных систем на жидком топливе включают в себя масляную лампу и свечу. Каждая нагревательная система на жидком топливе подает топливо по фитилю в область, где топливо может испаряться и сгорать. В масляных и керосиновых светильниках фитиль может использоваться непосредственно. В спиртовых горелках и, в частности, в горелках на метаноле необходимо добавить теплопроводный элемент и бандажное кольцо для подачи по фитилю с тем, чтобы подавать достаточное количество тепла для предварительного испарения топлива и направлять испарившееся топливо в зону горения. Без такого теплопроводного элемента и бандажного кольца вокруг спиртовых горелок топливо, фронт пламени или плазма сжигают соответствующий фитиль.

В последнее время возникла потребность в чистом сжигании спиртов вместо других углеводородов, таких как, например, нефть и керосин. Такие спирты могут быть получены из материалов отходов, также известных как "биомасса", или изготовлены из "альтернативных" источников энергии.

Существует ряд преимуществ сжигания спиртов вместо углеводородов. Например, метанол горит без дыма, копоти и запаха. Спиртовые топлива в отличие от керосина горят при более низкой температуре и могут быть потушены водой. Метанол и спирты самостоятельно начинают каталитическое горение на соответствующих катализаторах и обеспечивают, по существу, полное сгорание. В каталитических углеводородных горелках, с другой стороны, обычно требуется этап предварительного нагрева катализатора. Такие преимущества сжигания спиртов вместо углеводородов обеспечивают возможность получения нагревателей малой стоимости и эффективно сжигающих топливо.

Раскрытие изобретения

Учитывая описанное выше, различные варианты осуществления настоящего изобретения предусмотрены в нагревателе с эффективным сгоранием и передачей тепла отопления помещений.

Механизм диффузии топлива и воздуха, поступающего по отдельным каналам в топливо вместо смешения воздуха и топлива вместе с последующей подачей на катализатор, позволяет существенно улучшить ситуацию со сгоранием.

Обычные горелки, которые смешивают топливо и воздух вместе для сжигания внутри полости, могут привести к нестабильному и взрывному горению топлива и воздуха. Как правило, чем больше полость обычной горелки, тем сильнее соответствующий взрыв. Это может привести к усталости горелки и разрушительным результатам, таким как, например, разрыв оболочки нагревателя.

Известно, что смеси топлива и воздуха могут изменяться по времени, что может привести к потере фронта пламени и взрывам при повторном установлении пламени. Это, в частности, представляет собой проблему при сжигании остаточных газов рафинирующих установок или систем каталитической реакции, содержащих два потока реагентов.

Для исключения таких возможных аварий в различных вариантах настоящего изобретения топливо и воздух разделяют с помощью пористого каталитического слоя. Топливо и воздух взаимно диффундируют по направлению друг к другу через пористый каталитический слой, и в идеале отсутствует существенная не содержащая катализатор полость, наполненная смесью воздуха и топлива.

В настоящем изобретении можно достичь уменьшения стоимости и преимуществ в режиме работы при использовании полости внутри пористого слоя катализатора, и при этом плазма формируется внутри такой полости. Взаимная диффузия топлива и воздуха через пористый каталитический слой обеспечивает высокое время нахождения над катализатором для молекул, которое равно для всех присутствующих молекул, в отличие от ситуации принудительного потока через каталитический слой. В последнем случае ламинарный поток, также известный как "прямой поток" или "не диффузионный привод", представляющий собой массовый поток через случайный пористый каталитический слой, приводит к неравномерному составу газа радиально в каналах потока и неравномерному распределению потока таким образом, что большие канальные потоки доминируют в выходном потоке, и скорость потока, вероятно, может быть достаточно высокой, чтобы предотвратить существенную диффузию в местах размещения катализатора, в результате чего возникает каталитическая реакция части топлива и воздуха. Таким образом, некоторая часть смеси топлива и воздуха может быть пропущена через поверхности катализатора без взаимодействия, и это может приводить к неполному сгоранию. Внутри каталитического слоя важно, чтобы каталитическое сгорание в результате взаимной диффузии позволяло достигать градиента температуры от наибольшего во внутренней полости с последующим падением наружу, что важно для достижения полного сгорания. Если на внешней поверхности каталитического слоя поддерживается согласно данному изобретению температура ниже 400-200°С при стехиометрическом избытке кислорода по сравнению с метаноловым топливом и при использовании минеральной ваты/однородно каталитически активного каталитического слоя, доля несгоревших продуктов сгорания может понизиться ниже 1 части на 10000 или в пределах чувствительности нашего измерительного оборудования. В зависимости от этого процесса взаимной диффузии через разделительную стенку из каталитического слоя в новом изобретении нагревателя не требуются вентиляторы или насосы. В данном изобретении может использоваться конвекционный поток воздуха и/или струи для подачи паров топлива или воздуха в распределенном виде, что приводит к получению простой, тихо работающей, обеспечивающей чистое горение и надежной нагревательной системы. Горячие каталитические поверхности, которые обращены к потоку воздуха, также могут полностью окислять и таким образом устранять газы в потоке воздуха, такие как углеводороды и окись углерода, по мере их протекания через нагреватель. Дополнительные устройства, которые могут быть подключены к входному отверстию для воздуха нагревателя, представляют собой воздушные фильтры, электростатические воздушные фильтры, фотокаталитические воздушные фильтры, поглотители, адсорберы, газоочистители, аналогичные устройства или, например, ловушки для отработанного воздуха, конденсаторы воды и/или ловушки двуокиси углерода. Испускатели приятных запахов и ароматов, расположенные в нагревателе, можно использовать, и некоторые их примеры с высоким молекулярным весом могут проходить через нагреватель, не окисляясь, и поэтому могут быть добавлены как добавка к топливу. Нагревательная система также может использоваться вместе с мембранным каталитическим нагревателем в соответствии с находящейся на экспертизе заявкой №10/492018 на патент США.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя каталитический нагреватель, состоящий из одного или больше топливных резервуаров, одну или больше трубок, соединенных с одним или больше резервуарами, одну или больше пористых трубок, соединенных с одной или больше трубками и направленных в полость, и полость, ограниченную пористой каталитической стенкой, которая находится в диффузионном контакте с окислительным газом, для обеспечения каталитического горения с топливом из одной или больше пористых трубок. Окисление может происходить на пористых каталитических стенках между молекулами окислителя, поступающими путем диффузии снаружи от пористых каталитических стенок, и плазмой внутри полости, распространяющейся посредством диффузии в направлении каталитических стенок. Плазма формируется из испарившегося топлива, высвобождающегося через одну или больше пористых трубок, таким образом, что в результате окисления генерируется тепло.

В нагревателе топливо кипит и достигает автотермостатического состояния.

По меньшей мере одна трубка включает трубки подачи топлива, имеющие малый диаметр и большую длину для ограничения потока жидкого топлива в по меньшей мере одну пористую трубку, при этом топливные трубки подачи находятся в тепловом контакте с каталитическим сгоранием, причем топливо испаряется в топливных трубках подачи, и в результате увеличения объема уменьшается скорость подачи потока топлива через трубки подачи.

Пористые каталитические стенки содержат пористую матрицу материала высокотемпературной подложки и покрытие из каталитического материала.

Пористые каталитические стенки содержат кожух для матрицы.

Кожух для матрицы выполнен в виде проводника тепла с возможностью циркуляции текучей среды.

Пористые каталитические стенки содержат минеральную вату, покрытую катализаторами, выбранными из группы, состоящей из платины, палладия, родия, меди, цинка, никеля, иридия, олова, осмия, рутения, серебра, окиси титана, железа и переходных металлов.

Пористые каталитические стенки находятся в непосредственной близости к высокоактивным каталитическим частицам.

Нагреватель по п.1, в котором тепло удаляют с помощью тепловой трубки или системы циркуляции текучей среды.

Система циркуляции текучей среды состоит из насосов, клапанов, резервуаров для текучей среды, резервуаров тепла или их комбинации.

Предусмотрен термоэлемент или устройство преобразования тепла в электричество, находящееся в тепловом контакте с полостью, пористыми каталитическими стенками или их комбинацией.

Нагреватель содержит теплообменник для выпускного воздуха, имеющий входное отверстие для воздуха, входное отверстие для топлива или их комбинацию.

Конвекционный поток воздуха в дымоходе или вентиляторе восполняет кислород рядом с пористыми каталитическими стенками.

Нагреватель подает электричество к DC-DC преобразователям, батареям, конденсаторам, DC-AC преобразователям, регуляторам напряжения, светодиодам, двигателям, вентиляторам, переключателям, радиоустройствам, телевизионным устройствам, сотовым телефонам или их комбинации.

Одна или больше пористых трубок изготовлены из спеченного металла, керамических матриц, волоконных матриц, капиллярных трубок или их комбинации.

Одна или больше трубок изготовлены из спеченного металла, керамических матриц, волоконных матриц, капиллярных трубок или их комбинации.

Средство предварительного нагрева расположено в непосредственной близости к или закреплено на кожухе матрицы в качестве теплового проводника из основного нагревателя для обеспечения возможности отключения средства предварительного нагрева вручную или автоматически и для обеспечения возможности предварительного нагрева нагревателем своего собственного топлива.

Средство предварительного нагрева содержит топливный ограничитель для ограничения выхода тепла.

По меньшей мере одно выходное отверстие по меньшей мере одной трубки регулируют для модификации ассоциированного горения.

По меньшей мере одно выходное отверстие по меньшей мере одной трубки представляет собой поры спеченного металла, керамической матрицы, волоконной матрицы или их комбинации без использования другого выходного отверстия, более крупного, чем поры.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью и системой подачи топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью, имеющего клапан направления потока, сеть капиллярных трубок, нагревательную трубку, датчик газообразных продуктов и вентилятор, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.3 показан вид в поперечном сечении нагревательной системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в которой в нагревательной системе применяют нагревательную трубку или систему регулирования потока жидкости.

На фиг.4 показан вид в поперечном сечении градиентов при каталитической реакции в каталитическом слое в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.5 показан вид в поперечном сечении примерного варианта осуществления топливных нагревательных элементов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.6 показана система для освещения или бытовая система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг.7 показан вид в поперечном сечении с увеличением нагревателя с распылительной полостью и системы подачи топлива, имеющей средство предварительного нагрева в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

При ссылке на чертежи одинаковые номера ссылочных позиций обозначают аналогичные элементы на всех чертежах. Ниже представлен список номеров ссылочных позиций соответствующих элементов:

1 полость каталитического слоя

2 каталитический слой

3 пористая трубка

4 компрессионный фитинг

5 кипящее топливо

6 одна или больше малых капиллярных трубок

7 предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением

8 восковой привод

9 уплотнитель клапана

10 термостатический клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением

11 восковой привод и гнездо клапана

12 топливная линия

13 резервуар подачи под действием силы тяжести

14 переключатель, активируемый уровнем топлива

15 поплавок

16 шина

17 выпускное отверстие предохранительного клапана давления

18 входная линия

19 выходная линия

20 термоэлемент

21 электрический выход термоэлемента

22 теплоотвод

23 дымоход

24 изолирующий слой

26 электрический диод

27 источник электроэнергии

28 перистальтический насос

29 топливные трубки

30 основной резервуар топлива

31 топливо

32 входное отверстие для залива топлива и вентиляционная крышка

33 каналы потока воздуха

34 выход пористой трубки

35 электрические провода

36 топливный фильтр

37 сопло подачи газа

38 элемент расширения воска

39 клапан, активируемый теплом

40 трубка подачи газа

41 трубка с малым диаметром для подачи топлива

43 входное отверстие для воздуха

77 батарея

87 трехходовой клапан потока

88 первая ограничительная трубка капиллярного потока с множеством скоростей потока

89 вторая ограничительная трубка капиллярного потока с множеством скоростей потока

90 нижняя нагревательная трубка

91 первая боковая напорная трубка

92 вторая боковая напорная трубка

94 вентилятор

95 электронный датчик горения

97 герметизированная трубка

150 уровень земли

151 входное отверстие для воздуха

152 крышка вентиляционного отверстия для воздуха

153 выходное отверстие для воздуха

154 плита

155 нагревательная трубка

159 стенка теплообменника

169 резервуар с текучей средой

170 насос для охладителя

171 трубка потока текучей среды

203 контуры текучей среды

206 внешний кожух из нержавеющей стали

207 слой минеральной ваты

211 электрические соединения

213 фитиль

214 конденсация

216 рабочая текучая среда

219 электропроводный слой

218 электроизолирующий слой

220 блок из меди или алюминия

223 каналы из труб

225 поры с малым диаметром

229 нагревательная трубка

230 внутренний кожух из нержавеющей стали

251 резервуар источника

253 воздушный электрод

254 мембрана Nafion

255 топливный электрод

256 мембрана подачи топлива

261 кожух из нержавеющей стали

262 контакт кожуха

264 внутренняя поверхность каталитического слоя

272 резервуар тепловой трубки

274 независимая топливная нагревательная трубка

275 газообразный водород

280 трубка, устойчивая к потоку

284 резервуар для обмена теплом

285 клапан

289 топливный коллектор

291 тепловая трубка

300 топливный элемент

301 проверочный диод

302 конденсатор

303 контроллер электроэнергии

304 светодиод

305 электрический вентилятор

306 телевизор

307 первый переключатель

308 второй переключатель

309 третий переключатель

340 средство предварительного нагрева

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью и системы подачи топлива в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. В данном примерном варианте осуществления основные компоненты включают в себя каталитическую топку, систему распределения топлива, систему управления потоком и систему резервуара для топлива.

Представленная каталитическая топка имеет каталитический слой 2, окружающий полость 1 каталитического слоя, и дымоход 23. Система распределения топлива состоит из пористой трубки 3, компрессионных фитингов 4, одной или больше малых капиллярных трубок 6 и сопла 37 подачи газа. Система управления потоком содержит уплотнитель 9 клапана, восковой привод и гнездо 11 клапана, а также топливный фильтр 36. Система резервуара для топлива показана как содержащая топливную линию 12, резервуар 13 подачи под действием силы тяжести, входную линию 18, перистальтический насос 28 и топливные трубки 29. Также могут быть предусмотрены один или больше электрических проводов 35 для перистальтического насоса 28, термоэлемент 20 и источник 27 электроэнергии, предпочтительно в форме аккумуляторной батареи.

В варианте осуществления нагреватель построен путем формирования одной или больше пористых трубок 3 из нержавеющей стали, сформованной из обожженного порошка. Хотя термин "пористая трубка" используется здесь, трубки должны иметь только одно выходное отверстие. Таким образом, для краткости, во всем подробном описании изобретения термин "пористая трубка" будет использоваться взаимозаменяемо с "трубкой, имеющей по меньшей мере одно выходное отверстие" для обеспечения простоты понимания. В предпочтительном варианте осуществления такие пористые распылители имеют эффективный средний диаметр поры приблизительно 0,5 микрон. Другие композиции одной или более пористых трубок 3 включают в себя, например, керамические трубки, устройства из металла, стекла или керамические капиллярные трубки, их комбинацию. Матрица из тканых волокон также может быть пригодна для использования в качестве одной или больше пористых трубок.

Предпочтительно, чтобы одна или больше пористых трубок 3 имела внутренний диаметр приблизительно 0,125 дюйма и внешний диаметр приблизительно 0,25 дюйма. В примерном варианте выполнения одна или больше пористых трубок 3 разрезаны на отрезки приблизительно 5 см от соединения прикрепленного фитинга. Компрессионные фитинги 4 закреплены на одной или больше пористых трубках 3. Компрессионные фитинги могут состоять, например, из меди или латуни.

В примере, показанном на фиг.1, представлены две пористые трубки 3. Пористые трубки 3 и соответствующие элементы трубопроводов обычно расположены так, чтобы обеспечить подачу топлива с нижней стороны, и одна или больше пористых трубок ориентированы, по существу, вверх в месте, где расположены выходы пористой трубки 34. Такая примерная ориентация является предпочтительной для удержания топлива 31 в соответствующих фитингах 4, трубке 41 подачи топлива малого диаметра и в топливной линии 12, пока нагреватель не начнет испарять топливо, и в том, что она, по существу, ограничивает простой пролив топлива через выходные отверстия пористой трубки 34.

Компрессионный фитинг 4 в предпочтительном варианте осуществления имеет изгиб под прямым углом, и затем трубка с внешним диаметром приблизительно 0,25 дюймов формирует, по существу, Т-образную форму с другой пористой трубкой, как показано на фиг.1. Компрессионные фитинги 4 и трубка 41 подачи топлива малого диаметра, по существу, ограничивают скорость потока в одну или больше пористых трубок и соединены с предохранительным клапаном 7, активируемым тепловым дифференциальным расширением, восковым приводом и уплотнителем 9 клапана. Предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, предпочтительно установлен на внешней рамке каталитического нагревателя. Такая установка обеспечивает достаточный перенос тепла от каталитического нагревателя в предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, для обеспечения возможности открывания предохранительного клапана, активируемого тепловым дифференциальным расширением, в результате нагрева каталитического слоя 2 и использует перенос тепла в кипящее топливо 5 для поддержания в открытом состоянии предохранительного клапана, активируемого тепловым дифференциальным расширением. Предпочтительно, чтобы предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, представлял собой клапан теплового расширения, который открывается при температуре приблизительно 63°С и закрывается приблизительно при температуре 46°С, используя восковой привод 8, который смещает гнездо 9 клапана.

Система пусковой подачи топлива в нагреватель может быть сформирована с внутренним диаметром приблизительно 0,010 дюйма, внешним диаметром 0,0625 дюйма и одной или больше малыми капиллярными трубками 6, которые расположены с прижимом к внутренней нижней поверхности каталитического слоя 2. Такие капиллярные стальные трубки могут быть сформированы из нержавеющей стали. Каталитические слои могут состоять из платины и других каталитических материалов, диспергированных по керамическим волокнам, или могут представлять собой слой из минеральной ваты. Несколько алюминиевых сфер, покрытых 1 мас.% платины, могут быть распределены в каталитическом слое для обеспечения пуска от горячей точки. Одна или больше малых капиллярных трубок 6 соединены с топливной линией 12. Одна или больше малых капиллярных трубок 6 могут иметь ограниченные скорости потока, определяемые медленным движением ламинарного потока через одну или больше малых капиллярных трубок и давлением топлива 31 в одной или больше малых капиллярных трубок 6. Сопротивление потоку через одну или больше малых капиллярных трубок 6, трубку 41 подачи топлива с малым диаметром, топливную линию 12 и выходную линию 19 также может формировать верхний предел мощности нагревательной системы в зависимости от давления в резервуаре 13 с подачей под действием силы тяжести. Если температура в одной или больше малых капиллярных трубках 6 и/или в трубке 41 подачи топлива с малым диаметром превысит точку кипения топлива 31 и топливо закипит, скорость подачи топлива быстро падает приблизительно до пяти процентов скорости подачи топлива из-за того, что кипящее топливо 5 имеет значительно больший объем и скорость потока, что изменяет эффект капиллярного движения через одну или больше капиллярных трубок.

Математическая взаимосвязь скорости подачи ламинарного потока топлива (текучей среды) с давлением на топливо в определенной трубке (Р), радиусом определенной трубки (r), длиной определенной трубки (l), вязкостью определенного топлива (µ) и плотностью текучей среды (ρ) является следующей:

Скорость подачи топлива = ρ·π·P·r⁴/(8·µ·l).

Такой механизм сопротивления ламинарному потоку можно использовать как эффект самостоятельного ограничения температуры в нагревателе таким образом, что, когда топливо кипит в одной или больше малых капиллярных трубках 6 и в трубке 41 подачи топлива с малым диаметром, скорость потока топлива будет падать с коэффициентом приблизительно 20, и происходит самостоятельное ограничение нагревателя. Этот эффект возникает из-за того, что объем жидкого топлива изменяется от приблизительно 0,79 г/мл до приблизительно 0,00114 г/мл при температуре приблизительно 65°С при давлении воздуха на уровне моря. Это приводит к изменению объема, который становится в 693 раза меньше. Вязкость топлива изменяется от значения µ (жидкости), составляющего приблизительно 0,00403 пуаз для жидкости, до значения µ (газа), составляющего приблизительно 0,000135 пуаз для газообразного метанола при температуре 65°С. Таким образом, оценивают, что скорость подачи топлива падает с коэффициентом приблизительно в 1/23,2 раза для потока газа, разделенную на скорость подачи топлива для жидкого топлива. Скорость подачи топлива = подача газообразного топлива/подача жидкого топлива = ρ(газа)·µ(жидкости)/(ρ(жидкости)·µ(газа))=0,04308=1/23,2.

В одной или больше пористых трубок 3 топливо 31 может протекать через малые поры в стенках одной или больше пористых трубок со скоростью потока, которая может быть математически смоделирована путем умножения количества эквивалентных малых пор на скорость подачи топлива и перепад давления, формируемый высотой топлива в одной или больше пористых трубках. Когда топливо полностью или по существу испаряется, поток топлива через малые поры существенно уменьшается и в потоке доминирует поток через выход 34 пористой трубки.

По существу, поток через одну или больше пористых трубок затем доминирует над потоком распыления из выхода 34 пористой трубки, в то время как некоторый поток и диффузия топлива происходят через малые поры в стенке одной или больше пористых трубок 3. Такой поток распыления можно изменять с помощью дроссельной заслонки или регулировать в соответствии с необходимостью. Поток топлива через малые поры в стенках может сгорать под действием катализатора или плазмы или может быть преобразован на стороне одной или больше пористых трубок 3, удерживая одну или больше пористых трубок нагретой для передачи тепла в топливо для поддержания кипения топлива и потока пара путем подачи тепла испарения топлива 31. Хотя выход пористой трубки иллюстрируется на чертежах как открытый, пористая трубка может быть, по существу, закрыта или накрыта чем-то так, что поток топлива должен проходить через малые поры в стенках, а не через выход пористой трубки. Кроме того, хотя пористые трубки показаны как установленные, по существу, в вертикальном направлении, пористые трубки могут быть установлены, по существу, в горизонтальном направлении относительно основания нагревателя или в любом положении между, по существу, вертикальным и, по существу, горизонтальным положениями. В результате стороны одной или больше пористых трубок могут быть покрыты плазмой, когда воздух (кислород) имеется в стехиометрическом избытке, или горячей плазмой, и также может поддерживать пламя/плазму в потоках испарившегося топлива на выходе из пористой трубки. Динамическое равновесие может быть достигнуто на одной или больше пористых трубках 3 между потоком через малые поры в стенках, через стороны одной или больше пористых труб, который сгорает, и тепло передается для испарения и возможного реформинга топлива в выходном потоке воздуха пористой трубки.

Скорость потока топлива и диффузию через боковые стороны одной или больше пористых трубок 3 требуется автоматически регулировать для поддержания потока топлива через одну или больше пористых трубок 3 в виде испарившегося топлива. Если топливо не испаряется в одной или больше пористых трубках, жидкое топливо на внутренней поверхности одной или больше пористых трубок 3 будет протекать и будет диффундировать через стороны одной или больше пористых трубок 3 и повышать степень нагрева одной или больше пористых трубок до тех пор, пока на выходе из пористой трубки не испарится большая часть топлива 31, и наоборот. Если топливо, по существу, испаряется, когда топливо достигнет одной или больше пористых трубок 3, скорость потока топлива через боковые стороны одной или больше пористых трубок будет уменьшена и нагрев, и испарение топлива, до контакта с жидким топливом возвращаются к основанию одной или больше пористых трубок 3.

Аналогичная система динамического равновесия может быть получена с одной или больше пористыми трубками 3, окружающими компоновку вертикальной подачи топлива по фитилю, которое подают по фитилю в область сгорания у выходного отверстия 34 пористой трубки, и некоторую часть тепла сгорания от поверхности одной или больше пористых трубок передают для кипения топлива. Если топливо полностью испаряется с помощью такого фитиля, меньшее количество топлива будет подано через стороны одной или большего пористых трубок и подача топлива будет сдерживаться. Если большее количество жидкого топлива будет подано по фитилю, нагрев одной или больше пористых трубок повышается и степень испарения топлива увеличивается. Средство предварительно нагрева может представлять собой, например, каталитический или электрический нагреватель.

Для очень высоких скоростей потока через одну или больше пористых трубок 3 теплопередача обратно в жидкое топливо для испарения жидкого топлива необходима для поддержания испарения топлива. В примерных вариантах осуществления, представленных здесь, предварительный нагрев через боковые стенки одной или больше пористых трубок 3 зависит от жидкости или пара в замкнутом тепловом контуре для достижения максимальной реактивности и, таким образом, для формирования чувствительной и динамически самостоятельно испаряющей топливо системы предварительного нагрева. На фиг.7 иллюстрируется средство 340 предварительного нагрева, установленное рядом с топливной линией 12. Такой предварительный нагрев позволяет нагревать исходное количество топлива без постоянного потока топлива, обеспечивая таким образом возможность более эффективного нагрева нагревателя и с меньшими потерями топлива.

Средство предварительного нагрева представляет собой средство, через которое поступает жидкое топливо и в котором оно кипит. Примеры средства предварительного нагрева включают в себя от простой металлической трубки до сложной конструкции в виде радиатора. Специфика конструкции будет основана на таких факторах, как выход в ваттах требуемого средства предварительного нагрева, скорость, при которой топливо перемещается через теплообменник, эффективность, с которой конкретная конструкция позволяет передавать тепло в топливо, температура топлива, точка кипения топлива и т.д. Средство предварительного нагрева также может находиться в непосредственной близости к или потенциально даже будучи прикрепленным к первичному корпусу нагревателя, что может обеспечить возможность для основного нагревателя "перенимать на себя" предварительный нагрев топлива после того, как основной нагреватель будет включен до требуемой или заданной температуры.

Средство предварительного нагрева предпочтительно ограничено по выходному теплу. Это может быть выполнено через ограничение топлива, поступающего в средство предварительного нагрева, или используя некоторое средство термостатического контроллера, такое как, например, клапан, аналогичный тепловому клапану, или используя некоторое электрическое средство, например, от простого биметаллического термостата до компьютера (микроконтроллера) с температурными входами, который управляет клапаном, или даже через трубку для подачи топлива в средство предварительного нагрева, которое проходит через или рядом со средством предварительного нагрева, так же как и теплообменник, что приводит к существенному уменьшению скорости потока топлива из-за обратного давления в линии, когда топливо в средстве предварительного нагрева закипает.

В полости 1 каталитического слоя топливо может сгорать с воздухом при высоких температурах и затем диффундировать в соседний каталитический слой 2 для того, чтобы, по существу, завершить горение при более низких температурах в каталитическом слое 2, по мере того как рассеиваемое топливо в полости 1 каталитического слоя встречается с диффузией кислорода из воздуха в дымоходе 23.

Каталитическое сгорание при более низкой температуре является более полным и создает благоприятные условия для получения продуктов типа двуокиси углерода и воды вместо окиси углерода и водорода, которые могут быть произведены в условиях горения с высокой температурой. Градиент температуры, сформированный в результате передачи тепла от наивысшей температуры внутри полости 1 каталитического слоя на наружную поверхность каталитического слоя 2, формирует требуемый температурный градиент для полного сгорания топлива и воздуха. Измерения в соответствии с вариантами осуществления настоящего каталитического нагревателя обеспечивают лучшую эффективность сгорания, чем 99,984% эффективности при сжигании метанола в качестве топлива с воздухом.

Следует упомянуть, что этот тип горения можно использовать для безопасного сжигания различных видов топлива. Пример их представляют негорючие смеси газов, таких как газы - отходы из рафинирующих установок. Такое топливо может быть подано вместо жидкого топлива и/или смешано с или через параллельное устройство подачи топлива с подачей в полость каталитического слоя. Метанол, диметилэфир или пористые патрубки, в которые подают жидкое топливо, например, могут представлять собой топливо, подаваемое рядом с соплом 37 подачи газа, по которому подают топливо в виде предварительно подогретого газового потока, после того, как температура будет достаточно высокой для того, чтобы открыть элемент 38 расширения воска и клапан 39, активируемый теплом.

Каталитически сгораемые газы, такие как, например, водород, окись углерода, метан, пропан, пентан, эфир, этан, бутан, этанол, пропанол и другие углеводородные соединения также можно использовать. Пример газа, который может быть подан из газообразных отходов установки по рафинированию, представляют собой газ, который состоит из небольшого количества водорода и метана, и окиси углерода, но который разбавлен достаточным количеством азота и несгораемых газов таким образом, что газ сам по себе не может поддерживать пламя.

Предварительно подогретый поток газа в трубке 40 подачи газа может быть нагрет в результате передачи тепла из дымохода 23, каталитического слоя 2 и в каналах 33 выпускаемого потока воздуха в трубку 40 подачи газа и в каталитический слой 2, в результате чего он каталитически окисляет обедненные примеси топлива в каталитическом слое 2 так, что кислород при этом диффугирует через каталитический слой 2. Определенное преимущество использования предварительно подогретого топлива в трубке подачи газа, отдельной от каналов 33 потока воздуха и входного отверстия 43 для воздуха, в существенной степени исключает приготовление большого объема смешанного топлива и воздуха, как в обычной горелке, что может привести к взрывам, наносящим ранения отдельным людям и ущерб частной собственности.

В варианте осуществления воздух также может быть предварительно подогрет в результате теплообмена с теплом, передаваемым из дымохода 23 во входное отверстие 43 для воздуха. Благодаря предварительному нагреву топлива и воздуха нагреватель является более эффективным. Кроме того, для горючих смесей с малой способностью сгорания в трубке 40 подачи газа может быть необходимым поддерживать горение, поскольку энергия в смеси топлива и воздуха недостаточна для нагрева газа до температуры горения и/или температур каталитического горения.

В варианте осуществления, используя газ отходов, способность к сгоранию смеси может изменяться со временем так же, как и химические концентрации и изменения температуры. Такие вариации могут привести к нестабильному горению и взрывам. Термостатические аспекты примерных вариантов осуществления настоящего нагревателя, по существу, поддерживают рабочие условия в нагревателе; по существу, компенсируя изменяемую степень сгорания газообразных отходов. Прекращение каталитического окисления на внешней поверхности охладителя каталитического слоя 2 со сравнительно богатой кислородом средой в каналах 33 потока воздуха, по существу, обеспечивает то, что каталитическое окисление способствует полному окислению окиси углерода и водорода в газах.

Выходные газы из каталитического нагревателя просачиваются в конвективный или принудительный поток воздуха после каталитического слоя 2. Каталитический слой 2 излучает в окружающий дымоход 23. Кондукционный, конвекционный перенос тепла и перенос тепла путем излучения возникают в каталитическом слое 2. Кроме того, перенос тепла может возникать в результате теплопроводного