ИСПАРИТЕЛЬНАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ОБОГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, РАБОТАЮЩЕГО НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ
VAPORIZING BURNER FOR MOBILE HEATING DEVICE WORKING ON LIQUID FUEL

Настоящее изобретение относится к испарительной горелке для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе, и к обогревательному устройству для транспортного средства, имеющему испарительную горелку такого типа.
В мобильных обогревательных устройствах, работающих на жидком топливе, обычно используют испарительные горелки, в которых жидкое топливо испаряется, испаренное топливо смешивается с воздухом для горения для образования топливовоздушной смеси, в которой затем осуществляется реакция с выделением теплоты.
В нестоящем контексте термин "мобильное обогревательное устройство" следует понимать как означающий обогревательное устройство, предназначенное и, соответственно, выполненное с возможностью применения в мобильном варианте. Это, в частности, значит, что такое обогревательное устройство выполнено с возможностью транспортировки (возможно, фиксировано установленным в транспортном средстве или просто размещенным в нем для транспортировки) и не предназначено исключительно для постоянного статичного использования, например, как в данном случае, отопительная система здания. В данном случае мобильная обогревательная система может устанавливаться, также может быть фиксированно установлена, в транспортном средстве (в наземном транспортном средстве, на судне и пр.), в частности в наземном транспортном средстве. Такое мобильное обогревательное устройство, в частности, может быть предназначено для обогрева внутреннего отсека транспортного средства, например наземного транспортного средства, судна или летательного аппарата, и для обогрева частично открытого пространства, такого, какие можно встретить, например, на судах, в частности на яхтах. Мобильное обогревательное устройство также временно можно использовать статично, например, в больших палатках, контейнерах (напр., в строительных бытовках) и пр. В частности, мобильное обогревательное устройство может быть спроектировано как обогреватель, независимый от двигателя внутреннего сгорания или вспомогательный обогреватель для наземных транспортных средств, например для жилого прицепа, дома на колесах, автобуса, легкового автомобиля и пр.
Что касается экологических аспектов и законодательства многих стран, относящегося к этой области, становится все более важным минимизировать выбросы выхлопного газа мобильных обогревательных устройств. В частности, в случае испарительных горелок для мобильных обогревательных устройств, трудность заключается в том, что такие горелки должны работать в различных внешних граничных условиях и при разных уровнях тепловой мощности и в каждом случае с наиболее высоким кпд и с низкими выбросами выхлопного газа.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенной испарительной горелки для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе и создание улучшенного мобильного обогревательного устройства, имеющего испарительную горелку такого типа, которое может работать с очень низким уровнем выбросов, в частности, в различных внешних граничных условиях.
Эта цель достигается с помощью испарительной горелки для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе по п. 1 формулы изобретения. Преимущественные усовершенствования определены в зависимых пунктах формулы.
Испарительная горелка для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе, имеет следующие элементы: область подготовки смеси для смешивания топлива с воздухом для горения для получения топливовоздушной смеси, источник топлива для подачи жидкого топлива в область подготовки смеси, источник воздуха для горения для подачи воздуха для горения в область подготовки смеси, по меньшей мере одну испарительную поверхность, на которую подается жидкое топливо для испарения этого жидкого топлива, область реакции, расположенная после области подготовки смеси относительно направления потока и которая служит для проведения реакции топливовоздушной смеси для формирования выхлопных газов с выделением теплоты, и устройство для рециркуляции выхлопных газов для возврата выхлопных газов в область подготовки смеси.
x
Здесь термин "область подготовки смеси" следует понимать как область испарительной горелки, в которой во время нормальной операции обогрева испарительной горелки происходит смешивание испаренного топлива и воздуха для горения, но не формируется пламя. Преимущественно подготовка топливовоздушной смеси может происходить в области подготовки смеси до реакции этой топливовоздушной смеси в области реакции. В области реакции может происходить реакция, в частности, в процессе горения с образованием пламени, однако также возможна реакция в форме, например, частично или полностью каталитического процесса. С помощью устройства для рециркуляции выхлопных газов для возврата выхлопных газов в область подготовки смеси можно особенно надежно снизить выбросы оксидов азота (NO). Здесь теплота выхлопных газов используется и для способствования процессу испарения, и для нагревания топливовоздушной смеси. Способность поданного воздуха для горения к абсорбированию повышается за счет повышения давления насыщения паров топлива, то есть парциального давления топлива, при котором достигается насыщение газовой фазы топливом, что дает положительный эффект, в частности, при низкой внешней температуре подаваемого воздуха для горения. Таким способом достигается повышение общей эффективности испарительной горелки. Выхлопные газы, которые возвращаются в область подготовки смеси, работают как инертный балласт для процессов испарения топлива и сгорания топливовоздушной смеси. Этот инертный балласт за счет увеличения скрытой теплоты ускоряет процесс испарения топлива и создает задержку воспламенения, благодаря чему улучшается смешивание компонентов топливовоздушной смеси.
Устройство рециркуляции выхлопных газов имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие для выхлопных газов, которое открывается в область подготовки смеси и через которое выхлопные газы могут целенаправленно возвращаться в область подготовки смеси.
В одном усовершенствовании область подготовки смеси имеет сужающуюся область, сечение которой сужается в направлении области реакции, и переходный участок, который примыкает к сужающейся области в направлении области реакции. Благодаря сужающейся области скорость потока топливовоздушной смеси до его входа в область реакции можно надежно увеличить до такой степени, чтобы предотвратить нежелательные обратные вспышки пламени в область подготовки смеси. Здесь за счет переходного участка поведение потока можно целенаправленно заранее определить.
Устройство рециркуляции выхлопных газов предпочтительно сконструировано так, чтобы открываться в переходной участок, в котором возможно надежное введение выхлопных газов, благодаря существующему в этой области низкому статическому давлению.
В одном усовершенствовании на переходе от переходного участка к области реакции сформировано резкое расширение сечения. В этом случае, в частности в случае подачи воздуха для горения в область подготовки смеси с интенсивным завихрением, становится возможность частичная стабилизация пламени в области реакции и становится возможным стабильное горение с низким уровнем выбросов в широком диапазоне величин тепловой мощности, то есть при разных массовых расходах топлива и воздуха для горения.
В одном усовершенствовании переходной участок имеет первый участок, который примыкает к сужающейся области и который имеет первое сечение, и второй участок, который примыкает к области реакции и имеет большее второе сечение, и выпускное отверстие для выхлопных газов имеет форму кольцевого отверстия между первым участком и вторым участком. В этом случае реализована конфигурация, в которой применяется особенно преимущественная конструкция и которая позволяет надежно вводить выхлопные газы и, одновременно, стабильно направлять поток топливовоздушной смеси.
В одном усовершенствовании имеется осевое тело, которое проходит в области подготовки смеси вдоль продольной оси испарительной горелки на расстоянии от боковой стенки. Осевое тело может, например, иметь сплошную форму или может иметь внутреннюю полость. Предпочтительно осевое тело может иметь по существу цилиндрическую форму. Особенно преимущественно, благодаря осевому телу становится возможным направлять поток в области подготовки смеси. Кроме того, осевое тело предпочтительно может быть изготовлено из материала с высокой теплопроводностью так, чтобы тепловая энергия из процесса горения в области реакции целенаправленно возвращалась за счет теплопроводности через осевое тело в область подготовки смеси, чтобы способствовать испарению жидкого топлива и подготовке топливовоздушной смеси.
Если осевое тело проходит от лицевой стороны области подготовки смеси, по меньшей мере, в переходной участок к обрасти реакции, теплоту из области реакции можно целенаправленно возвращать в область подготовки смеси через осевое тело.
В одном усовершенствовании на внешней периферийной поверхности осевого тела сформирована испарительная поверхность. В этом случае подаваемый воздух для горения можно направлять особенно эффективным способом вдоль испарительной поверхности так, чтобы реализовать хорошее смешивание испаренного топлива с подаваемым воздухом для горения. Кроме того, в этом случае теплоту от процесса горения в области реакции можно целенаправленно подавать через осевое тело в процесс испарения в области подготовки смеси.
В одном усовершенствовании испарительная поверхность образована испарительным элементом и на конце испарительного элемента имеется крышка, обращенная к области реакции. В этом случае можно надежно предотвратить неконтролируемую утечку топлива через торец испарительного элемента. Крышка предпочтительно может выступать в радиальном направлении за внешнюю периферию испарительного элемента.
В одном усовершенствовании осевое тело имеет внутреннюю полость, которая открыта в направлении области реакции и из которой выходное отверстие для выхлопных газов проходит до области подготовки смеси. В этом случае получается конфигурация с особенно простой конструкцией, в которой осевое тело применяется также для возврата выхлопных газов в область подготовки смеси. В этом случае можно реализовать испарительную горелку особенно компактной конструкции. В этом случае предпочтительно можно расположить выпускное отверстие для выхлопных газов в первой половине области подготовки смеси (относительно направления главного потока), в частности, более предпочтительно, в первой трети области подготовки смеси, еще более предпочтительно, в первой четверти или даже в первой пятой области подготовки смеси.
Цель настоящего изобретения достигается с помощью обогревательного устройства для транспортного средства, имеющего описанную выше испарительную горелку.
Другие преимущества и усовершенствования будут понятны из нижеследующего описания иллюстративных вариантов со ссылками на приложенные чертежи.
Фиг. 1 - схематическая иллюстрация первого варианта испарительной горелки.
Фиг. 2 - схематическая иллюстрация второго варианта испарительной горелки.
Фиг. 3 - схематическая иллюстрация в увеличенном масштабе осевого тела для второго варианта.
Фиг. 4 - схематическая иллюстрация третьего варианта испарительной горелки.
Фиг. 5 - схематическая подробная иллюстрация переходного участка в третьем варианте.
Фиг. 6 - схематическая иллюстрация первой модификации второго варианта.
Фиг. 7 - схематическая иллюстрация второй модификации второго варианта.
Фиг. 8 - схематическая иллюстрация еще одной модификации осевого тела, показанного на фиг. 3.
Фиг. 9а-9i - схематические иллюстрации усовершенствований другой модификации, показанной на фиг. 8
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ
Далее следует описание первого варианта испарительной горелки со ссылками на фиг. 1.
Испарительная горелка 100 по первому варианту изобретения предназначена для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе. Здесь испарительная горелка 100 предназначена конкретно для обогревателя транспортного средства, в частности для независимого от двигателя обогревателя или вспомогательного обогревателя моторизованного транспортного средства.
Испарительная горелка 100 проходит вдоль продольной оси L. Испарительная горелка 100 имеет область 2 подготовки смеси, которая имеет главную камеру 21, сужающуюся область 22, примыкающую к главной камере 21, и переходной участок 23, примыкающий к сужающейся области 22. В сужающейся области 22 сечение области 2 подготовки смеси сужается в направлении H основного потока, который течет по существу параллельно продольной оси L. В схематически показанном иллюстративном варианте в качестве примере показана коническая форма сужающейся области 22, хотя возможны и другие конфигурации. Переходной участок 23 образует переход к области 3 реакции, которая примыкает к области 2 подготовки смеси. В этом варианте переходной участок 23 имеет по существу цилиндрическую форму с постоянным сечением.
На переходе от переходного участка 23 области 2 подготовки смеси к области 3 реакции сформировано резкое расширение поперечного сечения. Сечение, доступное для потока газов, которые текут в испарительную горелку 100, таким образом резко увеличивается на переходе от области 2 подготовки смеси в область 3 реакции.
В этом конкретном иллюстративном варианте во время работы испарительной горелки 100 в области 3 реакции происходит реакция топливовоздушной смеси в процессе пламенного горения с выделением теплоты. Выхлопные газы А, образующиеся в результате этой реакции, текут по трубке 4 сгорания, которая примыкает к области 3 реакции, в теплообменник 5, в котором по меньшей мере часть выделившейся теплоты переходит в нагреваемый теплоноситель М. В этом схематически показанном варианте теплообменник 5 имеет форму горшка, и горячие выхлопные газы А отклоняются на конце трубки 4 сгорания на основании теплообменника 5. После отклонения выхлопные газы А текут по проточной камере, образованной между внешней стороной трубки 4 сгорания и внутренним кожухом теплообменника 5 в выход 6 для выхлопных газов.
Нагреваемый теплоноситель М течет по проточной камере, которая образована между внутренним кожухом теплообменника 5 и внешним кожухом теплообменника 5, как схематически показано на фиг. 1 стрелками. Здесь в этом варианте нагреваемый теплоноситель М течет в противоток направлению потока выхлопных газов А в теплообменнике 5 для реализации наилучшего теплообмена. Нагреваемый теплоноситель М в этом случае может быть, например, в частности, нагреваемым воздухом или жидкостью, в частности охлаждающей жидкостью в жидкостной системе охлаждения транспортного средства. Внутренний кожух теплообменника 5 изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, чтобы обеспечить хороший теплоперенос от горячих выхлопных газов А в нагреваемый теплоноситель М.
Ниже следует более подробное описание конструкции области 2 подготовки смеси в первом иллюстративном варианте.
Испарительная горелка 100 имеет источник 1 топлива для подачи жидкого топлива. Жидкое топливо в этом случае может быть топливом, которое также применяется для работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, в частности бензином, дизельным топливом, этанолом и пр. Источник 1 топлива на фиг. 1 показан просто схематически линией подачи топлива и стрелкой. Однако источник 1 топлива может - по известной схеме - иметь устройство подачи топлива, которое, в частности, может быть образовано топливным дозирующим насосом. Источник 1 топлива предназначен для подачи и дозирования топлива хорошо определенным способом.
Источник 1 топлива открывается в область 2 подготовки смеси. В схематически показанном варианте источник 1 топлива в этом случае открывается в задней стенке области 2 подготовки смеси, которая закрывает область 2 подготовки смеси с задней стороны. Область 2 подготовки смеси сбоку ограничена боковой стенкой, которая определяет профиль главной камеры 21, сужающейся области 22 и переходного участка 23.
Кроме того, имеется источник В воздуха для горения, который на фиг. 1 схематически показан просто стрелкой. Источник В воздуха для горения имеет нагнетатель воздуха для горения (не показан) для подачи воздуха для горения в область 2 подготовки смеси. Область 2 подготовки смеси имеет множество впусков 24 воздуха для горения, через которые воздух для горения может попадать в область 2 подготовки смеси. В этом иллюстративном варианте воздух для горения вводится в область 2 подготовки смеси в форме интенсивного вихря, т.е. в форме потока с большим тангенциальным компонентом. Здесь воздух для горения может завихряться, например, соответствующим образом ориентированными направляющими лопатками и т.п. Несмотря на то что на фиг. 1 схематически показана конструкция, в которой впуски 24 для воздуха для горения расположены радиально снаружи от задней стенки области 2 подготовки смеси, возможны и другие конструкции. Например, впуски для воздуха для горения могут быть расположены поперечно в боковой стенке области 2 подготовки смеси.
В этом первом варианте в области 2 подготовки смеси расположен осевое тело 7, которое проходит вдоль продольной оси L от задней стенки области 2 подготовки смеси и на расстоянии от боковой стенки области 2 подготовки смеси. В этом первом варианте осевое тело 7 имеет форму стержня или башни. Осевое тело 7 имеет по существу цилиндрическую форму и, в первом варианте, проходит сквозь главную камеру 21, сужающуюся область 22 и переходной участок 23. Осевое тело 7 расположено по существу центрально относительно его радиальной ориентации в области 2 подготовки смеси. Осевое тело 7 имеет внешнюю периферийную поверхность, на которой сформирована испарительная поверхность 8, для испарения подаваемого топлива. В первом варианте испарительная поверхность 8 образована пористым абсорбирующим элементом 9 испарителя, который расположен на внешней периферийной поверхности осевого тела 7. Элемент 9 испарителя может в этом случае быть изготовлен из металлического нетканого материала, металлического тканого материала, металлического или керамического спеченного тела и т.п. Предпочтительно, элемент 9 испарителя может проходить вокруг осевого тела 7 по всей его внешней периферии.
Несмотря на то что на фиг. 1 схематически показан вариант, в котором элемент 9 испарителя проходит по существу по всей осевой длине осевого тела 7, элемент 9 испарителя может, например, проходить только вдоль части осевого тела 7. Хотя со ссылками на фиг. 1 описан только вариант, в котором испарительная поверхность 8 образована элементом 9 испарителя такого типа, возможны конфигурации, в которых сама внешняя периферийная поверхность осевого тела 7 сформирована как испарительная поверхность 8.
Подаваемое жидкое топливо на лицевой стороне области 2 подготовки смеси передается элемент 9 испарителя, в котором происходит распределение топлива. Благодаря пористой абсорбирующей конфигурации элемента 9 испарителя жидкое топливо распределяется в нем и в периферийном направлении элемента 9 испарителя и в осевом направлении элемента 9 испарителя. На испарительной поверхности 8 жидкое топливо испаряется и смешивается в области 2 подготовки смеси с подаваемым воздухом для горения, который течет вдоль испарительной поверхности 8. Благодаря тому, что воздух для горения подается в форме интенсивного вихря, здесь происходит хорошее смешивание испаренного топлива с воздухом для горения для формирования топливовоздушной смеси.
В сужающейся области 22 области 2 подготовки смеси, благодаря уменьшению сечения, осевой компонент скорости потока топливовоздушной смеси увеличивается и, в соответствии с принципом Бернулли, статическое давление в переходном участке 23 уменьшается. На переходе из области 2 подготовки смеси в область 3 реакции происходит расширение вихревого потока топливовоздушной смеси, благодаря резкому расширению сечения, в результате чего осевой компонент скорости потока уменьшается и в центре области 3 реакции рядом с продольной осью L формируется область обратного осевого потока, в которой газы текут в противоток основному направлению Н потока так, что во время работы испарительной горелки 100 пламя остается в области 3 реакции.
Размеры сужающейся области 22, переходной области 23 и перехода в область 3 реакции согласованы с вихревым потоком топливовоздушной смеси так, чтобы надежно предотвратить обратную вспышку пламени из области 3 реакции в область 2 подготовки смеси. В частности, воздух для горения подается в область 2 подготовки смеси с достаточно интенсивным завихрением и достаточно высокой скоростью потока, чтобы удовлетворять этому условию.
Осевое тело 7 обладает высокой теплопроводностью, чтобы во время работы испарительной горелки 100 теплота проводилась из процесса горения, происходящего в области 3 реакции, обратно в область 2 подготовки смеси, чтобы реализовать преимущественный процесс испарения жидкого топлива на испарительной поверхности 8.
В испарительной горелке 100 по первому варианту изобретения также сформировано устройство 10 для рециркуляции выхлопных газов А в область 2 подготовки смеси. В иллюстративном варианте, схематически показанном на фиг. 1, устройство 10 для рециркуляции выхлопных газов имеет множество отверстий 11 для выпуска выхлопных газов, которые открыты в область 2 подготовки смеси и сквозь которые вытекающие выхлопные газы А могут попасть в эту область 2 подготовки смеси. В показанном варианте выпускные отверстия 11 для выхлопных газов соединены в терминах потока с проточной камерой, сформированной в теплообменнике 5, из которой вытекают выхлопные газы А.
Выпускные отверстия 11 для выпускных газов устройства 10 для рециркуляции выхлопных газов открыты в переходной участок 23 области 2 подготовки смеси. Благодаря низкому статическому давлению в переходном участке 23, часть выхлопных газов А в этом случае надежно засасывается в область 2 подготовки смеси и смешивается с топливовоздушной смесью. Интенсивный вихрь топливовоздушной смеси, текущей в переходном участке 23, приводит в данном случае к гомогенному смешиванию этой топливовоздушной смеси с выхлопными газами А. Такое смешивание топливовоздушной смеси с выхлопными газами А позволяет испарительной горелке 100 работать с особенно низким количеством выбросов, что также позволяет, в частности, удерживать на низком уровне выбросы оксидов азота.
ВТОРОЙ ВАРИАНТ
Далее следует более подробное описание второго варианта испарительной горелки 200 со ссылками на фиг. 2 и 3.
Испарительная горелка 200 по второму варианту отличается от первого варианта, описанного выше, по существу только конфигурацией осевого тела и устройства для рециркуляции выхлопных газов, поэтому ниже, во избежание повторов, будут описаны только отличия от первого варианта и для соответствующих компонентов будут использованы те же ссылочные позиции.
В случае испарительной горелки 200 по второму варианту изобретения вместо сплошного осевого тела 7 в форме стержня применяется модифицированное осевое тело 207. Осевое тело 207 в этом втором варианте имеет по меньшей мере на стороне, обращенной к области 3 реакции, внутреннюю полость 271, которая сформирована так, чтобы открываться в сторону области 3 реакции. В частности, внутренняя полость 271 проходит в осевом направлении от того торца осевого тела 207, которая обращена к области 3 реакции по меньшей мере в область переходного участка 23.
В случае испарительной горелки 200 устройство 210 для рециркуляции выхлопных газов в область 2 подготовки смеси сконструировано так, что выхлопные газы А возвращаются из области 3 реакции через внутреннюю полость 271 в осевом теле 207 в область 2 подготовки смеси. Устройство 210 для рециркуляции выхлопных газов имеет множество отверстий 211 для выпуска выхлопных газов, которые открыты в переходной участок 23 области 2 подготовки смеси и которые сформированы как отверстия в стенке осевого тела 207. Несмотря на то, что для этого варианта было описано множество отверстий для выпуска выхлопного газа, может иметься только одно отверстие для выпуска выхлопных газов. Отверстия 211 для выпуска выхлопных газов сконструированы так, чтобы образовать соединение внутренней полости 271 с переходным участком 23 области 2 подготовки смеси.
В случае варианта, схематически показанного на фиг. 2 и 3, элемент 9 испарителя также прерывается в области отверстий для выпуска выхлопных газов так, чтобы выхлопные газы А могли свободно вытекать в переходной участок 23.
Уже упоминалось со ссылкой на первый вариант, что благодаря геометрии области 2 подготовки смеси и перехода в область 2 реакции в комбинации с интенсивным завихрением топливовоздушной смеси на входе в область 3 реакции в области 3 создается осевая область рециркуляции, расположенная рядом с продольной осью L, и в этой области рециркуляции газы в области 3 реакции текут в направлении, противоположном основному направлению Н потока. Поскольку внутренняя полость 271 в осевом теле 207 открыта в сторону области 3 реакции рядом с осью, выхлопные газы А могут и этой области рециркуляции входить во внутреннюю полость 271 и течь по внутренней полости 271 и отверстиям 211 для выпуска выхлопных газов в переходный участок 23 области 2 подготовки смеси. Благодаря низкому статическому давлению в области переходного участка 23, выхлопные газы А в этом случае вводятся и смешиваются с топливовоздушной смесью в переходном участке 23. Здесь, во-первых, происходит транспортировка теплоты в область 2 подготовки смеси, благодаря конвекционному теплопереносу от текущих обратно выхлопных газов А в осевое тело 207, благодаря чему улучшается испарение, и, во-вторых, происходит подмешивание выхлопных газов к топливовоздушной смеси и, следовательно, понижение температуры горения, поскольку в горении участвует дополнительный инертный балласт.
Хотя на фиг. 2 и 3 в каждом случае схематически показана внутренняя полость 271, проходящая внутри осевого тела 207 до торцевой стороны области 2 подготовки смеси, возможны и другие конфигурации, в которых внутренняя полость 271 проходит назад не так далеко в осевом направлении.
В модификации осевого тела 207, описанного со ссылками на фиг. 3, схематически показанной на фиг. 8, осевое тело 207 далее разработано так, чтобы жидкое топливо и избыток паров топлива не могли выходить в осевом направлении на торцевой стороне этого осевого тела 207, но направляются для выхода из элемента 9 испарителя в радиальном направлении. Как схематически показано на фиг. 8, на стороне свободного торца осевого тела 207 установлена крышка 280, которая выступает в радиальном направлении от внешней периферии остальной части осевого тела 207 и закрывает свободный торец элемента 9 испарителя. Крышка 280 выполнена из по меньшей мере одного по существу непроницаемого материала предпочтительно, металла, такого как жаростойкая высококачественна сталь, так, что жидкое топливо и пары топлива не могут пройти сквозь крышку 280. Крышка 280 может иметь форму, например, отдельного закрывающего диска, съемно или не съемно прикрепленного к торцу осевого тела 207. В другой конфигурации крышка 207 также может быть, например, изготовлена за одно с осевым телом 207 из того же материала.
Крышка 280 служит для предотвращения чрезмерного выхода топлива или паров топлива из элемента 9 испарителя на свободном торце осевого тела 207. Таким образом, топливо подается по меньшей мере по существу полностью для формирования топливовоздушной смеси в области 2 подготовки смеси так, что подготовка смеси в области 2 подготовки смеси дополнительно улучшается. Кроме того, таким образом, предотвращается вредное влияние пламени, закрепленного в области 3 реакции. Кроме того, это предотвращает возникновение ситуаций, в которых несгоревшее топливо или пары топлива попадают во внутреннюю полость 271 так, чтобы не допустить потерь мощности и возможного сокращения срока службы.
На фиг. 9а-9i схематически показаны различные усовершенствования крышки 280. Эти усовершенствования крышки в каждом случае могут быть установлены и на сплошное осевое тело 7, например, описанное со ссылками на фиг. 1, и на осевое тело с внутренней полостью, например, описанное со ссылками на второй вариант и его модификацию.
В усовершенствованиях крышки 290, показанных на фиг. 9а-9i, крышка 280 выступает в радиальном направлении в каждом случае за внешнюю периферию элемента 9 испарителя и образует по меньшей мере по существу острую разделительную кромку для потока, текущего вдоль внешней периферии осевого тела 7 или 207 и элемента 9 испарителя. Как схематически показано на фиг. 9а, та область крышки 280, которая выступает в радиальном направлении, проходит под углом α к плоскости, проходящей перпендикулярно к продольной оси L. В зависимости от требуемого направления потока угол α может иметь величину от 0° до 90°.
В модификации, схематически показанной на фиг. 9а, та область крышки 280, которая выступает в радиальном направлении, проходит, например, под углом α в диапазоне 35°-45° так, что газы, текущие вдоль внешней периферии элемента 9 испарителя, отклоняются радиально наружу относительно интенсивно. Кроме того, в этой модификации выступающая область имеет форму губы, сужающейся в радиальном направлении и выступающей и в радиальном направлении, и в осевом направлении. Выступающая область в этом случае немного наклонена в направлении Н основного потока относительно остальной части крышки 280.
В модификации, схематически показанной на фиг. 9b, та область крышки 280, которая выступает в радиальном направлении, проходит под существенно большим углом α, величина которого равна от 160° до 170° так, что газы, текущие вдоль внешней периферии элемента 9 испарителя подвергаются существенно меньшему радиальному отклонению.
В модификации, схематически показанной на фиг. 9с, та область крышки 280, которая выступает в радиальном направлении, проходит, например, под углом от прибл. 40° до прибл. 50°. Кроме того, в этой модификации выступающая область крышки 280 также скошена или наклонена на стороне, обращенной от элемента 9 испарителя для целенаправленного влияния на разделение потока.
В модификациях, схематически показанных на фиг. 9d и 9e, крышка 280 в каждом случае имеет более клиновидное сечение так, что выступающая область крышки 280 - в отличие от модификаций по фиг. 9а и 9b - не наклонена относительно остальной части крышки. Как очевидно из сравнения модификаций по фиг. 9а и 9b и модификаций по фиг. 9d, 9e и 9i, угол клина радиально выступающей области крышки 280 может задаваться целенаправленно.
В модификации, схематически показанной на фиг. 9f, крышка 280 имеет форму по существу кольцевидного диска на конце осевого тела 7, 207, так, что выступающая область крышки выступает вбок под углом α, приблизительно равным 0°
Несмотря на то что осевое тело 7, 207, имеющее внутреннюю полость, открытую в направлении области 3 реакции, показано только в модификации по фиг. 9g, такая полость может иметься и в других модификациях. В этом случае газы из области 3 реакции могут течь внутрь осевого тела 7, 207 и возвращаться через нее в область 2 подготовки смеси.
На фиг. 9h показан пример структуры поверхности осевого тела 7, 207. Такая структура поверхности предпочтительно также может применяться в других модификациях по фиг. 9а-9g и 9i. В модификации по фиг. 9h крышка 280, кроме того, опирается областью, расположенной радиально внутри, непосредственно на торец элемента 9 испарителя и проходит под углом, равным прибл. 0°. Наоборот, область крышки 280, расположенная дальше наружу, проходит под относительно большим углом α так, чтобы в свою очередь образовать выступающую радиально сужающуюся губу. Кроме того, в той области элемента 9 испарителя, которая расположена радиально снаружи, крышка 280 в этом случае не опирается непосредственно на элемент 9 испарителя. Такие дополнительные признаки модификаций по фиг. 9h могут применяться и в других модификациях.
Конфигурация крышки 280 с разделительной кромкой, описанной выше, имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что поток на впуске в область 3 реакции стабилизируется еще более эффективно. Помимо прочего, таким способом можно предотвратить появление пульсаций. Кроме того, можно еще более эффективно предотвращать обратные вспышки пламени в область 2 подготовки смеси. В совокупности, с помощью модификаций крышки 280 с описанной разделительной кромкой для потока топливовоздушной смеси можно дополнительно стабилизировать формирование области рециркуляции в области 3 реакции.
МОДИФИКАЦИИ
На фиг. 6 и 7 показаны модификации вышеописанного второго варианта изобретения, которые отличаются от этого вышеописанного второго варианта только положением выпускных отверстий 211 для выхлопного газа. Хотя на фиг. 6 и 7 это не показано, в этих модификациях также может дополнительно применяться крышка 280.
В первой модификации второго варианта, схематически показанной на фиг. 6, выпускные отверстия 211 для выхлопного газа открыты не в переходный участок 23 области 2 подготовки смеси, а значительно дальше вверх по потоку относительно направления Н основного потока, в частности в первой трети области 2 подготовки смеси. В модификации, показанной на фиг. 6, выпускные отверстия 211 для выхлопных газов открыты, например, в области перехода от основной камеры 21 области 2 подготовки смеси, к сужающейся области 22. Однако выпускные отверстия 211 для выхлопных газов также могут открываться в область 2 подготовки смеси в сужающейся области 22 и/или в области основной камеры 21.
Во второй модификации второго варианта, как схематически показано на фиг. 7, выпускные отверстия 211 для выхлопного газа открыты еще дальше вверх по потоку относительно направления Н основного потока, рядом с передним торцом области 2 подготовки смеси, в частности в первую пятую области 2 подготовки смеси.
Перенос выпускных отверстий 211 для выхлопного газа ближе к переднему по потоку торцу области 2 подготовки смеси дает преимущество, заключающееся в том, что возвращенные выхлопные газы еще более надежно участвуют во всем процессе подготовки топливовоздушной смеси в области 2 подготовки смеси.
ТРЕТИЙ ВАРИАНТ
Далее следует более подробное описание третьего варианта испарительной горелки 300 со ссылками на фиг. 4 и 5.
Поскольку третий вариант отличается от первого варианта по существу только конфигурацией области 2 подготовки смеси, ниже более подробно будет описана только разница с первым вариантом и соответствующие компоненты будут обозначены теми же позициями, что и в первом варианте.
В испарительной горелке 300 по третьему варианту в области 2 подготовки смеси отсутствует осевое тело, создающее испарительную поверхность, но в области торцевой стороны области 2 подготовки смеси сформировано гнездо испарителя, имеющее форму горшка, в котором расположен по существу площадной элемент 309 испарителя. Этот элемент 309 испарителя в этом случае может быть изготовлен, в частности, из материалов, которые были описаны для элемента 9 испарителя в первом варианте. В третьем варианте также источник 1 топлива открыт на торцевой стороне области 2 подготовки смеси так, что жидкое топливо может попадать в элемент 309 испарителя. В третьем варианте, поэтому, испарительная поверхность 8 образована задней областью области 2 подготовки смеси.
В отличие от первого варианта, в котором впускные отверстия 24 для воздуха для горения расположены радиально снаружи на торце области 2 подготовки смеси, в третьем варианте впускные отверстия 24 для воздуха для горения расположены в боковой стенке области 2 подготовки смеси так, что воздух для горения входит в область 2 подготовки смеси снаружи в радиальном направлении. Кроме того, в третьем варианте, в частности, воздух для горения также может поступать в форме интенсивного вихря, создаваемого соответствующими направляющими воздух элементами в источник В воздуха для горения.
В испарительной горелке 300 по третьему варианту, устройство 10 рециркуляции выхлопных газов имеет немного измененную конструкцию по сравнению с первым вариантом, как показано на фиг. 5. В третьем варианте сужающаяся область 22 и переходный участок 23 сформированы в форме ступенчатого сопла, как показано в увеличенном масштабе на фиг. 5. Хотя на фиг. 5 схематически показана конфигурация, осесимметричная относительно продольной оси L, возможны и конфигурации, в которых это условие не выполняется. Переходный участок 23 имеет первый участок 23а и второй участок 23b. Первый участок 23а в этой конкретной показанной конфигурации сформирован так, чтобы непосредственно примыкать к сужающейся области 22 и имеет первое сечение. Второй участок 23b переходного участка 23 сформирован с относительно большим сечением и проходит вокруг первого участка 23а на части осевой протяженности. Первый участок 23а и второй участок 23b в этом случае имеют такие размеры, чтобы между первым участком 23а и вторым участком 23b имелось кольцевое отверстие, которое в третьем варианте служит выпускным отверстием 311 для выхлопных газов.
В третьем варианте устройство 10 рециркуляции выхлопных газов, таким образом, образовано кольцевым отверстием, которое служит выпускным отверстием 311 для выхлопных газов между первым участком 23а и вторым участком 23b переходного участка 23.
Хотя для третьего варианта была описана испарительная горелка 300, в которой в области 2 подготовки смеси отсутствует осевое тело, в модификации третьего варианта в области 2 подготовки смеси в модификации этого третьего варианта в области 2 подготовки смеси может быть установлено осевое тело того же типа, что и в первом варианте или втором варианте.
Кроме того, модификации, указанные в различных вариантах, в каждом случае могут применяться и в других вариантах. В частности, в первом варианте, например, устройство для рециркуляции выхлопных газов может быть реализовано в форме ступенчатого сопла, как было описано в отношении третьего варианта.