Термоэлектрическая инжекционная горелка
THERMOELECTRIC INJECTION BURNER

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано в инжекционных горелках бытовых отопительных приборов (газовых плитах и т.п.) для совместной генерации тепла и электрической энергии.
Известна газовая горелка, содержащая чашеобразный корпус, сопряженный с газовой форсункой и запальной свечой, зубчатый венец с множеством первых пламенных каналов, расположенных по окружности вдоль периферии венца, и верхнюю крышку, закрывающую горелку сверху, причем на части внешней поверхности и зубчатого венца его периферии выполнены радиальные канавки ниже уровня первых пламенных каналов, вдоль периферии венца по окружности расположены вторые пламенные каналы, причем горелка содержит вертикальную мини-трубку Вентури, для осуществления первичной аэрации над рабочей поверхностью плиты [Патент РФ №2407949. F23D 14/06, 2010].
Основными недостатками известной газовой горелки являются отсутствие организованного подвода вторичного воздуха и невозможность генерации электрической энергии, что снижает ее экологическую и экономическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является инжекционная газовая горелка в бытовых газовых плитах, включающая корпус со смесительной камерой и головкой, над которой установлена крышка, которая выполнена с прямоугольными зубьями и пазами. По окружности головки выполнена кольцевая канавка и радиальные отверстия для подачи вторичного воздуха. Крышка надета на головку с образованием огневых отверстий в виде сегмента, зубья перекрывают радиальные отверстия, а радиальные отверстия и пазы расположены на одном уровне и сообщаются между собой через кольцевую канавку [Патент РФ №2035660. F23D 14/04, 1995].
Основным недостатком известной инжекционной газовой горелки является громоздкость и сложность конструкции и невозможность генерации электрической энергии, что снижает ее экономическую и экологическую эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение экономической и экологической эффективности термоэлектрической инжекционной горелки.
Технический результат достигается термоэлектрической инжекционной горелкой, включающей в себя опорное кольцо, выполненное из диэлектрического материала, с ножками, уложенную на вышеупомянутое кольцо теплоэлектрическую секцию, состоящую из термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары параллельных отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, изогнутых сверху и снизу под прямым углом, концы которых поочередно соединены между собой пайкой или сваркой, образуя собой частокольный ряд в форме разомкнутой окружности, который вместе с наружной поверхностью корпуса горелки образует кольцевой канал вторичного воздуха, кольцевой экран, выполненный в виде плоского кольца из диэлектрического материала со стойками, примыкающего к частокольному ряду, при этом опорное кольцо, частокольный ряд и кольцевой экран установлены ножками и стойками на рабочую поверхность газовой плиты вокруг инжекционной горелки, снабженной газовой форсункой, зубчатым венцом, верхней крышкой и запальной свечой, причем кольцевой экран разделяет частокольный ряд по горизонту с наружной стороны на холодную и горячую зоны, длина верхних изогнутых концов отрезков металлов M1 и М2 выбирается такой, чтобы верхние спаи частокольного ряда были расположены в средней, наиболее горячей, зоне факела, длина нижних изогнутых концов отрезков металлов M1 и М2 должна быть такой, чтобы нижние спаи вышеупомянутого ряда находились вблизи рабочей поверхности плиты на расстоянии L от корпуса горелки в холодной зоне поверхности плиты, а токовыводы теплоэлектрической секции присоединены к коллектору с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем, где создаются требуемые напряжение и сила тока.
Предлагаемая термоэлектрическая инжекционная горелка изображена на фиг. 1-4 (на фиг. 1, 2 - общий вид, на фиг. 3, 4 - узел термоэмиссионного преобразователя).
Термоэлектрическая инжекционная горелка содержит опорное кольцо 1, выполненное из диэлектрического материала, с ножками 2, уложенную на кольцо 1 теплоэлектрическую секцию (ТЭС) 3, состоящую из термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 4, каждый из которых, состоит из пары параллельных отрезков 5, 6, выполненных из разных металлов M1 и М2, изогнутых сверху и снизу под прямым углом, концы которых поочередно соединены между собой пайкой или сваркой 7, образуя собой частокольный ряд 8 в форме разомкнутой окружности, который вместе с наружной поверхностью корпуса горелки 9 образует кольцевой канал вторичного воздуха 10, кольцевой экран 11, выполненный в виде плоского кольца из диэлектрического материала со стойками 12, примыкающего к ряду 8, при этом опорное кольцо 1, частокольный ряд 8 и кольцевой экран 11 установлены ножками 2 и стойками 12 на рабочую поверхность 13 газовой плиты вокруг инжекционной горелки 9, снабженной газовой форсункой 14, зубчатым венцом 15, верхней крышкой 16 и запальной свечой 17, причем кольцевой экран 11 разделяет частокольный ряд 8 по горизонту с наружной стороны на холодную и горячую зоны 18 и 19, длина верхних изогнутых концов отрезков 5, 6 металлов M1 и М2 выбирается такой, чтобы верхние спаи 7 ряда 8 были расположены в средней, наиболее горячей, зоне факела, длина нижних изогнутых концов отрезков 5, 6 металлов M1 и М2 должна быть такой, чтобы нижние спаи 7 ряда 8 находились вблизи рабочей поверхности 13 плиты на расстоянии L от корпуса горелки 9 в холодной зоне поверхности плиты 13, а токовыводы 20 и 21 теплоэлектрической секции 3 присоединены к коллектору с одноименными зарядами, соединенными с преобразователем, где создается требуемые напряжение и сила тока (на фиг. 1-4 не показаны).
В основу работы предлагаемой термоэлектрической инжекционной горелки положен эффект термоэлектричества. Так как ТЭС 3 выполнена в виде частокольных рядов 8, изготовленных из парных параллельных проволочных отрезков 5 и 6, выполненных из разных металлов M1 и М2, поочередно спаянных (сваренных) на концах между собой, то при нагреве одних спаянных концов проволочных отрезков 5 и 6 ТЭП 4 в середине факела у крышки 16 (в горячей зоне 19) и охлаждении противоположных им спаянных концов ТЭП 4, находящихся в холодной зоне 18 у рабочей поверхности 13, на противоположных спаях парных проволочных отрезков 5 и 6 устанавливаются разные температуры, в зоне контакта (спае 7) металлов M1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в частокольных рядах 8 ТЭС 3 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М.: «Наука», 1970, с. 502-506].
Работа термоэлектрической инжекционной горелки происходит следующим образом. Предварительно на инжекционной горелке 9 монтируются элементы насадки. Вначале на рабочую поверхность 13 газовой плиты устанавливают опорное кольцо 1 таким образом, чтобы корпус горелки 9 находился строго посредине кольца 1 и фиксируют его с поверхностью 13 (узлы крепления на фиг. 1-4 не показаны). Далее на кольцо 1 устанавливают ТЭС 3, на ТЭС 3 надевают кольцевой экран 11, устанавливают его стойками 12 на рабочую поверхность 13 и фиксируют их (узлы крепления на фиг. 1-4 не показаны).
Первичный воздух всасывается над рабочей поверхностью плиты через зазор между корпусом горелки 9 и венцом 15. Корпус горелки 9 сопряжен с форсункой 14, через которую подается газ, а первичный воздух, главным образом, всасывается внутрь венца горелки посредством трения со струей газа. Так как зубчатый венец 15 горелки 9 снабжен по своей окружности множеством радиальных канавок (пламенными каналами), газовоздушная смесь, поджигаемая запальной свечей 17, выходит наружу в радиальном направлении с образованием кольцевого факела. Крышка 16 закрывает горелку сверху и совместно с венцом 15 горелки определяет размеры пламенных каналов, расположенных на нем. Увеличение устойчивости пламени и качества горения вокруг корпуса горелки 9 происходит за счет кольцевого канала вторичного воздуха 10, образованного частокольным рядом 8 ТЭП 4 ТЭС 3 и корпусом 9, через который из холодной зоны 18 в горячую зону 19 и далее в зону горения, всасывается подогретый вторичный воздух, который одновременно охлаждает нижние спаянные концы 7 ТЭП 4 ТЭС 3 в холодной зоне 18. В то же время при нагреве одних спаянных концов 7 проволочных отрезков 5 и 6 ТЭП 4 в середине факела у крышки 16 (в горячей зоне 19) и охлаждении противоположных им спаянных концов ТЭП 4, находящихся в холодной зоне 18 у поверхности 13 плиты, на противоположных спаях парных проволочных отрезков 5 и 6 устанавливаются разные температуры, в зоне контакта (спае 7) металлов M1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в частокольном ряду 8 ТЭС 3 появляется термоэлектричество. Полученное термоэлектричество через токовыводы 20 и 21 частокольного ряда 8 каждой ТЭС 3 поступает в коллекторы с одноименными зарядами, далее в преобразователи (на фиг. 1-4 не показаны), где создаются требуемое напряжение и сила тока и подается потребителю.
При этом параллельная компоновка парных проволочных отрезков 5, 6 металлов M1 и М2, образующих ТЭП 4, с образованием частокольного ряда 8 позволяет значительно увеличить число ТЭП 4 в ряду 8 и таким образом увеличить отбор термоэлектричества от ТЭС 3 при одинаковой тепловой нагрузке горелки по сравнению, например, с зигзагообразной компоновкой ТЭП 4, а расположение нагреваемых и охлаждаемых спаев 7 ТЭП 4 в наиболее горячей и холодной точках, достигаемое путем соответствующих изгибов верхних и нижних концов ТЭП 4, повышает градиент температур на вышеупомянутых спаях и также увеличивает количество генерируемого термоэлектричества.
Таким образом, предлагаемая термоэлектрическая инжекционная горелка позволяет улучшить качество горения и одновременно в процессе получения тепла генерировать электричество, что увеличивает ее экономическую и экологическую эффективность.