МУЛЬТИТОПЛИВНАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к сфере энергетики и горелочным устройствам.
Известна полезная модель «Газовая горелка» (см. Алтунин К.В. Газовая горелка, Патент РФ на ПМ №129600, МПК F23D 14/20, Опубл. 27.06.2013 г. Бюл. №18), содержащая корпус со смесительной камерой и головкой, крышку, причем для обеспечения регенерации тепла крышка соединена со стержнем, а стержень соединен с интенсификатором теплоотдачи. Газовая горелка может иметь выступы для большего поглощения тепла от внешней стороны поверхности пламени, причем для снижения потерь тепла в окружающую среду поверхность выступов крышки с внешней стороны выполнена с теплоизоляцией. Газовая горелка может иметь конструктивную схему, где стержень с интенсификатором теплоотдачи установлен внутри конфузора, причем поток газа, проходящего через конфузор, увеличивает свою скорость.
Недостатки данной полезной модели: 1) устройство предназначено только для сжигания одного вида газообразного горючего; 2) ограниченное применение, т.к. устройство предназначено только для бытовых газовых плит.
Наиболее близкой технической разработкой является - «Мультитопливная горелка» (см. Hans Hoffeins, Richard Kalbfuss, Bora Ipek. Multifuel burner, US Patent # 4566269, F23D 17/002, 2.01.1986), имеющая места выхода для множества видов топлива, соответственно, соединенные с соответствующими пространствами подачи топлива, расположенными в головке горелки, при этом, по меньшей мере, одно из пространств подачи топлива предназначено для газообразного топлива и охватывает множество выходных сопел, расположенных по кольцу в головке сопла, также включает трубопроводы, соединяющие выходные сопла для топлива, газа в соответствующее пространство для подачи топлива, связанное с ним; трубопроводы, имеющие средства для компенсации расширения трубопроводов; выпускные сопла, имеющие выпускные отверстия, направленные наружу под углом от 20° до 80° к продольной оси мультитопливной горелки; причем головка сопла, имеет форму кольцевого цилиндра, а кольцево-цилиндрическая сопловая головка имеет наружный край, образованный фаской, также выпускные отверстия выходных сопел расположены на фаске с минимальным взаимным расстоянием, есть соответствующее место выхода топливного газа.
Недостаток данного изобретения: отсутствие эффективной регенерации тепла от пламени горелки.
Решаемая техническая проблема - существующие горелки, в основном, не имеют регенерации тепла, в связи с этим их эффективность незначительна; сжигание только одного вида топлива резко ограничивает практическое применение горелки.
Задача заявляемой полезной модели - производство тепла за счет эффективного сжигания одного или нескольких газообразных и жидких горючих с регенерацией тепла от пламени горелки.
Решаемой задачей заявляемой полезной модели является создание энергоэффективной мультитопливной горелки с регенерацией тепла от пламени и возможностью работы на нескольких газообразных и жидких горючих.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении коэффициента полезного действия горелки и повышения эффективности сжигания.
Технический результат достигается тем, что в мультитопливной горелке, содержащей корпус, каналы подачи газообразного горючего и жидкого горючего, выходные сопла, головку, установлены опорные кронштейны, подставки для размещения нагреваемого объекта, входные штуцеры для подвода жидкого и газообразного горючего, корпус жидкостной форсунки с соплами, корпус газовой форсунки с соплами, стержни с интенсификаторами теплоотдачи, установленные в каждом канале подачи газообразного горючего для одновременного подогрева газообразного горючего, идущего на сжигание, и фиксации корпуса газовой форсунки с корпусом мультитопливной горелки, стержень с интенсификатором теплоотдачи, установленный в канале подачи жидкого горючего для одновременного подогрева жидкого горючего, идущего на сжигание, и фиксации корпуса жидкостной форсунки с корпусом мультитопливной горелки, причем поверхности выходных сопел для сжигания жидкого горючего покрыты электроизолирующим слоем для предотвращения появления углеродсодержащих осадков при повышенных температурах. Также каналы подачи газообразного горючего внутри корпуса мультитопливной горелки могут быть установлены снаружи от канала подачи жидкого горючего для осуществления наилучшей теплоизоляции корпуса мультитопливной горелки.
Для пояснения технической сущности предлагаемо 1 полезной модели рассмотрим фиг. 1, 2, где: 1 - корпус мультитопливной горелки, 2 - интенсификатор теплоотдачи, 3 - канал подачи жидкого горючего, 4 - входной штуцер, 5 - канал подачи газообразного горючего, 6 - опорный кронштейн, 7 - входной штуцер, 8 - интенсификатор теплоотдачи; 9 - стержень, 10 - шайба, 11 - подставка, 12 - сопло, 13 - сопло, 14 - шляпка болта, 15 - электроизоляционный слой, 16 - сопло, 17 - корпус жидкостной форсунки, 18 - шляпка болта, 19 - шайба, 20 - электроизоляционный слой, 21 - сопло, 22 - корпус газовой форсунки, 23 - сопло, 24 - сопло, 25 - подставка, 26 - шляпка болта, 27 - шайба, 28 - стержень, 29 - стержень, 30 - канал подачи газообразного горючего, 31 - интенсификатор теплоотдачи, 32 - опорный кронштейн, 33 - опорный кронштейн.
Наименование фигур (рисунков):
фиг. 1 - общий вид мультитопливной горелки с фронтальным разрером;
фиг. 2 - разрез середины мультитопливной горелки.
В конструкции мультитопливной горелки могут быть предусмотрены: ветрозащита при помощи развертываемого отражателя, устройство пьезоподжига, трубки подачи горючих, регуляторы подачи горючих, система регулировки и стабилизации пламени, система конверсии жидкого горючего в газообразное (в описании и на фиг. - не показаны).
Таким образом, мультитопливная горелка содержит корпус 1, внутри которого установлены каналы подачи газообразного горючего 5, 30, канал подачи жидкого горючего 3. К корпусу мультитопливной горелки крепятся входные штуцеры 4, 7 (фиг. 1). Газообразным горючим может являться природный газ, жидким - бензин или керосин.
Из уровня техники известно, что установка металлического стержня с интенсификатором теплоотдачи в канале подвода природного газа (см. Алтунин К.В. Газовая горелка, Патент РФ на ПМ №129600, МПК F23D 14/20, Опубл. 27.06.2013 г. Бюл. №18) способна снизить потребление горючего на несколько процентов (см. Altunin, K.V. Gas burner with improved economical efficiency / K.V. Altunin // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - Vol. 90. №2 - March, 2017. - Pp. 480-483).
В данной конструктивной схеме предусмотрена установка сразу нескольких стержней с интенсификаторами теплоотдачи в соответствующих каналах подачи горючих, например, на фиг. 2 видно, что имеется восемь стержней в каналах подачи газообразного горючего и один стержень в канале подачи жидкого горючего, который выполнен с интенсификатором теплоотдачи 2 (в данном случае, интенсификатор теплоотдачи представлен в виде продольного зазора и резьбы - на фиг. не обозначены) с внутренними каналами для подачи через них жидкого горючего для еще большего его прогрева (внутренние каналы внутри стержня на фиг. не обозначены). Стержни в каналах подачи газообразного горючего в данном случае имеют интенсификаторы теплоотдачи в виде резьбы (на фиг. не обозначены).
Конструкция мультитопливной горелки - разборная: при помощи болтов (на фиг. 1 болты представлены в виде шляпок болтов 14, 26, стержней 9, 28 с резьбой) к корпусу мультитопливной горелки 1 крепится корпус газовой форсунки 22, причем могут быть использованы шайбы 27, 10 (к примеру, стопорные шайбы); при помощи болта (на фиг. 1 болт представлен в виде шляпки болта 18, стержня 29 с резьбой) к корпусу 1 мультитопливной горелки крепится корпус жидкостной форсунки 17, также может быть применена шайба 19.
Поверхности сопел 16, 21 покрыты соответствующим электроизолирующим слоем 15, 20. Данное мероприятие неообходимо для предотвращения и стремительного роста образования углеродсодержащих осадков на металлической поверхности, т.к. известно, что на неметаллических (электроизляционных) поверхностях осадков практически не наблюдается (см. Яновский, Л.С. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях / Л.С. Яновский, В.Ф. Иванов, Ф.М. Галимов, Г.Б. Сапгир. - Казань: Абак, 1999. - 284 с; Большаков Г.Ф. Физико-химические основы образования осадков в реактивных топливах / Г.Ф. Большаков. - Л.: Изд-во «Химия», 1972. - 232 с; Алтунин К.В. Способы борьбы с осадкообразованием в энергоустановках на жидких углеводородных горючих и охладителях / К.В. Алтунин, Ю.Ф. Гортышов, Ф.М. Галимов, Ф.Н. Дресвянников, В.А. Алтунин // Энергетика Татарстана, №3, 2010. - С. 43-51).
Стержни 9, 28, 29 могут быть выполнены из высокопроводящего металла или металлического сплава, например, из бронзы, меди и т.п. (медь имеет высокий коэффициент теплопроводности λ≈389,6 Вт/(м К)).
Мультитопливная горелка устанавливается на поверхности (например, на земле) при помощи опорных кронштейнов 6, 32, 33. Нагреваемый объект, к примеру, кастрюля или чайник, устанавливается над корпусами форсунок 17, 22 при помощи подставок 11, 25 (подставки могут быть сворачиваемыми для удобства переноса мультитопливной горелки и компактности, общее количество подставок может быть равно трем или четырем).
При отсутствии жидкого горючего, газообразное горючее может поступать по каналу подачи жидкого горючего 3. Предлагается схема, в которой все каналы подачи газообразного горючего связаны между собой в нижней части корпуса мультитопливой горелки 1 и находятся изолированно вокруг канала подачи жидкого горючего, расположенного в центре, для достижения наилучшей теплоизоляции корпуса мультитопливной горелки 1 (коэффициент теплопроводности газов намного меньше, чем у большинства жидкостей), что актуально в зимний период года (в странах северного полушария Земли) при отрицательных температурах наружного воздуха [°С].
Работа мультитопливной горелки.
Газообразное горючее (например, природный газ) поступает через входной штуцер 7 внутрь корпуса мультитопливной горелки 1, поступает в каналы подачи газообразного горючего 5, 30, нагревается от тепла, идущего от интенсификаторов теплоотдачи 8, 31, и стержней 28, 9, далее подается к соплам 12, 13, 23, 24 корпуса газовой форсунки 22, на выходе из которых сжигается. Жидкое горючее (например, бензин) поступает через входной штуцер 5 внутрь корпуса мультитопливной горелки 1, поступает в канал подачи жидкого горючего 3, нагревается от тепла, идущего от интенсификатора теплоотдачи 2, и стержня 29, далее подается к соплам 16, 21 корпуса жидкостной форсунки 17, на выходе из которых сжигается.
Представленная в данном описании конструктивная схема мультитопливной горелки также может содержать другие элементы. Показанные элементы мультитопливной горелки служат для помощи в понимании принципа работы.
Разработанная мультитопливная горелка может эффективно применяться в походных условиях с одновременным или попеременным сжиганием жидкого и газообразного горючего.