ИСПАРИТЕЛЬНАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЯ
EVAPORATIVE BURNER FOR MOBILE HEATER

Настоящее изобретение относится к испарительной горелке для мобильного отопителя.
Известны мобильные отопители, используемые, например, в качестве отопителей для обогрева кузова или кабины транспортного средства. В случае применения в транспортном средстве такие мобильные отопители используются, например, в качестве подогревателей, которые могут дополнительно давать тепло при работающем приводном двигателе, или в качестве отопителей независимого действия, которые могут давать тепло с целью обогрева как при работающем, так и при неработающем приводном двигателе.
В этой связи под «мобильным отопителем» понимается отопитель, рассчитанный на использование в случаях мобильного применения и адаптированный к этому. Это означает, в частности, что он является транспортабельным (при необходимости постоянно встроенным в транспортное средство или установленным в нем лишь для транспортировки) и не рассчитан на исключительно длительное, стационарное применение, как, например, в случае отопления здания. При этом мобильный отопитель может быть также постоянно установленным в транспортном средстве (в наземном транспортном средстве, на судне и т.д.), в частности в наземном транспортном средстве. В частности, он может быть рассчитан для обогрева внутреннего пространства транспортного средства, как, например, наземного транспортного средства, средства водного транспорта, воздушного средства сообщения, а также частичного открытого пространства, как это имеет место, например, на судах, в частности на яхтах. Мобильный отопитель может также использоваться стационарно временно, как, например, в больших палатках, контейнерах (например, в строительных контейнерах) и т.д. Согласно предпочтительному усовершенствованному варианту мобильный отопитель рассчитан как отопитель независимого действия или подогреватель для наземного транспортного средства, как, например, для автомобиля с кузовом, пригодным для жилья, жилого автомобиля, автобуса, легкового автомобиля и т.д.
В мобильных отопителях, имеющих испарительную горелку, к испаряемому телу, состоящему из пористого гигроскопичного материала, по топливопроводу часто подводится жидкое топливо, которое, например, может соответствовать топливу, используемому также для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, как, например, бензин, дизельное топливо или этанол. С испаряемого тела топливо испаряется. Топливо перемешивается также с подаваемым воздухом, содержащимся в горючей смеси, и в результате экзотермической реакции преобразуется с высвобождением тепла. При этом испарительные горелки обычно эксплуатируются не непрерывно, а лишь относительно часто включаются и снова выключаются по мере потребности в теплопроизводительности. При этом при выключении для обеспечения безупречного возможно более полного выгорания, обычно сначала путем выключения топливного насоса прекращают подачу топлива и продолжают подавать воздух, содержащийся в горючей смеси. В результате еще во время выгорания, при котором в камере сгорания горелки сохраняется высокая температура, в топливопроводе образуется стоячий столбик топлива. Если между камерой сгорания и топливопроводом существует хорошая термическая связь, в частности в период после прекращения подачи топлива, может производиться сильное тепловое воздействие на стоячий столбик топлива в топливопроводе. Вследствие этого в топливопроводе может произойти, например, полимеризация составных элементов топлива, которая может привести к отложениям в топливопроводе, нерастворимым в неизменном топливе. Эти отложения могут привести к увеличению гидравлического сопротивления в топливопроводе и в конечном счете к закупорке подачи топлива.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной испарительной горелки для мобильного отопителя, у которого опасность закупорок топливопровода уменьшена.
Задача решается с помощью испарительной горелки для мобильного отопителя согласно п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Испарительная горелка содержит камеру сгорания, окружающую топочное пространство для реакции топлива с воздухом для горения; испарительный приемник для приема испаряемого тела для испарения жидкого топлива, установленный на задней стороне топочного пространства; крышку горелки, закрывающую топочное пространство с задней стороны испарительного приемника и соединенную с камерой сгорания; и заканчивающийся в испарительном приемнике топливопровод для подвода топлива к испаряемому телу. Топливопровод термически связан с крышкой горелки, а крышка горелки снабжена воздушным теплообменником для охлаждения крышки горелки, через который направляется подводимый при работе воздух для горения.
Благодаря термической связи топливопровода с крышкой горелки может осуществляться эффективное отведение тепла от топливопровода к крышке горелки, т.е. охлаждение топливопровода. При этом крышка горелки с помощью воздушного теплообменника путем теплопередачи подаваемому воздуху для горения может эффективно удерживаться на относительно низком температурном уровне. Поскольку крышка горелки используется в качестве теплостока для топливопровода, можно отказаться от дополнительного теплостока топливопровода, выполненного в виде отдельного конструктивного элемента, что обеспечивает экономную и компактную конструкцию. Поскольку нежелательно большое повышение температуры в области топливопровода может предотвращаться, уменьшается опасность закупорок в топливопроводе. Воздушный теплообменник может быть выполнен, например, в виде отдельного конструктивного элемента или же заодно целое с крышкой горелки из материала крышки горелки.
Согласно одному варианту исполнения крышка горелки соединена с камерой сгорания только в одном по существу линейном месте контакта. В этом случае теплопередача от камеры сгорания к крышке горелки прекращается, поскольку линейное место контакта в любом случае плохо проводит тепло в направлении крышки горелки. Таким образом, крышка горелки может надежно удерживаться на относительно низком температурном уровне и образует надежный теплосток для топливопровода. Однако крышку горелки, например, можно выполнить термически изолированной от камеры сгорания и других горячих конструктивных элементов и иным образом.
Согласно одному варианту исполнения воздушный теплообменник содержит множество теплообменных ребер. В этом случае благодаря большой поверхности достигается хорошая теплопередача подаваемому воздуху для горения, так что тепло может эффективно отводиться от крышки горелки. Теплообменные ребра могут иметь различные формы.
Согласно одному варианту исполнения воздушный теплообменник установлен в подводе для воздуха для горения выше по течению относительно топочного пространства. В частности, воздушный теплообменник для получения особенно компактной конструкции может быть установлен непосредственно выше по течению относительно топочного пространства. Благодаря установке теплообменника выше по течению относительно топочного пространства воздух для горения за счет теплопередачи может предварительно нагреваться перед входом в топочное пространство.
Согласно одному варианту исполнения крышка горелки может быть изготовлена из алюминия или алюминиевого сплава. По сравнению с вариантом исполнения, в котором крышка горелки выполнена, например, из высококачественной стали, в этом исполнении благодаря высокой теплопроводности алюминия или алюминиевого сплава в крышке горелки достигается эффективное распределение и отведение тепла, так что отводимое тепло эффективно отводится к воздушному теплообменнику.
Согласно одному варианту исполнения крышка горелки и испарительный приемник выполнены в виде отдельных конструктивных элементов. В этом случае может быть также надежно предотвращена нежелательно большая теплопередача от испарительного приемника к крышке горелки, так что крышка горелки может удерживаться в качестве теплостока при низкой температуре. Если крышка горелки и испарительный приемник пространственно дистанцированы друг от друга, нежелательный ввод тепла от испарительного приемника в крышку горелки предотвращается особенно надежно.
Согласно одному варианту исполнения камера сгорания имеет множество отверстий для подачи в топочное пространство воздуха для горения.
Другие преимущества и варианты исполнения вытекают из нижеследующего описания примера выполнения со ссылкой на фигуру.
Фиг. 1 изображает схематический вид испарительной горелки для мобильного отопителя в области испарительного приемника и крышки горелки.
Ниже описывается вариант исполнения со ссылкой на фиг. 1. На фиг. 1 схематически изображена область испарительного приемника 2 и крышки 8 испарительной горелки 1 для мобильного отопителя. На фиг. 1 схематически изображен разрез в плоскости, содержащей главную ось Z испарительной горелки 1. Испарительная горелка 1 может обладать, например, по существу вращательной симметрией относительно главной оси Z. Испарительная горелка 1 может быть выполнена, например, для отопителя транспортного средства, в частности для подогрева или для отопления при неработающем двигателе (автономное отопление). При этом испарительная горелка 1, в частности, выполнена для преобразования в топочном пространстве 4 смеси испарившегося топлива и воздуха для горения, с высвобождением тепла. Высвободившееся тепло передается в (не показанном) теплообменнике нагреваемой среде, которая может быть образована, например, воздухом или охлаждающей жидкостью. В схематическом изображении на фиг. 1, в частности, не показаны теплообменник, отвод для горячих отработавших газов, предусмотренное также устройство для транспортировки воздуха для горения (например, воздуходувка), устройство для транспортировки топлива (например, дозировочный насос), управляющее устройство для управления испарительной горелкой 1 и т.д. Эти компоненты хорошо известны и подробно описаны в уровне техники.
Испарительная горелка 1 содержит испарительный приемник 2, в котором установлено пористое, гигроскопичное тело 5. Испарительный приемник 2 имеет в примере выполнения по существу горшкообразную форму с отверстием в дне. Испаряемое тело 5 установлено в горшкообразном углублении испарительного приемника 2 и может, в частности, прочно фиксироваться в нем, например, сваркой, пайкой, зажатием или с помощью соответствующего фиксатора. Испаряемое тело 5 может быть, в частности, образовано нетканым материалом из металлического волокна или множеством слоев нетканого материала из металлического волокна.
Для подвода топлива к испаряемому телу 5 предусмотрен топливопровод 6. Топливопровод 6 заканчивается в испарительном приемнике 2 и соединяется с (не показанным) устройством для транспортировки топлива, благодаря чему топливо в заданном количестве может подаваться по топливопроводу 6, как это схематически показано стрелкой В. Топливопровод 6 жестко соединен с испарительным приемником 6, например, сваркой или пайкой.
Топочное пространство 4 ограничено по периметру камерой 7 сгорания, которая может быть выполнена, например, из по существу цилиндрического конструктивного элемента из теплоустойчивой стали. Камера 7 сгорания снабжена множеством отверстий 7а, через которые воздух для горения подается в топочное пространство 4, как это схематически показано разветвленной стрелкой L.
Кроме того, предусмотрена крышка 8 горелки, которая закрывает топочное пространство 4 с задней стороны испарительного приемника 2. Крышка 8 горелки выполнена из алюминия или алюминиевого сплава и может быть изготовлена, например, способом литья. Крышка 8 горелки имеет также по существу горшкообразную форму и она установлена таким образом, что испарительный приемник 2 охватывается окружной боковой стенкой. При этом крышка 8 горелки и испарительный приемник 2 выполнены как отдельные конструктивные элементы, пространственно дистанцированные друг от друга. В области дна крышки 8 горелки предусмотрено проходное отверстие, через которое проходит топливопровод 6. Камера 7 сгорания жестко соединена с крышкой 8 горелки, так что топочное пространство 4 с задней стороны закрыто. Правда, камера 7 сгорания в этом варианте исполнения соединена с крышкой 8 горелки только через по существу линейное место контакта. В этом примере выполнения окружная боковая стенка крышки 8 горелки содержит узкое выступающее окружное ребро 8а, на котором камера 7 сгорания закреплена по существу линейно. Камера 7 сгорания может быть соединена с выступающим ребром 8а сваркой, пайкой или чеканкой. Благодаря соединению камеры 7 сгорания с крышкой 8 горелки лишь выступающим ребром 8а теплопередача от камеры 7 сгорания к крышке 8 горелки за счет теплопроводности прекращается или сильно сокращается, так что выступающее ребро 8а служит в качестве теплоизоляции для крышки 8 горелки.
Топливопровод 6 термически связан с крышкой 8 горелки, так что может осуществляться теплопередача от теплопровода 6 к крышке 8 горелки. В изображенном примере выполнения топливопровод 6 имеет окружной выступ 6а, которым теплопровод 6 соединен с крышкой 8 горелки с возможностью теплопередачи. Соединение может быть реализовано, например, путем пайки или сварки. Вместо окружного выступа 6а топливопровод 6 может быть соединен с крышкой 8 горелки с возможностью теплопередачи и иным образом. Для теплопередачи между топливопроводом 6 и крышкой 8 горелки может быть предусмотрен также теплопроводный элемент, как, например, теплопроводящий контакт.
Для охлаждения или для отведения тепла от крышки 8 горелки крышка 8 горелки снабжена воздушным теплообменником 8b. Воздушный теплообменник 8b содержит множество (предпочтительно, большое количество) теплообменных ребер, распределенных по внешней окружности крышки 8 горелки. Теплообменные ребра выступают в поток воздуха для горения в подводе для воздуха для горения выше по течению относительно топочного пространства 4. Теплообменные ребра при работе обтекаются подаваемым воздухом для горения, как это схематично показано стрелкой L на фиг. 1, так что воздух для горения пропускается через воздушный теплообменник 8b и таким образом охлаждается крышка 8 горелки. Воздушный теплообменник 8b может быть, например, образован за одно целое с крышкой 8 горелки из материала крышки 8 горелки или же также подсоединен к крышке 8 горелки с возможностью теплопередачи в качестве отдельного конструктивного элемента. Воздушный теплообменник 8b может быть, например, образован теплообменными ребрами, отформованными на наружной стенке крышки 8 горелки.
В этом варианте исполнения согласно описанной конструкции топливопровод 6 термически подсоединен к крышке 8 горелки, так что крышка 8 горелки служит в качестве теплостока для топливопровода 6. Вследствие выполнения из алюминия или алюминиевого сплава крышка 8 горелки имеет высокую теплопроводность и тепло эффективно направляется в воздушный теплообменник 8b, в котором оно отдается в подаваемый воздух для горения. Кроме того, температура крышки 8 горелки при работе удерживается на возможно более низком уровне благодаря тому, что теплоизоляция крышки 8 горелки обеспечивается за счет горячих конструктивных элементов. Это достигается, например, тем, что камера 7 сгорания соединена с крышкой 8 горелки только в по существу линейном месте контакта, а не через поверхностную опору.
Поскольку крышка 8 горелки описанным образом эффективно служит в качестве теплостока для топливопровода 6 залипание или закупорка топлива в топливопроводе 6 в результате нежелательно сильного теплового воздействия надежно предотвращаются без необходимости предусматривать теплосток в виде отдельного дополнительного конструктивного элемента.
Хотя на фиг. 1 это не показано, а также определенно не описано, топочное пространство 4 для передачи высвободившегося тепла нагреваемой среде, например воздуху или жидкости, известным образом окружено теплообменником. Кроме того, самим по себе известным образом предусмотрен корпус, в котором установлена испарительная горелка и который создает адекватный воздухопровод для подвода воздуха для горения.