ПЛАМЕННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
FIRED HEATER

Область техники
Настоящее изобретение относится к пламенному нагревателю, в котором сжигается предварительно смешанный газ, состоящий из газообразного топлива и воздуха сгорания. По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент Японии 2008-22974 и заявки на патент Японии 2008-22975, поданных в Японии 01 февраля 2008, содержание которых полностью включено здесь в виде ссылки.
Описание предшествующего уровня
Обычно изготавливали горелку с радиантной трубкой, в которой полностью предварительно смешанный газ из газообразного топлива и воздуха сгорания сжигают в жаропрочной круглой трубке (излучающей трубке), чтобы за счет использования получающегося пламени излучающая трубка становилась раскаленной докрасна. Такая горелка с радиантной трубкой используется в качестве удлиненного источника тепла без открытого пламени в нагревательных печах и отопителях. Кроме того, известна топливная горелка, в которой горючий газ сжигают во внутренней трубке, при этом направление потока изменяется за счет столкновения струи горючего газа с экранной поверхностью, расположенной под прямым углом к струе, чтобы за счет этого извлечь тепло из излучающей трубки.
В таком типе пламенного нагревателя, так как сгорание заканчивается посередине излучающей трубки, недостатки включают в себя тот факт, что существуют трудности в достижении равномерного распределения температуры вдоль всей длины трубки, а также тот факт, что образуется большое количество оксидов азота (NOx). В Патентном документе 1 описан пламенный нагреватель, который включает в себя пористую трубку, имеющую внутреннюю секцию, работающую как питающий канал для предварительно смешанного газа, и излучающую трубку, расположенную соосно к внешней периферии пористой трубки. Предварительно смешанный газ выбрасывается радиально из пористой трубки и образует ламинарный поток. Сгорание предварительно смешанного газа осуществляется на цилиндрической поверхности между излучающей трубкой и пористой трубкой, на которой скорость потока предварительно смешанного газа балансирует скорость распространения пламени, чтобы за счет этого получить более равномерную температуру по всей излучающей трубке и генерировать большое количество тепла и низкое образование NOx.
(Патентный документ 1) Заявка на патент Японии, первая публикация №6-241419
Краткое описание изобретения
Проблема, которую решает изобретение
Однако описанные выше традиционные технологии влекут за собой следующие проблемы.
Если специальное устройство удержания пламени не выполнено отдельно, постоянное уравновешивание скорости потока предварительно смешанного газа и скорости сгорания является затруднительным. Кроме того, существует зависящее от места отклонение в скорости потока и объеме потока предварительно смешанного газа, вытекающего из пористого тела, и, следовательно, трудно создать устойчивое трубообразное пламя.
Поскольку трубообразное пламя образуется в месте, которое отделено от излучающей трубки, извлечение тепла через излучающую трубку затруднено, и может быть уменьшена эффективность нагрева.
Кроме того, поскольку вышеописанная технология требует выполнения пористой трубки на участке внутренней трубки, проблемы заключаются в том, что процессы изготовления являются сложными, при этом возрастают затраты.
Настоящее изобретение предложено с точки зрения вышеизложенного, и его задачей является создание пламенного нагревателя, в котором создается устойчивое пламя и который повышает эффективность нагрева, не вызывая роста затрат.
Средства решения проблемы
Настоящее изобретение выполнено описанным ниже образом для того, чтобы выполнить указанную выше задачу.
Пламенный нагреватель согласно настоящему изобретению включает в себя внутреннюю трубку, имеющую питающий канал горючего газа во внутренней части, и внешнюю трубку, расположенную, чтобы образовать отделенное пространство сгорания на внешней периферии внутренней трубки. Отверстие для выбрасывания газа выполнено на стенке трубки внутренней трубки. Точка торможения для горючего газа образуется в пространстве сгорания, при этом в пространстве сгорания устанавливается поток горючего газа с образованием циркулирующего потока вокруг периферии точки торможения.
Изобретение принимает следующую конфигурацию в качестве действующей конфигурации для достижения вышеописанной задачи.
Пламенный нагреватель согласно настоящему изобретению включает в себя внутреннюю трубку, имеющую питающий канал для горючего газа во внутренней части, и внешнюю трубку, расположенную, чтобы образовать отделенное пространство сгорания на внешней периферии внешней трубки. Отверстие для выбрасывания горючего газа выполнено в стенке трубки внутренней трубки. Точка торможения для горючего газа создается на внутренней периферийной поверхности внешней трубки, при этом горючий газ выбрасывается с такими характеристиками выброса, которые создают циркулирующий поток вокруг периферии точки торможения.
Предпочтительно внутренняя трубка расположена в эксцентрическом положении к внешней трубке, при этом указанное отверстие выполнено на внешней периферийной поверхности с эксцентрической ориентацией по отношению к внутренней трубке.
В пламенном нагревателе, который имеет вышеупомянутые характеристики выброса, создание и поддержание устойчивого пламени облегчается (другими словами, не вызывая увеличения затрат) путем воспламенения (поджигания) горючего газа на периферии точки торможения, где скорость потока приблизительно равна нулю. Кроме того, поскольку циркулирующий поток образуется вокруг периферии точки торможения, создается устойчивое горение. В соответствующем примере, когда величина потока газа растет, выпускной путь для горючего газа не может быть обеспечен, при этом существует возможность, что устойчивость пламени снизится. И наоборот, настоящее изобретение создает и удерживает устойчивое пламя на внутренней периферийной поверхности внешней трубки.
Когда внутренняя трубка и внешняя трубка расположены концентрично, при этом отверстие находится в месте, в котором точка торможения создается в конкретном месте на внутренней периферийной поверхности внешней трубки, пламя может быть стабилизировано, создано и удержано в конкретном месте на внутренней периферийной поверхности внешней трубки.
Внешняя периферийная поверхность внутренней трубки включает в себя первую область, в которой расстояние до внутренней периферийной поверхности внешней трубки является наименьшим, и вторую область, в которой это расстояние больше, чем в первой области. Когда отверстие выполнено в первой области, в которой расстояние до внутренней периферийной поверхности внешней трубки является наименьшим, выпускной путь для горючего газа может быть обеспечен между внутренней периферийной поверхностью внешней трубки и второй областью, включающей область на противоположной стороне до первой области.
В настоящем изобретении возможен эффективный нагрев через внешнюю трубку, поскольку пламя может быть создано и может поддерживаться в точке торможения на внутренней периферийной поверхности внешней трубки.
Внутренняя трубка расположена в произвольном месте по отношению к внешней трубке. Когда внутренняя трубка расположена несимметрично относительно центра, является предпочтительным, чтобы была принята конфигурация, в которой отверстие выполнено на внешней периферийной поверхности, расположенной в эксцентрическом направлении по отношению к внутренней трубке. Таким образом, в настоящем изобретении создание первой области, в которой имеется маленькое расстояние между внутренней периферийной поверхностью внешней трубки и наружной периферийной поверхностью внутренней трубки, выполняется легко.
Следующее описание средства для решения проблемы относится к ситуации, при которой внутренняя трубка расположена с эксцентрической ориентацией по отношению к внешней трубке.
Также предпочтительно принята конфигурация, в которой множество расположено на интервале в периферийном направлении вокруг осевого центра внутренней трубки.
Таким образом, в настоящем изобретении пламя во множестве точек может быть создано и удерживаться на интервале в периферийном направлении по отношению к внутренней периферийной поверхности внешней трубки, и за счет этого возможен более эффективный нагрев.
В настоящем изобретении, когда внутренняя трубка расположена эксцентрически, предпочтительно принимают конфигурацию, в которой второе отверстие для выброса горючих газов в место, отделенное от точки торможения, расположено в месте, отделенном от первой области во внутренней трубке.
Таким образом, в настоящем изобретении распространение пламени, которое образуется и удерживается в точке торможения, обеспечивается в горючем газе, выбрасываемом из второго отверстия. Затем в настоящем изобретении могут быть устранены потери давления, являющиеся результатом использования пористого корпуса. Кроме того, поскольку введенное количество тепла может быть увеличено, не увеличивая длину внутренней трубки и внешней трубки, можно предотвратить увеличение размера устройства, являющееся результатом, например, увеличения длины внутренней трубки и внешней трубки. Поскольку в настоящем изобретении могут быть подавлены потери давления, возможно его применение на городских газовых трубопроводах низкого давления.
Второе отверстие предпочтительно имеет конфигурацию, в которой второе отверстие расположено с обеих сторон, охватывая первую область, при этом оно размещено попеременно с отверстием вдоль первой области.
Таким образом, в настоящем изобретении можно создать и удерживать пламя, и создавать распространение пламени с равномерным распределением.
Настоящее изобретение предпочтительно принимает конфигурацию, в которой поддерживающий элемент поддерживает дистальный конец внутренней трубки, т.е. используется консольное крепление базового конца между внутренней трубкой и внешней трубкой, при этом поддерживает интервал между внешней периферийной поверхностью внутренней трубки и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки. Поддерживающий элемент может быть пластинчатым или может быть стержнеобразным, подвешенным между внешней трубкой и внутренней трубкой.
Таким образом, в настоящем изобретении можно предотвратить создание вибрации на дистальном конце внутренней трубки, которая приводит к потере постоянного интервала между внешней периферийной поверхностью внутренней трубки и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки на конце основания и дистальном конце, и за счет этого можно обеспечить постоянный интервал между первой областью, в которой выполнено отверстие, и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки. Следовательно, точки торможения можно непрерывно формировать устойчивым образом, и за счет этого возможно создание и поддержание устойчивого и постоянного пламени.
Предпочтительно принимается конфигурация, в которой поддерживающий элемент расположен дальше по отношению к дистальному концу, чем отверстие, расположенное еще дальше по отношению к дистальному концу, при этом он имеет размер, который, по меньшей мере, закрывает пространство сгорания, которое обращено к первой области.
Таким образом, в настоящем изобретении горючий газ, выбрасываемый из отверстия, расположенного на стороне самого дистального конца по отношению к стороне дистального конца, сталкивается с поддерживающим элементом и вводится в пространство сгорания со стороны второй области. Затем пламя в точке торможения также вводится в пространство сгорания со стороны второй области, при этом облегчается воспламенение горючего газа в пространстве сгорания.
Настоящее изобретение предпочтительно принимает конфигурацию, в которой множество отверстий находятся на одной прямой и разнесены в пространстве в первой области, при этом поддерживающий элемент имеет размер, который закрывает пространство сгорания, обращенное к первой области, с обеих сторон в направлении линии выравнивания, охватывая точку торможения, соответствующую соответствующим отверстиям.
Таким образом, в настоящем изобретении горючий газ, выбрасываемый из каждого отверстия, должен быть введен в пространство сгорания со стороны второй области. Следовательно, пламя в точке торможения также вводят в пространство сгорания со стороны второй области, при этом дополнительно облегчается воспламенение горючего газа в пространстве сгорания.
Изобретение принимает следующую конфигурацию в качестве действующей конфигурации для достижения поставленной задачи.
Пламенный нагреватель согласно настоящему изобретению включает в себя внутреннюю трубку, имеющую питающий канал для горючего газа во внутренней части, и внешнюю трубку, расположенную, чтобы создать отделенное пространство сгорания в наружной периферии внутренней трубки. Отверстие для выбрасывания горючего газа выполнено в стенке трубки внутренней трубки. Пламенный нагреватель включает в себя элемент создания точки торможения и циркуляционного потока для создания точки торможения и циркуляционного потока горючего газа, выбрасываемого из отверстий, которые расположены напротив отверстий вдоль осевого направления в пространстве сгорания.
Предпочтительно элемент создания точки торможения и циркуляционного потока имеет вогнутую кривую, образованную вокруг оси внутренней трубки на каждой из множества внутренних трубок.
В пламенном нагревателе, который имеет вышеуказанную конструкцию, создание и поддержание устойчивого пламени облегчается (другими словами, не вызывая увеличения затрат) путем воспламенения (поджигания) горючего газа в периферии точки торможения, где скорость потока приблизительно равна нулю, и которое образуется на поверхности элемента создания точки торможения и циркулирующего потока. Кроме того, поскольку циркулирующий поток образуется вокруг периферии точки торможения, осуществляется устойчивое горение. В соответствующем примере, когда величина потока газа возрастает, выпускной путь для горючего газа не может быть обеспечен, и существует возможность, что устойчивость пламени будет уменьшена. Однако настоящее изобретение создает и обеспечивает устойчивое пламя на поверхности элемента создания точки торможения и циркуляционного потока, обращенной к отверстиям, и может обеспечить выпускной путь для горючего газа в области, в которой внутренняя трубка и элемент создания точки торможения и циркулирующего потока не являются противоположно расположенными.
В настоящем изобретении предпочтительно принята конфигурация, в которой элемент создания точки торможения и циркулирующего потока расположены на центральной оси внешней трубки, при этом множество внутренних трубок расположено вокруг центральной оси с отверстием, обращенным к центральной оси.
Таким образом, в настоящем изобретении устойчивая точка торможения и пламя для горючего газа создаются и поддерживаются вокруг центральной оси внешней трубки, и, таким образом, распределение температуры может быть проконтролировано во время нагрева внешней трубки.
Предпочтительно принята конфигурация, в которой элемент создания точки торможения и циркуляционного потока имеют питающий канал для горючего газа во внутренней секции, при этом отверстие выполнено для создания точки торможения и выбрасывания горючего газа по направлению к соответствующим внешним периферийным поверхностям множества внутренних трубок, которые расположены вокруг центральной оси.
Таким образом, в дополнение к поверхности элемента создания точки торможения и циркуляционного потока, расположенной в центре внешней трубки, устойчивая точка торможения для горючего газа и пламени может также создаваться и удерживаться на поверхности множества внутренних трубок, которые расположены вокруг центральной оси.
Предпочтительно принята конфигурация, в которой множество элементов создания точек торможения и циркуляционного потока выполнено на интервале в пространстве сгорания и является соответственно внутренней трубкой, которая имеет отверстия, обращенные к внешней периферийной поверхности соседних внутренних трубок.
Таким образом, множество внутренних трубок обеспечивают создание и поддержание устойчивого пламени и точку торможения горючего газа на внешней периферийной поверхности, обращенной к отверстиям соседних внутренних трубок.
Таким образом, предпочтительно принята конфигурация, в которой множество внутренних трубок расположены с интервалом вокруг центральной оси внешней трубки.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает образование и поддержание устойчивого пламени и точки торможения для горючего газа вокруг центральной оси внешней трубки, и, таким образом, распределение температуры может быть проконтролировано во время нагрева внешней трубки.
В настоящем изобретении предпочтительно принята конфигурация, в которой выполнено второе отверстие для выбрасывания горючего газа в место, отделенное от точки торможения в трубке.
Таким образом, в настоящем изобретении распространение пламени, которое создается и поддерживается в точке торможения, возможно в горючем газе, выбрасываемом из второго отверстия. Следовательно, в настоящем изобретении могут быть устранены потери давления, являющиеся результатом использования пористого тела. Кроме того, поскольку введенное количество теплоты может быть увеличено, не увеличивая длину внутренней трубки и внешней трубки, можно предотвратить увеличение размера устройства, являющееся результатом, например, увеличения длины внутренней трубки и внешней трубки. Поскольку потеря давления в настоящем изобретении может быть устранена, возможно применение изобретения в городских газовых трубопроводах низкого давления.
Второе отверстие предпочтительно принимает конфигурацию, в которой второе отверстие расположено с обеих сторон, охватывающих область, обращенную к элементу создания точки торможения и циркуляционного потока, при этом оно располагается чередуясь с отверстием в направлении вдоль обращенной к ней области.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает создание и поддержание пламени и равномерное распределение распространения пламени.
Настоящее изобретение предпочтительно принимает конфигурацию, в которой поддерживающий элемент поддерживает дистальный конец внутренней трубки, т.е. используется консольное крепление базового конца, и элемент создания точки торможения и циркуляционного потока между внешней трубкой, и обеспечивает интервал между внутренней периферийной поверхностью внешней трубки и внешней периферийной поверхностью внутренней трубки и элементом создания точки торможения и циркуляционного потока. Поддерживающий элемент может быть трубчатым или может быть стержнеобразным, подвешенным между внешней трубкой и внутренней трубкой.
Таким образом, в настоящем изобретении можно предотвратить создание вибрации в дистальном конце внутренней трубки и элемента создания точки торможения и циркуляционного потока, которая приводит к потере постоянного интервала между внутренней трубкой и внешней периферийной поверхностью элемента создания точки торможения и циркуляционного потока и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки на конце основания и дистальном конце, и за счет этого обеспечить постоянный интервал между отверстием и элементом создания точки торможения и циркуляционного потока и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки. Следовательно, точки торможения могут непрерывно создаваться устойчивым образом, и за счет этого возможно образование и обеспечение устойчивого и непрерывного пламени.
Предпочтительно принята конфигурация, в которой поддерживающий элемент расположен дальше по отношению к дистальному концу, чем отверстие, расположенное еще дальше по отношению к дистальному концу, и, по меньшей мере, имеет размер, который закрывает пространство сгорания, обращенное к отверстию.
Таким образом, в настоящем изобретении горючий газ, выбрасываемый через отверстие, расположенное на самой большой стороне дистального конца по отношению к стороне дистального конца, сталкивается с поддерживающим элементом и вводится в большое пространство сгорания. Затем пламя в точке торможения также вводят в пространство сгорания, при этом облегчается воспламенение горючего газа в пространстве сгорания.
В настоящем изобретении предпочтительно принята конфигурация, в которой поддерживающий элемент расположен больше по направлению к стороне дистального конца, чем самое дистальное отверстие, и имеет размер, позволяющий закрыть все пространство сгорания.
Предпочтительно поддерживающий элемент поддерживает дистальный конец внутренней трубки, который консольно закреплен на конце основания, и дистальный конец элемента создания точки торможения и циркулирующего потока во внешней трубке и обеспечивает интервал между внешней периферийной поверхностью внутренней трубки и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки, обеспечивает также интервал между внешней периферийной поверхностью элемента создания точки торможения и циркуляционного потока и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки.
Таким образом, в настоящем изобретении можно избежать ситуации, при которой горючий газ собирается на участке дистального конца низкотемпературной внешней трубки и приводит к ситуации несгорания и к образованию СО.
В настоящем изобретении поддерживающая пластина предпочтительно принимает конфигурацию свободно смещающейся в осевом направлении относительно внешней трубки.
Таким образом, в настоящем изобретении, даже когда существует большая разница в величине теплового расширения, в частности, в осевом направлении, обусловленная температурной разницей между внешней трубкой и внутренней трубкой, поскольку поддерживающая пластина смещается относительно внешней трубки, деформация поддерживающей пластины или т.п. не происходит, при этом может быть обеспечен интервал между внешней периферийной поверхностью внутренней трубки и внутренней периферийной поверхностью внешней трубки.
Кроме того, настоящее изобретение предпочтительно принимает конфигурацию, в которой питающий канал во внутренней трубке закрыт на дистальном конце.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает маленький недорогой пламенный нагреватель, который подает горючий газ от конца основания и обеспечивает выпуск отработавших газов.
Положительные эффекты изобретения
Согласно настоящему изобретению эффективность нагрева пламенного нагревателя может быть улучшена путем создания устойчивого пламени, не вызывая роста затрат.
Краткое описание чертежей
Фиг.1A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.1B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.2A представляет собой вид сверху внутренней трубки, если смотреть из первой области.
Фиг.2B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя, включающего в себя внутреннюю трубку.
Фиг.3A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Фиг.3B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Фиг.4 представляет собой детальный вид основных составляющих элементов пламенного нагревателя согласно четвертому варианту осуществления изобретения.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид внешней трубки и внутренней трубки согласно пятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.6 представляет собой вид в разрезе концентрично расположенных внешней трубки и внутренней трубки.
Фиг.7 представляет собой вид в разрезе концентрично расположенных внешней трубки и внутренней трубки.
Фиг.8 представляет собой вид в разрезе другого аспекта концентрично расположенных внешней трубки и внутренней трубки.
Фиг.9A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно шестому варианту осуществления изобретения.
Фиг.9B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно шестому варианту осуществления изобретения.
Фиг.9C представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно шестому варианту осуществления изобретения.
Фиг.10A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно седьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.10B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно седьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.10C представляет собой увеличенный вид основных составляющих элементов пламенного нагревателя согласно седьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.10D представляет собой увеличенный вид основных составляющих элементов пламенного нагревателя согласно седьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.11A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно восьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.11B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно восьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.11C представляет собой увеличенный вид основных составляющих элементов пламенного нагревателя согласно восьмому варианту осуществления изобретения.
Фиг.12A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя согласно девятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.12B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя согласно девятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.12C представляет собой увеличенный вид основных составляющих элементов пламенного нагревателя согласно девятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.13A представляет собой вид сверху внутренней трубки с тела необтекаемой формы пламенного нагревателя согласно десятому варианту осуществления изобретения.
Фиг.13B представляет собой вид сбоку в разрезе внутренней трубки пламенного нагревателя согласно десятому варианту осуществления изобретения.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Аспекты вариантов осуществления нагревателя согласно настоящему изобретению будут описаны ниже со ссылками на фиг.1-фиг.13. Поскольку каждая ссылочная позиция, используемая в описании ниже, обозначает каждый элемент с размером, позволяющим его опознать, соответствующие изменения могут быть сделаны в отношении размеров каждого элемента.
Первый вариант осуществления изобретения
Фиг.1A представляет собой вид спереди в разрезе пламенного нагревателя 1 согласно первому варианту осуществления изобретения, а фиг.1B представляет собой вид сбоку в разрезе.
Пламенный нагреватель 1 схематично включает в себя внешнюю трубку 10, работающую как излучающая трубка, изготовленную из жаропрочного металла и закрытую на дистальном конце, и внутреннюю трубку 20 из жаропрочного металла, консольно удерживаемую с помощью поддерживающего средства (не показано) на конце основания (левая сторона фиг.1A), расположенную во внутренней части 10 внешней трубки и имеющую питающий канал 21 для пламенного газа G во внутренней части.
Горючий газ G включает в себя предварительно смешанный газ топлива и воздух или предварительно смешанный газ топлива и кислородосодержащего газа. Топливо включает в себя метан, пропан или т.п. Кроме того, может быть использовано жидкое топливо путем выполнения предварительного парообразования.
Внешняя трубка 10 имеет круглую цилиндрическую форму с нижней частью, закрытой на дистальном конце, при этом она соединена на конце основания с выпускной трубкой 11, через которую выводится отработанный газ.
Внутренняя трубка 20 имеет круглую цилиндрическую форму с нижней частью, закрытой на дистальном конце таким же образом, как и внешняя трубка 10, при этом она соединена на конце основания с механизмом подачи предварительно смешанного газа (не показан) для подачи пламенного газа G выше. Например, весь предварительно смешанный газ может быть подан с коэффициентом избытка воздуха 1,0-1,6.
Внутренняя трубка 20 расположена эксцентрически на внутренней стороне внешней трубки 10 на дистальном конце, чтобы, таким образом, создать пространство 30 сгорания между внешней периферийной поверхностью 20A и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10.
Внешняя периферийная поверхность 20A внутренней трубки 20 имеет первую область 22, на которой расстояние до внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10 является самым маленьким, и вторую область 23, в которой это расстояние больше, чем в первой области 22. Более конкретно, на внешней периферийной поверхности 20A первая область (линия шины) 22, которая имеет самое маленькое расстояние до внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, образована в осевом направлении на участке, расположенном в эксцентрической ориентации во внутренней трубке 20 (на фиг.1 относится к нижней секции фиг.1B), и в других областях образована вторая область 23, которая имеет большее расстояние до внутренней периферийной поверхности 10A, чем первая область 22.
В первой области 22 множество отверстий 24 (пять в данном примере) разнесены на интервале вдоль первой области 22 и проходят через стенку трубки вдоль направления диаметра в месте, которое является дистальным концом внутренней трубки 20. Устройство воспламенения (не показано) выполнено поблизости от места, обращенного к отверстиям 24 внутренней трубки 20.
Внешняя периферийная поверхность 20A, расположенная дальше по отношению к концу основания (левая сторона фиг.1A), чем область, образующая отверстия 24, является областью P предварительного нагрева для предварительного нагрева пламенного газа G питающего канала 21, использующего сгоревшие газы (пламя).
Далее будет описана операция сгорания в пламенном нагревателе 1.
Горючий газ G, подаваемый из механизма подачи предварительно смешанного газа в питающий канал 21 внутренней трубки 20, выбрасывается из отверстия 24 по направлению к внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10.
Поскольку отверстие 24 выполнено в первой области 22, которая имеет самое маленькое расстояние до внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, горючий газ G, который выбрасывается из отверстия 24, сталкивается с противоположной внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10, создает точку S торможения на внутренней периферийной поверхности 10A по отношению к каждому отверстию 24 и демонстрирует разветвленное распределение вдоль внутренней периферийной поверхности 10A в каждой точке S торможения.
Устройство воспламенения воспламеняет горючий газ G поблизости от точки S торможения, чтобы таким образом создать пламя. Горючий газ G, разветвляясь в точке S торможения, течет от места поблизости от первой области 22, которая имеет маленькую площадь сечения, в пространство сгорания, которое находится на противоположной стороне первой области 22 и имеет большую площадь сечения. Как показано на фиг.1B, пламя F образуется с обеих сторон пространства 30 сгорания вокруг внутренней трубки 20.
Поскольку скорость потока газа в точке S торможения равна нулю в это время и поскольку циркулирующий поток создан поблизости струи в направлении к точке S торможения, получающееся пламя удерживается устойчиво.
Горючий газ протекает через пространство 30 сгорания и выходит через выпускную трубку 11. Однако теплообмен с горючим газом (несгоревшим газом) G происходит со стенкой трубки внутренней трубки 20 в области Р предварительного нагрева внутренней трубки 20 на середине пути от пространства 30 сгорания к выпускной трубке 11.
Таким образом, горючий газ G в питающем канале 21 выбрасывается из отверстия 24 в предварительно нагретом состоянии при высокой температуре и за счет этого повышает устойчивость пламени F и поэтому, даже когда газ выбрасывается в маленькое замкнутое пространство 30 сгорания, несгоревшие составляющие компоненты не образуются, и обеспечивается устойчивое горение.
В настоящем варианте осуществления изобретения, как описано выше, точка S торможения для горючего газа G образуется на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, при этом горючий газ G выбрасывается с такими характеристиками выброса, что образуется циркулирующий поток на периферии точки S торможения. В результате, поскольку горючий газ выбрасывается из отверстия 24, выполненного в стенке трубки внутренней трубки 20, и пламя F поддерживается в точке торможения, устойчивое пламя F может быть легко создано, даже когда изменяется величина потока, не вызывая затрат, в отличие от случая увеличений затрат, связанных с выполнением пористой трубки.
В дополнение, в настоящем варианте осуществления изобретения степень сгорания может быть увеличена путем только увеличения числа отверстий 24. Таким образом, простая конструкция с несколькими составляющими элементами обеспечивает снижение производственных затрат для пламенного нагревателя 1. Кроме того, возможно применение для городских газопроводов низкого давления, поскольку нет необходимости сильно повышать давление подачи горючего газа G, которое используется в случае применения пористой трубки. Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения простая конструкция выполнена путем размещения внутренней трубки 20 эксцентрически по отношению к внешней трубке 10, чтобы создать первую область 22, которая имеет маленькое расстояние между внешней периферийной поверхностью 20A внутренней трубки 20 и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10. Поэтому устойчивое пламя F может быть создано и может поддерживаться простым путем и при низких затратах.
Если используется пористая трубка и повышают давление подачи газа, существует возможность, что пламя будет продолжаться до внешней трубки и не будет поддерживаться, при этом выпускной путь для сгоревшего газа не будет обеспечен. Однако в настоящем варианте осуществления изобретения обеспечивается достаточный выпускной путь в пространстве 30 сгорания, обращенном к области (второй области), противоположной первой области 22, и в пространстве, которое находится между соседними отверстиями, при этом не происходит выбрасывания.
В настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку точка S торможения образуется на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10 и пламя F поддерживается вдоль внутренней периферийной поверхности 10A, извлечение тепла не нарушается таким образом, как это происходит, когда трубообразное пламя отделяется от внешней трубки 10, при этом эффективность нагрева внешней трубки 10 улучшается.
Второй вариант осуществления изобретения
Далее будет описан второй вариант осуществления изобретения пламенного нагревателя 1 со ссылкой на фиг.2. На чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составные элементы первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.1, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Отличие второго варианта осуществления изобретения от первого варианта осуществления изобретения заключается в том факте, что второе отверстие для снижения потерь давления газа выполнено отдельно от отверстия 24.
Фиг.2A представляет собой вид сверху внутренней трубки 20, если смотреть из первой области 22, а фиг.2B представляет собой вид сбоку в разрезе пламенного нагревателя 1, включающего в себя внутреннюю трубку 20.
Как показано на фиг.2A, в стенке трубки внутренней трубки 20 выполнено отверстие 24 в первой области 22 и, кроме того, второе отверстие 25 выполнено чередуясь с отверстием 24 вдоль первой области 22 с обеих сторон вокруг первой области 22.
Как показано на фиг.2B, горючий газ G выбрасывается из второго отверстия 25 в направлении места, отделенного от точки S торможения.
Второе отверстие 25 выполнено в месте устойчивого распространения пламени F, созданного в точке S торможения в горючем газе G, выбрасываемом из второго отверстия 25.
В других отношениях конструкция является такой же, как и в первом варианте осуществления изобретения.
В пламенном нагревателе 1, имеющем вышеописанную конфигурацию, пламя F, которое образуется и поддерживается в точке S торможения, может распространяться в горючем газе G, выбрасываемом из второго отверстия 25, чтобы за счет этого облегчить горение газа при возросшем размере потока. В результате в настоящем варианте осуществления изобретения потери давления, вызванные, например, использованием пористого тела, могут быть устранены. Кроме того, вводимое количество тепла может быть увеличено, не увеличивая длину внутренней трубки 20 и внешней трубки 10, чтобы увеличить размер потока. В результате можно предотвратить увеличение размера устройства, являющееся результатом, например, увеличения длины внутренней трубки 20 и внешней трубки 10. Кроме того, поскольку в настоящем изобретении потери давления могут быть подавлены, возможно применение в городских газопроводах низкого давления.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку отверстие 24 и второе отверстие 25 расположены чередуясь вдоль первой области 22 или второе отверстие 25 расположено на обеих сторонах, охватывающих первую область 22, создание и поддержание пламени F и распространение пламени происходят в устойчивом состоянии по существу с одинаковым распределением.
Третий вариант осуществления изобретения
Далее третий вариант осуществления пламенного нагревателя 1 будет описан со ссылкой на фиг.3. На чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составные элементы первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.1, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Отличие третьего варианта осуществления изобретения от первого варианта осуществления изобретения заключается в выполнении поддерживающей пластины на дистальном конце внутренней трубки 20.
Как показано на фиг.3A, поддерживающая пластина (поддерживающий элемент) 40, изготовленная из жаропрочного металла или т.п., в направлении, которое является перпендикулярным осевому направлению, выполнена дальше по отношению к дистальному концу, чем отверстие 24 внутренней трубки 20. Как показано на фиг.3B, поддерживающая пластина 40 входит в зацепление и прикреплена к внешней периферийной поверхности 20A внутренней трубки 20 посредством сквозного отверстия 40А и установлена, чтобы свободно смещаться в осевом направлении на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10 на внешней периферийной поверхности 40B.
Иначе говоря, поддерживающая пластина 40, выполненная за одно с внутренней трубкой 20, чтобы иметь размер, который позволяет закрыть все пространство 30 сгорания, при этом выполнена, чтобы свободно смещаться в осевом направлении в отношении внешней трубки 10.
В пламенном нагревателе 1, имеющем вышеописанную конфигурацию, поскольку дистальный конец внутренней трубки 20, который является консолью, установленной на конце основания, удерживается поддерживающей пластиной 40, интервал между внешней периферийной поверхностью 20A внутренней трубки 20 (то есть первая область 22) и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10 может быть постоянным. Кроме того, даже если высокотемпературная внутренняя трубка 20 испытывает тепловое расширение по причине разницы температур между внешней трубкой 10 и внутренней трубкой 20, деформация или изгибание могут быть предотвращены, поскольку поддерживающая пластина 40, которая выполнена за одно с внутренней трубкой 20, может смещаться в осевом направлении относительно внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10.
Горючий газ G, который выбрасывается из отверстия 24, которое размещено дальше всего в отношении дистального конца, сталкивается с внутренней периферийной поверхностью 10A противолежащей внешней трубки 10, создает точку S торможения на внутренней периферийной поверхности 10A на каждом отверстии 24 и разветвляется вдоль внутренней периферийной поверхности 10A в точке S торможения. Однако, поскольку пространство 30 сгорания, которое противоположно первой области 22, закрыто поддерживающей пластиной 40, горючий газ G, разветвляясь в направлении поддерживающей пластины 40, сталкивается с поддерживающей пластиной 40 и затем вводится в пространство 30 сгорания, обращенное к противоположной стороне (вторая область 23) по отношению к первой области 22. Следовательно, воспламенение периферийного горючего газа G облегчатся посредством пламени, которое удерживается в точке S торможения.
В настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку пространство 30 сгорания разделено поддерживающей пластиной 40, можно избежать ситуации, при которой горючий газ G собирается в несгоревшем состоянии на участке дистального конца внешней трубки 10, который имеет относительно низкую температуру, и приводит к образованию CO.
В описанном выше варианте осуществления изобретения хотя поддерживающий элемент имеет форму, как плоская поддерживающая пластина 40, изобретение не ограничено в этом отношении, и, например, в нем может быть использован поддерживающий элемент, который включает в себя элемент кольца, установленный с возможностью свободно смещаться в осевом направлении на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, и стержневой элемент, который соединяет кольцевой элемент и внутреннюю трубку 20.
Четвертый вариант осуществления изобретения
Далее будет описан со ссылкой на фиг.4 четвертый вариант осуществления изобретения, который является модификацией третьего варианта осуществления изобретения, приведенного выше.
На чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составные элементы третьего варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.3, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Как показано на фиг.4, в настоящем варианте осуществления изобретения поддерживающая пластина 41 выполнена соответственно на внешней периферийной поверхности 20A внешней трубки 20 с обеих сторон в направлении линий отверстий 24, чтобы охватывать точку S торможения, которая соответствует отверстию 24, и находится дальше по отношению к концу основания, чем поддерживающая пластина 40. Поддерживающая пластина 41 имеет размер, который закрывает пространство 30 сгорания, обращенное к первой области 22. Более конкретно, каждая поддерживающая пластина 41 не закрывает целиком пространство 30 сгорания, как поддерживающая пластина 40, но закрывает только пространство 30 сгорания поблизости от первой области 22 таким образом, что горючий газ G, выбрасываемый из отверстия 24, может течь в пространство 30 сгорания на противоположной стороне и может быть выпущен через выпускную трубку 11. Кроме того, каждая поддерживающая пластина 41 выступает из стенки трубки внутренней трубки 20 по направлению к внешней трубке 10 только на периферии первой области 22 таким образом, что обеспечивается положение внутренней трубки 20 по отношению к внешней трубке 10 и выполнено в форме лопасти, например, установленной на внутренней периферийной поверхности 10A. В пламенном нагревателе 1, имеющем описанную выше конфигурацию, горючий газ G, выбрасываемый из каждого отверстия 24, сталкивается с поддерживающей пластиной 41 и затем вводится в пространство 30 сгорания, обращенное к противоположной стороне первой области 22 (вторая область 23). Следовательно, более эффективное воспламенение периферийного горючего газа G облегчается пламенем, которое удерживается в точке S торможения.
Пятый вариант осуществления изобретения
Далее будет описан со ссылкой на фиг.5 пятый вариант осуществления пламенного нагревателя 1.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид внешней трубки 10 и внутренней трубки 20.
Как показано на чертеже, внутренняя трубка 20 в пламенном нагревателе 1 согласно настоящему варианту осуществления изобретения выполнена в пространстве 30 сгорания во внешней трубке 10 с интервалом в периферийном направлении вокруг центральной оси внешней трубки 10. Множество внутренних трубок 20 (на фиг.5 выполнено шесть трубок с интервалом в 60°) соответственно расположены в эксцентриковой ориентации по отношению к внешней трубке 10.
Кроме того, в каждой внутренней трубке 20 множество отверстий 24 (не показано на фиг.5) выполнены с интервалом в осевом направлении и расположены в первой области 22, в которой расстояние между внешней периферийной поверхностью 20A и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10 является кратчайшим.
В пламенном нагревателе 1, имеющем вышеописанную конфигурацию, горючий газ G вбрасывается соответственно из (отверстий) множества внутренних трубок 20, при этом точка торможения образуется на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, чтобы, таким образом, создать устойчивое множество из пламени вокруг оси вдоль внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10 путем воспламенения горючего газа G.
Следовательно, в дополнение к достижению такой же работы и эффекта, как и в первом варианте осуществления изобретения, настоящий вариант осуществления изобретения позволяет нагреть внешнюю трубку 10 до более высокой температуры.
Конфигурация и сборка каждого составляющего элемента, описанного в примерах выше, являются только примерами, при этом возможны различные модификации, вытекающие из требований конструкции или т.п. в пределах объема, который не выходит за рамки настоящего изобретения.
Например, во втором варианте осуществления изобретения, хотя была описана конфигурация, в которой второе отверстие 25 было выполнено в дополнение к отверстию 24, изобретение не ограничено в этом отношении, и в отношении с третьего по пятый варианты осуществления изобретения возможна конфигурация внутренней трубки 20, в которой второе отверстие выполнено в дополнение к отверстию 24.
В вариантах осуществления изобретения, приведенных выше, была принята конфигурация, в которой первая область 22, имеющая самое маленькое расстояние между внешней периферийной поверхностью 20A и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10, была образована путем расположения каждой внутренней трубки 20 в эксцентриковой ориентации по отношению к внешней трубке 10. Однако изобретение не ограничено в этом отношении, при этом также возможна концентричная ориентация. Например, как показано на фиг.6, может быть выполнена конфигурация, в которой внутренняя трубка 20 и внешняя трубка 10 могут быть расположены концентрично, при этом выступ 42, выступающий в пространство 30 сгорания, выполнен на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, а отверстие 24 выполнено обращенным к выступу 42 в первой области 22, в которой расстояние до внешней периферийной поверхности 20A является самым коротким, или, как показано на фиг.7, внутренняя трубка 20 и внешняя трубка 10 могут быть выполнены концентрично, при этом выступ 43 может быть выполнен с возможностью вдаваться в пространство 30 сгорания на внешней периферийной поверхности 20A внутренней трубки 20 и образовывать первую область 22, в которой расстояние до внутренней периферийной поверхности 10A является самым маленьким, при этом отверстие 24 может быть выполнено на выступе 42.
Как показано на фиг.6 и фиг.7, когда внутренняя трубка 20 и внешняя трубка 10 расположены концентрично, не всегда необходимо выполнять первую область, в которой расстояние между внешней периферийной поверхностью 20A внутренней трубки 20 и внутренней периферийной поверхностью 10A внешней трубки 10 является самым маленьким. Например, как показано на фиг.8, изобретение может быть применено к конфигурации, в которой внешняя периферийная поверхность 20A внутренней трубки 20 и внутренняя периферийная поверхность 10A внешней трубки 10 размещены на равных интервалах. В этом случае точка S торможения образуется в конкретном месте на внутренней периферийной поверхности 10A внешней трубки 10, обращенной к отверстию 24 внутренней трубки 20. Кроме того, образование циркулирующего потока на периферии этой точки S торможения обеспечивает поддержание устойчивого пламени, созданного с помощью циркулирующего потока, образовавшегося на периферии выброса по направлению к точке S торможения, и поэтому обеспечивает такую же работу и эффект, как и варианты осуществления изобретения, приведенные выше.
Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже. Следующий вариант осуществления изобретения включает в себя элемент создания точки торможения и циркулирующего потока, чтобы создать точку торможения и циркулирующий поток в горючем газе в пламенном нагревателе.
Шестой вариант осуществления изобретения
Фиг.9A представляет собой вид спереди пламенного нагревателя согласно первому варианту осуществления изобретения, а фиг.9B представляет собой вид сбоку в разрезе.
Пламенный нагреватель 101 схематично включает в себя внешнюю трубку 110, работающую как трубка излучения, изготовленная из жаропрочного металла и закрытая на дистальном конце, необтекаемое тело 150 (элемент образования точки торможения и циркулирующего потока) и множество внутренних трубок 120 из жаропрочного металла, которые консольно установлены с помощью поддерживающего средства (не показано) на конце основания (левая сторона фиг.9A), расположенного в пространстве 130 сгорания внутренней части внешней трубки 110 и имеющего питающий канал 21 для горючего газа G во внутренней части.
Горючий газ G включает в себя предварительно смешанное газообразное топливо и воздух или предварительно смешанное газообразное топливо и кислородсодержащий газ. Топливо включает в себя метан, пропан или т.п. Кроме того, может быть использовано жидкое топливо путем создания места для предварительного испарения.
Внешняя трубка 110 имеет круглую цилиндрическую форму с дном, закрытым на дистальном конце и соединенным на конце основания с выпускной трубкой 111, через которую выпускается сгоревший газ.
Внутренняя трубка 120 имеет круглую цилиндрическую форму с дном, закрытым на дистальном конце таким же образом, что и внешняя трубка 110, и соединенным на конце основания с механизмом подачи предварительно смешанного газа (не показано) для подачи горючего газа G выше. Например, полностью смешанный газ может быть подан с соотношением излишка воздуха, равным 1,0-1,6.
Как показано на фиг.9B, множество внутренних трубок 120 расположены с интервалом вокруг центральной оси внешней трубки 110 (в данном примере шесть трубок расположены с интервалом в 60°).
Каждая внутренняя трубка 120 имеет множество отверстий 124 (пять в данном примере), которые разнесены с некоторым интервалом в осевом направлении в месте, обращенном к необтекаемому телу 150, на дистальном конце и по направлению к центральной оси внешней трубки 110, проникая через стенку трубки вдоль направления диаметра. Устройство воспламенения (не показано) выполнено поблизости от места, обращенного к отверстиям 124 внешней трубки 110.
Внешняя периферийная поверхность 120A, расположенная дальше по отношению к концу основания (левая сторона фиг.9A), чем область, образующая отверстия 124, является областью Р предварительного нагрева питающего канала 121 для предварительного нагрева горючего газа G с использованием сгоревших газов (пламени).
Осевая линия необтекаемого тела 150 находится на одной прямой с центральной осью внешней трубки 110, и ее периферия окружена внутренними трубками 120. Вогнутая кривая 150A, образовавшаяся вокруг оси внутренней трубки 120, образована в осевом направлении в месте, обращенном к каждой внутренней трубке 120 (отверстие 124).
Далее будет описана операция сжигания в пламенном нагревателе.
Горючий газ G, подаваемый из механизма подачи предварительно смешанного газа к питающему каналу 121 внутренней трубки 120, вбрасывается из соответствующих отверстий 124 по направлению к вогнутой кривой 150A необтекаемого тела 150.
Горючий газ, который вбрасывается из отверстий 124, сталкивается с вогнутой кривой 150A необтекаемого тела 150, создает точку S торможения на вогнутой кривой 150A, соответствующую каждому отверстию 124, и разветвляется вдоль вогнутой кривой 150A в каждой точке S торможения.
Устройство воспламенения воспламеняет горючий газ G вблизи точек S торможения, чтобы таким образом создать и поддерживать пламя в точке S торможения. Поскольку скорость потока в точке S торможения в это время равна приблизительно нулю, пламя, образованное круговым потоком на периферии струи по направлению к точке S торможения, устойчиво поддерживается в точке S торможения.
Горючий газ G, который разветвился в точке S торможения, протекает из области поблизости от необтекаемого тела 150, которое имеет высокое давление газа, в пространство 130 сгорания, которое является стороной внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110, которая является противоположной стороной к необтекаемому телу 150 по отношению к внутренней трубке 120.
Горючий газ течет через пространство 130 сгорания и выпускается через выпускную трубку 111. Однако теплообмен с горючим газом (несгоревший газ) G происходит со стенкой трубки внутренней трубки 120 в области предварительного нагрева Р внутренней трубки 120 на середине пути от пространства 130 сгорания к выпускной трубке 111.
Таким образом, горючий газ G в питающем канале 121 выбрасывается из отверстия 124 в предварительно нагретом состоянии с высокой температурой и за счет этого повышает устойчивость пламени F. Таким образом, даже если газ G выбрасывается в маленькое ограниченное пространство 130 сгорания, несгоревшие составляющие элементы не образуются и обеспечивается устойчивое горение.
В настоящем варианте осуществления изобретения, как описано выше, поскольку горючий газ G выбрасывается из отверстия 124, выполненного в стенке трубки внутренней трубки 120, по направлению к вогнутой кривой 150A необтекаемого тела 150, и пламя F удерживается в точке S торможения, повышения затрат, вызванные выполнением пористой трубки, могут быть устранены, при этом создание устойчивого пламени F может быть облегчено, даже если величина потока изменяется. Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения только увеличение числа отверстий 124 обеспечивает увеличение размера сгорания. Таким образом, производственные затраты для пламенного нагревателя 1 могут быть снижены за счет использования нескольких составляющих элементов и простой конструкции. Кроме того, нет необходимости значительно повышать давление подачи горючего газа G так, как при использовании пористой трубки, и, таким образом, достаточно обеспечивается применение в городских газовых трубопроводах низкого давления. Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения пламя может быть создано и поддерживаться с использованием соответствующего множества внутренних трубок 120, расположенных вокруг центральной оси внешней трубки 110, и, таким образом, процесс равномерного нагрева может быть осуществлен, не вызывая распределения температуры в периферийном направлении внешней трубки 110, которая является трубкой излучения.
Если давление подачи повышают за счет использования пористой трубки, существует возможность, что пламя будет продолжаться к внешней трубке и не может удерживаться, при этом выпускной путь для сгоревшего газа не будет обеспечен. Однако в настоящем варианте осуществления изобретения достаточный выпускной путь обеспечен в пространстве 130 сгорания поблизости от внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110 и в пространстве, выброс которого не присутствует между соседними отверстиями.
В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку канал для горючего газа G, который разветвляется в точке S торможения, находится вдоль внешней периферийной поверхности 120A внутренней трубки 120, и обеспечен плавный выпуск газа в пространство 130 сгорания, которое находится поблизости от внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110.
Между тем в настоящем варианте осуществления изобретения используется конфигурация, в которой аксиально ориентированное необтекаемое тело работает как элемент образования точки торможения и циркулирующего потока. Однако настоящее изобретение не ограничено в этом отношении, и можно использовать трубчатое тело (круглую трубку или, например, шестиугольную трубку).
Седьмой вариант осуществления изобретения
Далее будет описан со ссылкой на фиг.10 седьмой вариант осуществления пламенного нагревателя 101.
На чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составные элементы первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.6, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Отличие седьмого варианта осуществления изобретения от первого варианта осуществления изобретения заключается в том факте, что круглая трубка, которая является такой же, что и внутренняя трубка 20, расположена на центральной оси внешней трубки 110.
Другими словами, как показано с помощью частичного увеличенного вида на фиг.10C, в настоящем варианте осуществления изобретения внутренняя трубка (точка торможения и элемент образования циркулирующего потока) 220 коаксиально выравнена с центральной осью внешней трубки 110 и расположена с интервалом по отношению к внутренней трубке 120. Внутренняя трубка 120 является круглым цилиндром и выполнена с дном, дистальный конец которого закрыт. Механизм подачи предварительно смешанного газа (не показано) для подачи горючего газа G в питающем канале 221 во внутренней части соединен со стороны конца основания.
Внутренняя трубка 220 образует отверстия 224 для выброса горючего газа G соответственно в место, обращенное к каждой внутренней трубке 120, расположенной на ее периферии. Как показано на фиг.10D, осевая ориентация является такой, что отверстия 224 выполнены в месте, обращенном к внешней периферийной поверхности 120A, и не обращены к отверстиям 124 для каждой внутренней трубки 120. Другими словами, отверстия 124 внутренней трубки 120 также обращены к внешней периферийной поверхности 220A и не обращены к отверстиям 224 внутренней трубки 220.
В других отношениях конфигурация является такой же, как и в первом варианте осуществления изобретения.
В пламенном нагревателе 101, имеющем вышеописанную конфигурацию, горючий газ G, подаваемый из механизма подачи предварительно смешанного газа в питающий канал 121 внутренней трубки 120, выбрасывается из соответствующих отверстий 124 по направлению к внешней периферийной поверхности 220A внутренней трубки 120. Точка S торможения для горючего газа G образуется на внешней периферийной поверхности 220A. Горючий газ G разветвляется в точке S торможения и течет вдоль внешней периферийной поверхности 220A.
С другой стороны горючий газ G, подаваемый к питающему каналу 221 внутренней трубки 120, выбрасывается из соответствующего отверстия 224 по направлению к внешней периферийной поверхности 120A внутренней трубки 120. Точка S торможения для горючего газа G образуется на внешней периферийной поверхности 220A, при этом горючий газ G разветвляется в точке S торможения и течет вдоль внешней периферийной поверхности 120A. Другими словами, в настоящем варианте осуществления изобретения внутренняя трубка 120 также работает как точка торможения и элемент образования циркулирующего потока в дополнение к внутренней трубке 220.
Воспламенение горючего газа G с помощью устройства воспламенения поблизости от точки S торможения обеспечивает создание и удержание пламени в точке S торможения. Поскольку скорость потока газа в точке S торможения в это время равна нулю, получающееся пламя устойчиво удерживается в точке S торможения.
Горючий газ G, разветвляясь в точке S торможения, течет в пространство 130 сгорания на стороне внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110, которая имеет относительно низкое давление газа. Сгоревший газ выпускается из выпускной трубки 111.
Таким путем в описанном выше варианте осуществления изобретения кроме получения такой же работы и эффекта, как и в первом варианте осуществления изобретения, поскольку горючий газ G также выбрасывается из внутренней трубки 220, обеспечен более эффективный нагрев. Кроме того, поскольку точка S торможения также образуется на внешней периферийной поверхности 120A внутренней трубки 120, которая расположена на ее периферии, и за счет этого создает и удерживает пламя, устойчивое пламя может быть создано и удержано в более широком объеме.
Отверстие 124 внутренней трубки 120 и отверстие 224 внутренней трубки 220 могут быть выполнены во взаимно противоположных местах. Однако предпочтительным является выполнение на взаимно обращенном друг к другу месте на внешней периферийной поверхности 220A, 1120A для того, чтобы создать более устойчивую точку S торможения.
Восьмой вариант осуществления изобретения
Далее будет описан восьмой вариант осуществления пламенного нагревателя 1 со ссылкой на фиг.11.
Кроме того, на чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составляющие элементы первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.9, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Как показано на фиг.11B, в настоящем варианте осуществления изобретения множество внутренних трубок 120 взаимно расположены с интервалом в периферийном направлении вокруг центральной оси (на чертеже выполнено шесть трубок с интервалом 60°) без выполнения внутренней трубки на центральной оси внешней трубки 110.
Как показано с помощью частичного увеличенного вида на фиг.11C, каждая внутренняя трубка 120 включает в себя соответствующие отверстия 124, которые выбрасывают горючий газ G в место, обращенное к соседней внутренней трубке 120.
Таким же образом, как и в седьмом варианте осуществления изобретения, осевое расположение отверстий 124 предпочтительно расположено попеременно для соседних внутренних трубок 120 таким образом, что выбрасываемый горючий газ G сталкивается с внешней периферийной поверхностью 120A соседней внутренней трубки 120, как показано с помощью частичного увеличенного вида на фиг.10D.
В пламенном нагревателе 101, имеющем вышеописанную конфигурацию, кроме получения такой же работы и эффекта, что и в седьмом варианте осуществления изобретения, поскольку точка S торможения и пламя образуются на более близком месте к внешней трубке 110, которая работает как излучающая трубка, извлечение тепла внешней трубкой 110 облегчено, при этом может быть улучшена эффективность нагрева.
Девятый вариант осуществления изобретения
Далее будет описан девятый вариант осуществления пламенного нагревателя 101 со ссылкой на фиг.12.
На чертеже те составляющие элементы, которые являются теми же самыми, что и составляющие элементы шестого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.9, обозначены теми же ссылочными позициями, и их описание не повторяется.
Отличие девятого варианта осуществления изобретения от шестого варианта осуществления изобретения заключается в том факте, что поддерживающая пластина выполнена на стороне дистального конца внутренней трубки 120 и необтекаемого тела 150.
Как показано на фиг.12A, поддерживающая пластина (поддерживающий элемент) 140, изготовленная из жаропрочного металла или т.п., выполнена дальше по отношению к дистальному концу, чем отверстие 124 внутренней трубки 120 вдоль направления, которое находится под прямым углом к осевому направлению. Как показано на фиг.12B, поддерживающая пластина 140 входит в зацепление и прикреплена к внешней периферийной поверхности 120A внутренней трубки 120 и внешней периферийной поверхности 150A необтекаемого тела 150 и удерживается с возможностью свободно смещаться в осевом направлении на внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110 с помощью внешней периферийной поверхности 140B.
То есть поддерживающая пластина 140, выполненная за одно с внутренней трубкой 120 и необтекаемым телом 150 с возможностью иметь размер, который позволяет закрыть все пространство 130 сгорания, при этом выполнена, чтобы свободно смещаться в осевом направлении по отношению к внешней трубке 110.
В пламенном нагревателе 101, имеющем вышеописанную конфигурацию, так как дистальный конец внутренней трубки 120 и необтекаемое тело 150, которые являются консолью, установленной на конце основания, удерживаются поддерживающей пластиной 140, может быть обеспечен постоянный интервал между внешней периферийной поверхностью 120A внутренней трубки 120 и внешней периферийной поверхностью 150A необтекаемого тела 150 и внутренней периферийной поверхностью 110A внешней трубки 110. Кроме того, даже если высокотемпературная внутренняя трубка 120 испытывает тепловое расширение по причине температурной разницы между внешней трубкой 110 и внутренней трубкой 120, деформация или изгиб могут быть предотвращены, поскольку поддерживающая пластина 140, которая выполнена за одно с внутренней трубкой 120 и необтекаемым телом 150, может смещаться в осевом направлении относительно внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110.
Кроме того, как показано на частично увеличенном виде на фиг.12, горючий газ G, который выбрасывается из отверстия 124, которое расположено дальше всего по отношению к дистальному концу, сталкивается с внешней периферийной поверхностью 150A противолежащего необтекаемого тела 150, создает точку S торможения на внешней периферийной поверхности 150A в каждом отверстии 124 и разветвляется вдоль внешней периферийной поверхности 150A в точке S торможения. Однако, так как пространство 130 сгорания, которое противоположно отверстию 124, закрыто поддерживающей пластиной 140, горючий газ G, разветвляясь по направлению к поддерживающей пластине 140, сталкивается с поддерживающей пластиной 140 и затем вводится в пространство 130 сгорания на противоположной стороне противолежащего необтекаемого тела 150. Следовательно, воспламенение периферийного горючего газа G облегчается с помощью пламени, которое удерживается в точке S торможения.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения поскольку пространство 130 сгорания разделено поддерживающей пластиной 140, можно избежать ситуации, при которой горючий газ G собирается в несгоревшем состоянии на участке дистального конца внешней трубки 110, который имеет относительно низкую температуру, и приводит к образованию CO.
Кроме того, в описанном выше варианте осуществления изобретения хотя поддерживающий элемент выполнен как плоская поддерживающая пластина 140, изобретение не ограничено в этом отношении, и, например, в нем может быть применен поддерживающий элемент, который включает в себя кольцевой элемент, установленный с возможностью свободно смещаться в осевом направлении на внутренней периферийной поверхности 110A внешней трубки 110, и стержневой элемент, который соединяет кольцевой элемент внутренней трубки 120 и необтекаемое тело 150.
Кроме того, в описанном выше варианте осуществления изобретения хотя была описана конфигурация, при которой поддерживающая пластина 140 выполнена на внутренней трубке 120 и необтекаемом теле 150, как показано в шестом варианте осуществления изобретения, изобретение не ограничено в этом отношении, и, например, в нем может использоваться конфигурация, при которой поддерживающая пластина выполнена во внутренней трубке 120, 220, как в седьмом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.10, или конфигурация, при которой поддерживающая пластина выполнена во внутренней трубке 120, как в третьем варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.11.
Таким образом, получают такую же работу и эффект, как в девятом варианте осуществления изобретения.
Десятый вариант осуществления изобретения
Далее будет описан десятый вариант осуществления пламенного нагревателя 1 со ссылкой на фиг.13.
Отличие десятого варианта осуществления изобретения от шестого варианта осуществления изобретения заключается в том факте, что второе отверстие для снижения потерь давления газа выполнено отдельно от отверстия 124.
Фиг.13A представляет собой вид сверху внутренней трубки 120, если смотреть со стороны необтекаемого тела 150 (центральная ось внешней трубки 10, см. фиг.9), а фиг.13B представляет собой вид сбоку в разрезе.
Как показано на фиг.13A, в стенке трубки внутренней трубки 120 (внешняя периферийная поверхность 120A), отверстие 124 выполнено в осевом положении 122, обращенном к центральной оси внешней трубки 110, и, кроме того, второе отверстие 125 выполнено чередуясь с отверстием 124 вдоль осевого положения 122 на обеих сторонах вокруг осевого положения 122.
Как показано на фиг.13B, горючий газ G выбрасывается из второго отверстия 125 по направлению к месту, отделенному от точки S торможения.
Второе отверстие 125 выполнено в месте устойчивого распространения пламени F, созданного в точке S торможения в горючем газе G, выбрасываемого из второго отверстия 125.
В других отношениях конфигурация является такой же, как и в шестом варианте осуществления изобретения.
В пламенном нагревателе 101, имеющем вышеописанную конфигурацию, пламя, которое создано и поддерживается в точке S торможения, может быть распространено в горючий газ G, выбрасываемый из второго отверстия 125, чтобы за счет этого облегчить сжигание горючего газа при возросшей скорости потока. В результате в настоящем варианте осуществления изобретения можно избежать потерь давления, вызванных, например, использованием пористого тела. Кроме того, введенное количество тепла может быть увеличено, не увеличивая длину внутренней трубки 120, необтекаемого тела 150 и внешней трубки 110, чтобы увеличить размер потока. В результате можно предотвратить увеличение размера устройства, являющееся, например, результатом увеличения длины внутренней трубки 120, необтекаемого тела 150 и внешней трубки 110. Поскольку в настоящем изобретении могут быть устранены потери давления, возможно применение на городских газопроводах низкого давления.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку отверстие 124 и второе отверстие 125 расположены попеременно вдоль осевого положения 122, при этом второе отверстие 125 расположено с обеих сторон, охватывающих осевое положение 122, создание и поддержание пламени и распространение пламени осуществляются в устойчивом состоянии, по существу, с одинаковым распределением.
Конфигурация и сборка каждого составного элемента, описанного в примерах выше, являются только примерами, при этом возможны различные модификации, являющиеся результатом конструкционных требований или т.п. в пределах объема, который не выходит за рамки настоящего изобретения.
Например, в десятом варианте осуществления изобретения хотя была описана конфигурация, в которой второе отверстие 125 было выполнено в дополнение к отверстию 124 в пламенном нагревателе 101 согласно шестому варианту осуществления изобретения, изобретение не ограничено в этом отношении, и, например, конфигурация внутренней трубки 120 (внутренней трубки 220), которая описана с седьмого варианта осуществления изобретения по девятый вариант осуществления изобретения, может быть снабжена вторым отверстием с отверстием 124. Кроме того, может быть выполнено третье отверстие или более, при этом может быть образована область точки торможения и циркулирующего потока.
Кроме того, в описанном выше шестом варианте осуществления изобретения принята конфигурация, в которой необтекаемое тело 150, которое является элементом образования точки торможения и циркулирующего потока, расположено концентрично внешней трубке 110, при этом множество внутренних трубок 20 расположено вокруг центральной оси внешней трубки 110. Однако изобретение не ограничено этим, и возможна конфигурация, в которой внутренняя трубка 20 может быть расположена концентрично внешней трубке 110, при этом множество необтекаемых тел 150 расположено вокруг центральной оси внешней трубки 110. Эта конфигурация также обеспечивает ту же работу и эффект, что и в шестом варианте осуществления изобретения.
Хотя предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны выше со ссылками на приложенные чертежи, настоящее изобретение, конечно же, этим не ограничено. Иначе говоря, различные дополнения, пропуски, замещения и другие модификации конфигураций возможны, не выходя за настоящее изобретение. Кроме того, настоящее изобретение не ограничено приведенным выше описанием, но ограничено только объемом приложенной формулы изобретения.
Промышленная применимость
Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает образование устойчивого пламени без увеличения затрат и улучшает эффективность нагрева пламенного нагревателя.