КАМЕРА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к области конструкции устройств для получения тепловой энергии путем применения процесса пульсирующего горения топливного природного газа. Устройство может быть использовано при нагреве воды для отопительных целей и для горячего водоснабжения в малых котельных и для хозяйственно-бытовых целей.
Известно устройство, содержащее камеру сгорания, водяную охлаждающую рубашку, электрозапальную свечу, резонансные трубы, выхлопной ресивер, основной патрубок аэродинамического клапана, мембранный воздушный клапан, мембранный газовый клапан, газовый ресивер, электромагнитный газовый отсечной клапан, вентилятор с электроприводом, воздушный ресивер, воздушную охлаждающую рубашку, выхлопную трубу, электроприводные вентили на входе и выходе охлаждающей воды, электронный блок компьютеризированного управления, газоподающую трубу (см. описание патента на изобретение РФ 2293253, интернет-ресурс: freepatent.ru>patents/2293253).
Недостатки известного устройства:
1. Невозможность регулирования частоты пульсаций горения, а следовательно, и суммарной тепловой мощности в широком диапазоне, так как в акустическом резонаторе Гельмгольца, образованном камерой сгорания и резонансными трубами, длина резонансных труб постоянна, что приводит к неэффективному сжиганию топлива при изменении теплоты его сгорания.
2. Невозможность надежного регулирования коэффициента избытка воздуха, подаваемого на горение, при изменении количества подаваемого топливного газа, так как длина основного патрубка аэродинамического клапана в процессе работы не изменяется. При больших или малых значениях коэффициента избытка воздуха происходит неэффективное сжигание топлива при изменении теплоты его сгорания, связанное с нагревом балластного воздуха в первом случае или с недожогом топлива во втором случае.
Указанные недостатки устранены в заявляемой полезной модели, которая направлена на решение задачи расширения диапазона регулирования тепловой мощности и повышения эффективности сжигания топлива.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается путем обеспечения технической возможности изменения длины резонансной трубы за счет применения регулировочной трубы с электроприводным механизмом ее осевого перемещения и за счет применения дополнительного патрубка с электроприводным механизмом его осевого перемещения в аэродинамическом клапане, перемещение которых осуществляется по компьютерной программе в зависимости от теплоты сгорания топлива.
Конструкция заявляемого устройства приведена на чертеже, на котором позициями обозначены следующие элементы и узлы:
1 - камера сгорания,
2 - водяная охлаждающая рубашка,
3 - электрозапальная свеча,
4 - резонансная труба,
5 - выхлопной ресивер,
6 - основной патрубок аэродинамического клапана,
7 - мембранный воздушный клапан,
8 - мембранный газовый клапан,
9 - газовый ресивер,
10 - электромагнитный газовый отсечной клапан,
11 - вентилятор с электроприводом,
12 - воздушный ресивер,
13 - воздушная охлаждающая рубашка,
14 - выхлопная труба,
15, 16 - электроприводные вентили на входе и выходе охлаждающей воды,
17, 18 - всасывание и нагнетание воздуха,
19 - подача топливного газа,
20 - дополнительный патрубок аэродинамического клапана,
21 - электроприводной механизм осевого перемещения дополнительного патрубка,
22 - регулировочная труба,
23 - электроприводной механизм осевого перемещения регулировочной трубы,
24 - электронный блок компьютеризированного управления,
25 - газоподающая труба.
Пунктирными линиями обозначены электрические связи между электронным блоком компьютеризированного управления 24 и исполнительными электрическими элементами и узлами.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов следующее.
Камера сгорания 1 предназначена для образования в ней топливно-воздушной смеси и обеспечения последующего сгорания этой смеси. Камера сгорания 1 имеет водяную охлаждающую рубашку 2, с помощью которой отводится полезная теплота от сгорания топливного газа 19, используемая для целей отопления и горячего водоснабжения.
Электрозапальная свеча 3 служит для первичного воспламенения газовоздушной смеси в камере сгорания 1. Электрозапальная свеча 3 соединена электрической связью с электронным блоком компьютеризированного управления 24, который также соединен электрическими связями с электромагнитным газовым отсечным клапаном 10, с электродвигателем привода вентилятора 11, с электроприводными механизмами 21 и 23 для осевых перемещений дополнительного патрубка 20 и регулировочной трубы 22, а также с электроприводными вентилями на входе 15 и выходе 16 охлаждающей воды в рубашке 2.
Резонансная труба 4 служит для генерации акустических волн при кратковременном повышении давления вследствие сгорания топливного газа в камере 1. Выхлопной ресивер 5 служит для создания противодавления, обеспечивающего условие возникновения акустической волны в резонансной трубе 4.
Основной патрубок 6 аэродинамического клапана служит для подвода свежего воздуха 17 в камеру сгорания 1 и обеспечения динамического давления. Аэродинамический клапан (условно в позицию не выделен) представляет собой конструктивный элемент в виде отрезка трубы конкретной длины и площади поперечного сечения, определяемых конкретной формой и объемом камеры сгорания. В заявляемом устройстве этот отрезок трубы выполнен из двух элементов: основного патрубка 6 и дополнительного патрубка 20, которые в совокупности позволяют изменять акустические характеристики аэродинамического клапана в зависимости от требуемой тепловой мощности камеры сгорания 1 и теплоты сгорания топлива (природного газа).
Мембранный воздушный 7 и газовый 8 клапаны служат для закрытия дополнительного патрубка 20 и газоподающей труб 25 при повышении давления в камере сгорания 1. Клапаны 7, 8 являются самодействующими и работают в пульсирующем режиме. Газовый ресивер 9 служит для создания противодавления топливного газа, которое способствует быстрому заполнению камеры топливным газом после продувки ее воздухом.
Топливный газ из газового ресивера 9 при открытом мембранном газовом клапане 8 поступает через выходные отверстия газоподающей трубы 25 в виде струй в камеру сгорания 1.
Электромагнитный газовый отсечной клапан 10 соединен электрической связью с блоком управления 24 и служит для регулирования количества подаваемого газа 19 или для прекращения его подачи. В конечном итоге клапан 10 регулирует единичную тепловую мощность факела пламени.
Блок управления 24 имеет компьютеризированное программное обеспечение по количеству подаваемого топливного газа и теплоте его сгорания с помощью клапана 10 в зависимости от требуемой тепловой мощности камеры сгорания. С блока управления 24 происходит программно-компьютерное включение и регулирование при помощи вентилей 15, 16 расхода воды через охлаждающую рубашку 2.
Вентилятор 11 с электроприводом, соединенный электрической связью с блоком управления 24, служит для всасывания наружного воздуха 17 через воздушную охлаждающую рубашку 13 и его нагнетания 18 через воздушный ресивер 12, мембранный воздушный клапан 7, дополнительный 20 и основной 6 патрубки в камеру сгорания 1.
Воздушный ресивер 12 служит для обеспечения запаса воздуха и быстрого заполнения камеры 1 свежим воздухом при ее продувке. Воздушная охлаждающая рубашка 13 служит для подогрева засасываемого воздуха 17 перед подачей его в камеру сгорания 1.
Выхлопная труба 14 служит для выброса продуктов сгорания во внешнюю среду вне помещения.
Дополнительный патрубок 20 аэродинамического клапана служит для изменения длины основного патрубка 6. Патрубок 20 и основной патрубок 6 образуют в совокупности аэродинамический клапан с переменной длиной. Дополнительный патрубок 20 расположен коаксиально по отношению к основному патрубку 6 по посадке скольжения. Осевое перемещение патрубка 20 внутри патрубка 6 осуществляется при помощи электроприводного механизма 21 в соответствии с компьютерной программой блока управления 24.
При осевом перемещении патрубка 20 происходит изменение длины основного патрубка 6 и в конечном итоге происходит изменение количества подаваемого воздуха на горение в соответствии с количеством подаваемого топливного газа и его теплотой сгорания. Этим достигается положительный эффект по выбору оптимальной величины коэффициента избытка воздуха по сравнению с известным устройством и достигается экономия топлива.
Регулировочная труба 22 расположена коаксиально по отношению к резонансной трубе 4 по посадке скольжения с минимальным зазором между стенками. Регулировочная труба 22 служит для изменения общей длины резонансной трубы 4 путем осевого перемещения трубы 22 с помощью электроприводного механизма 23 по компьютерной программе блока управления 24 в соответствии с теплотой сгорания топливного газа.
Вследствие этого изменения общей длины резонансной трубы 4 изменяется частота пульсаций горения пламени и суммарная тепловая мощность камеры сгорания 1 за определенный промежуток времени. По сравнению с известным устройством, в котором регулируется дискретно единичная тепловая мощность факела, в заявляемом устройстве дополнительно интегрально осуществляется суммарное регулирование тепловой мощности камеры сгорания 1 за счет регулирования частоты пульсаций пламени в соответствии с теплотой сгорания природного газа.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При первоначальном пуске с блока управления 24 по компьютерной программе в соответствии с требуемой тепловой мощностью и теплотой сгорания топлива при помощи механизмов 21 и 23 устанавливаются положения патрубка 20 и регулировочной трубы 22. С блока управления 24 включается вентилятор 11 и воздух 17, забираемый снаружи помещения, подается через воздушную рубашку 13, воздушный ресивер 12 при открытом мембранном воздушном клапане 7 через дополнительный 20 и основной 6 патрубки в камеру сгорания 1.
С блока управления 24 автоматически включаются электроприводные вентили на входе 15 и выходе 16 охлаждающей воды через водяную охлаждающую рубашку 2.
С блока управления 24 по компьютерной программе в зависимости от требуемой тепловой мощности открывается электромагнитный газовый отсечной клапан 10 и топливный газ 19 через газовый ресивер 9 при открытом мембранном клапане 8 через выходные отверстия газоподающей трубы 25 в виде струй подается в камеру сгорания 1.
С помощью электрозапальной свечи 3 с блока управления 24 по компьютерной программе осуществляется первичное воспламенение газовоздушной смеси в камере сгорания 1. Возникает кратковременное повышение давления в камере сгорания 1, приводящее к генерации акустической волны в резонансной трубе 4. При давлении в камере 1, превышающем давление в ресивере 5 и в ресивере 12, мембранные клапаны 7 и 8 закрыты и поступление топливного газа и воздуха в камеру сгорания 1 кратковременно прекращается.
Под избыточным давлением в камере сгорания 1 продукты сгорания из камеры 1 выходят через резонансную трубу 4 и регулировочную трубу 22 в выхлопной ресивер 5 и далее через выхлопную трубу 14 в окружающую среду во вне помещения.
При понижении давления в камере сгорания 1 клапаны 7 и 8 открываются и в камеру сгорания 1 поступают очередные количества топливного газа и воздуха. Воспламенение образующейся газовоздушной смеси производится не с помощью запальной свечи 3, а за счет остаточного пламени, постоянно присутствующего в зоне свечного пространства из-за завихрения пламени.
Далее процесс пульсирующего горения повторяется с частотой сотых долей секунды за счет всасывания воздуха и газа вследствие возникновения периодических полуволн разрежения в трубах 4 и 22.