КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ ИМИТАТОР
CATALYTIC THERMAL SIMULATOR

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для имитации тепловых излучений военных объектов, а также для обогрева личного состава, прогрева двигателей, отдельных узлов техники и т.п.
Известна каталитическая печь КФП-1-180, работающая на бензине, имеющая круглую каталитическую насадку диаметром 180 мм. Конструкция печи не допускает возможность работы на керосине и дизельном топливе, не допускает транспортировку в заправленном состоянии и наклоны на углы более 25 градусов (Каденаци Б.М., Сакеев В.И. и др. Глубокое каталитическое окисление углеводородов: Сборник. - М.: Наука, 1981, т.18, стр.124-133).
Известен «имитатор тепловой каталитический» (патент РФ №2115084, 6 F41H 13/00), выполненный в виде прямоугольного модуля. Основными недостатками этого имитатора являются:
невозможность работы на керосине и дизельном топливе;
невозможность регулировки теплопроизводительности.
Известен «каталитический тепловой имитатор» - патент РФ RU №2315941, F41H 13/00, F23D 14/18 (2006 01), прототип. Недостатками, выявленными в процессе эксплуатации этого имитатора, являются:
в катализаторе работает лишь расположенная вблизи топливного баллона 1/3 всей длины, что снижает расчетные энергетические параметры имитатора;
отсутствие доступа к катализаторному блоку исключает замену последнего в случае необходимости;
при отрицательных температурах запуск имитатора затруднен, копоть от сгорающего при запуске топлива выводит катализатор из строя, забивая его поры;
в процессе эксплуатации имитатора возможны несанкционированные осевые смещения кожуха, нарушающие установку уровня теплопроизводительности и даже выключающие имитатор;
заправка топливных баллонов в полевых условиях крайне неудобна.
Задачами предлагаемого технического решения являются:
увеличение удельной мощности имитатора, отнесенной к единице поверхности катализаторного блока;
обеспечение возможности запуска имитатора использованием обычных углеводородных топлив;
обеспечение ремонтнопригодности катализаторного блока;
разработка рационального способа заправки топливных баллонов из комплекта имитатора в полевых условиях.
Решение этих задач достигается тем, что корпус имитатора (фиг.1) состоит из двух цилиндрических стаканов, имеющих общее днище с отверстием для прохода фитиля. В первом, катализаторном, стакане 1 размещается катализаторный блок 2 и устройства электрического и огневого запуска. Для поступления воздуха в зону окислительной реакции (горения) топлива и для отвода ее продуктов (аб-газов) в катализаторном стакане имеются воздушные отверстия 13. Во втором, топливном, стакане 8 размещен топливный баллон 6 с фитилем 7 в виде шнура из термостойких продольно уложенных волокон внутри перфорированной трубки. Топливо из волоконного гигроскопического термостойкого заполнения 11 баллона по фитилю попадает в испарительную камеру, испаряется и через отверстия в фитильной трубке попадает внутрь катализатора, где, встречаясь с кислородом воздуха, окисляется (сгорает).
В прототипе, имеющем фитильную трубку с равномерным расположением перфораций или изготовленную из металлической сетки, все подаваемое по фитилю топливо испаряется и подается в катализатор в самом начале испарительной камеры. В результате работает лишь нижняя часть катализаторного блока, так как остальная остается без топлива. Авторы предлагают ввести переменную транспорентность фитильной трубки, возрастающую по мере удаления от входа в испарительную камеру к концу трубки. Это достигается последовательным увеличением диаметров отверстий, через которые в катализатор поступают пары топлива, или ростом числа одинаковых отверстий на единицу длины трубки. С учетом многообразия применяемых топлив входящий в испарительную камеру конец фитильной трубки рекомендуется делать открытым.
Эффективность системы огневого запуска имитатора достигнута использованием газогенераторного эффекта. С целью организации направленного потока воздуха над поверхностью катализатора имевшееся в прототипе перфорирование всей боковой поверхности катализаторного стакана заменено на два ряда воздушных отверстий, верхний и нижний. Пусковое топливо, заливаемое в волоконное заполнение 12 донной части катализаторного стакана, при поджиге испаряется и подхваченное потоком воздуха из нижнего ряда отверстий к верхнему сгорает без образования копоти скользящим по поверхности катализатора пламенем. Для обеспечения стабильности пламени и исключения его отрыва в систему введена сетка-стабилизатор 5. Подобная система исключает загрязнение поверхности катализатора сажей и копотью, а также перегревание катализатора. Она также допускает организацию отвода горячих аб-газов и использование их для адресного нагрева отдельных элементов ложных объектов.
На катализаторный стакан устанавливается крышка-регулятор 4. В снятом положении она позволяет осмотреть и извлечь для ремонта катализаторный блок, а в одетом - управлять запуском и работой имитатора. При совпадении воздушных отверстий крышки-регулятора с аналогичными отверстиями катализаторного стакана никаких ограничений для воздушного потока от нижних отверстий к верхним нет. Поворот крышки-регулятора вокруг своей оси перекрывает воздушные отверстия катализаторного стакана и тем самым меняет скорость горения пускового топлива или процесса глубокого окисления внутри катализатора. Степень перекрытия определяется визуально. Ввиду того, что в имитаторе используются различные виды углеводородных топлив, требующих для своего глубокого окисления (горения) различные объемы воздуха, никаких шкал для установки крышки-регулятора не предусмотрено.
Для заправки топливных баллонов в полевых условиях через отверстия 10, а также для заливки пускового топлива внутрь катализаторного стакана в комплект имитатора введен дозатор. Он представляет собой шприц с гибким наконечником. Дозатор позволяет заправлять имитаторы из любых емкостей, исключает случаи разлива топлива, обеспечивая пожарную безопасность запусков. Для удобства извлечения баллонов из топливного стакана и для герметизации последнего имеются резиновые втулки 9.
Конструкция имитатора представлена на фигуре 1. Работает предлагаемый имитатор следующим образом. Топливный баллон заправляется топливом и вставляется в топливный стакан. При электрическом запуске на клеммы подается напряжение 12В или 24В в течение 1-2 минут. Электроспираль 3 прогревает катализаторный блок до температуры испарения топлива и начала автотермическго процесса его окисления. Возрастающий тепловой поток из катализаторного стакана указывает на начало работы имитатора.
При огневом способе запуска необходимо через нижнее воздушное отверстие залить 5-10 мл пускового топлива и поднести к отверстию спичку. Пары топлива, сгорая в воздушном потоке, обеспечат быстрый разогрев катализатора до температуры запуска (200-300°С). Начавшийся процесс окисления (сгорания) топлива будет продолжаться до прекращения подачи топлива или воздуха. Регулировку теплопроизводительности проще всего проводить изменением степени перекрытия воздушных отверстий при повороте крышки-регулятора.
Эффективность изобретения заключается в возможности использования всех жидких топлив, имеющихся в войсках, имитации сложных тепловых полей, а также использования для разогрева военной техники и обогрева личного состава.
Предлагаемое устройство может быть использовано и в народном хозяйстве, т.е. является средством двойного применения.
Авторами изготовлено несколько экспериментальных образцов тепловых имитаторов и проведены их испытания с использованием тепловизионных комплексов.