ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
BURNER DEVICE

Изобретение относится к горелочным устройствам и может быть использовано, в частности, в автомобильной промышленности.
Известны конструкции горелочных устройств отопителя автомобиля, описанные, например, в патенте DE 40003090 C1, патенте RU 2181462 и патенте RU 2209373.
Наиболее близким к настоящему техническому решению является горелочное устройство по патенту RU 2209373. В данном устройстве воздух для горения подается через сопло, из которого выходит как в центральное отверстие, так и в боковые окна, формируясь в виде объемных струй. Подача воздуха для горения в виде объемных струй приводит к тому, что при смешивании с парами топлива процесс горения происходит на границе струй, там где воздух успел перемешатся с парами топлива. Отсюда процесс перемешивания воздуха с парами топлива имеет достаточно большую продолжительность как по времени, так и по длине.
Следствием данного недостатка является большая вероятность неустойчивой работы камеры сгорания, особенно на переходных режимах, низкая полнота сгорания топлива и, соответственно, низкий коэффициент полезного действия и в результате - высокая эмиссия вредных продуктов сгорания. В описанном патенте имеется элемент, названный формирователем вихревых потоков, находящийся над испарителем, и служащий, по всей видимости, для создания закрученного потока паров топлива, однако в действительности применение такого элемента затрудняет испарение топлива с пористой структуры испарителя. Кроме того, предложенное в указанном патенте решение по откачке излишков топлива является не только технически сложно реализуемым, но и практически не работающим из-за того, что имеющиеся в данном устройстве тонкие каналы очень быстро забиваются продуктами закоксовывания топлива, появляющимися в них в процессе работы.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности работы горелочного устройства за счет введения дополнительного завихрителя, а также более равномерного распределения воздуха, подаваемого для горения.
Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции горелочного устройства, содержащего расположенный перед жаровой трубой и образующий камеру сгорания корпус с внутренним испарительным слоем, торцевым фланцем и свечным штуцером со свечой накаливания, воздушный завихритель и стабилизатор пламени, дополнительно предусматривают воздушный штуцер и огневой завихритель.
Воздушный штуцер предпочтительно установлен коаксиально оси корпуса и имеет цилиндрическую часть, в которой выполнено множество отверстий.
Огневой завихритель так же предпочтительно установлен коаксиально оси корпуса после воздушного штуцера с возможностью закрутки потока воздуха в направлении, противоположном закрутке потока воздуха в воздушном завихрителе.
В качестве испарительного слоя используется пористый материал. Далее предложенное техническое решение поясняется с помощью чертежей, на которых:
фиг.1 - горелочного устройство в продольном сечении,
фиг.2 - сечение по плоскости А-А горелочного устройства по фиг.1, иллюстрирующее направление закручивания воздуха в воздушном завихрителе,
фиг.3. - сечение по плоскости Б-Б горелочного устройства по фиг.1, иллюстрирующее направление закручивания воздуха в огневом завихрителе.
Как видно на фиг.1 предложенное горелочное устройство содержит корпус 1, ограничивающий камеру сгорания по периметру и объединяющий устройство в единое целое. На внутренней поверхности корпуса 1 размещен испаритель (испарительный слой 5) пористой структуры, служащий для распределения и испарения подаваемого в горелочное устройство через свечной штуцер 6 со свечой накаливания 7 топлива. С торца камера сгорания ограничена фланцем 2, имеющим центральное отверстие для подачи в нее воздуха. Перед фланцем 2 установлен лопастной воздушный завихритель 3, служащий для предварительной закрутки подаваемого в горелочное устройство потока воздуха. Коаксиально продольной осевой линии устройства внутри камеры сгорания установлен воздушный штуцер 4, на цилиндрической части которого выполнено большое количество отверстий.
Непосредственно за воздушным штуцером находится лопастной огневой завихритель 8, установленный так, что направление закрутки потока противоположно направлению закрутки потока воздуха воздушного завихрителя 3. В конце камеры сгорания находится стабилизатор пламени 9, за которым располагается жаровая труба 10.
Горелочное устройство работает следующим образом. Воздух для горения поступает через воздушный завихритель 3, который закручивает его против часовой стрелки (см. фиг.2), и закрученным подается в воздушный штуцер 4. На цилиндрической части воздушного штуцера 4 имеется большое количество отверстий, через которые выходит воздух и распределяется по объему камеры сгорания в нужной пропорции. Топливо для горения подается в свечной штуцер 6 тангенциально, благодаря чему закручивается на внутренней поверхности свечного штуцера, стекая по которой, попадает на пористую структуру испарительного слоя 5. В слое 5 топливо распределяется по всей его поверхности за счет капиллярных свойств и испаряется из-за нагревания от горячих частей камеры сгорания, благодаря теплопроводности стенок корпуса 1. Из воздушного штуцера 4 поток воздуха через отверстия попадает в основной объем камеры сгорания, сохраняя при этом свою закрутку. Струи воздуха из отверстий «подхватывают» пары топлива, смешиваются с ним и поступают в зону горения. За счет того, что основная часть воздуха подается через отверстия воздушного штуцера, расположенные за испарителем, зона горения располагается на некотором удалении от испарителя. В результате этого тепло для испарения топлива поступает на испаритель только за счет теплопроводности корпуса 1, чем достигается то, что испаритель не перегревается. В результате риск образования сажистых отложений на испарителе существенно снижается.
На этапе запуска камеры сгорания топливно-воздушная смесь воспламеняется в области, непосредственно прилегающей к свече накаливания 7. После запуска камеры сгорания начало зоны горения перемещается в зону, где подается основной объем воздуха на горение, выходящий из отверстий в воздушном штуцере 4. Ниже по потоку в камере сгорания в начале зоны горения топливовоздушной смеси находится лопастной огневой завихритель 8, изготовленный из жаростойкого материала. Огневой завихритель 8 установлен с возможностью закрутки потока в направлении, противоположном направлению закрутки в воздушном завихрителе. Вращающийся воспламененный поток топливно-воздушной смеси, двигаясь вдоль камеры сгорания, ударяется в лопасти огневого завихрителя, при прохождении которых закручивается в направлении, противоположном направлению первоначальной закрутки (см. фиг.3). За счет смены направления закрутки потока существенно повышается его турбулизация и при этом поток существенно тормозится вплоть до возникновения зон с нулевой скоростью. В результате создаются благоприятные условия для горения топливно-воздушной смеси. Обеспечивается быстрое и полное перемешивание воздуха с парами топлива. Это ведет к улучшению качества горения, что в свою очередь повышает полноту сгорания топлива и обеспечивает более стабильную работу камеры сгорания. Кроме того, резко снижается количество вредных примесей в отработанных газах.
Наличие огневого завихрителя 8 обеспечивает завершение процесса горения топлива внутри камеры сгорания, в результате чего практически отсутствует факел догорания топливовоздушной смеси за стабилизатором пламени 9. Ниже по потоку наводится жаровая труба 10, которая служит для стабилизации потока и подвода раскаленных газов в нужное место теплообменника.
Введением вышеперечисленных мер достигается полное и быстрое перемешивание топливовоздушной смеси и ее турбулизация. Эти меры приводят к более полному и быстрому сгоранию топливовоздушной смеси, и как результат - улучшение работы горелочного устройства на всех режимах и высокая экономичность изделия, в которое устанавливается камера сгорания данной конструкции. Кроме того, улучшаются экологические показатели горелочного устройства.