Устройство для имитации пламени
FLAME SIMULATION DEVICE

Область техники
Изобретение относится к оборудованию электрических каминов, а именно устройству имитации пламени и дыма, образующихся при горении твердого топлива.
Уровень техники
Электрические камины являются заменителями традиционных каминов, использующих сжигание топлива. В отличие от топливных каминов тепло от электрического камина создается сразу при его включении, при этом он не требует никакой чистки.
В процессе выполнения новых разработок в области каминов основным усовершенствованиям подлежат элементы, имитирующие горение топлива с выделением пламени и дыма.
Ранее имитация мерцания пламени осуществлялась путем использования полосок легкого материала (лент), колеблющихся под воздействием потока направленного на них воздуха. Однако такая имитация далека от реального восприятия.
Другим конструктивным решением имитации мерцания пламени является проецирование на экран света, исходящего от источника света и проходящего через вращающиеся лопасти вентилятора, при этом указанные лопасти изогнуты по эвольвенте, что позволяет отображать подвижный фронт горения топлива. Такое решение описано в патенте Великобритании GB 512481, 18.09.1939. Основными элементами конструкции раскрытого в патенте камина является решетка, на которой размещается имитатор топлива, источник света, экран и вентилятор.
Более совершенная конструкция камина с оптической имитацией пламени раскрыта в патенте Великобритании GB 2395550, 30.08.2006, где свет подается от источников света на световой фильтр, выполненный в виде гребенки, а над ним установлен вращающийся вал с насаженными на него элементами в форме лепестков. Свет, попадая на вращающийся вал с лепестками, приобретает эффект движения, а при его попадании на светлые и темные участки светового фильтра создается эффект прерывистого движения. Передний экран с протравленными участками служит дифракционной решеткой, и свет получается размытым, более реальным.
Известны камины, в которых имитируется не только пламя, но и поднимающийся от топлива дым. Так, в публикации международной заявки WO 2006027272, 16.03.2006 раскрыто устройство для имитации пламени, использующее пар, полученный посредством испарения в парогенераторе жидкости, например гликоля. Поднимающийся пар, проходящий через отверстия в решетке и имитаторе топлива, освещается источниками света, что создает эффект дыма и пламени. В данной конструкции предусмотрена регенерация пара. Он проходит между стенками камина и возвращается во входное отверстие, где опять нагревается и поднимается вверх.
В патенте США US 8413358, 09.04.2013 раскрыта конструкция устройства для имитации пламени, включающая основной и дополнительный резервуары с жидкостью, генератор аэрозоля, источник(и) света, вентилятор, подложку с имитатором топлива. Генератор аэрозоля может включать один или несколько ультразвуковых преобразователей, которые могут управляться контроллером для регулирования объема получаемого аэрозоля. Ультразвуковые преобразователи могут быть установлены на дне резервуара с жидкостью.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для имитации пламени, раскрытое в патенте РФ на полезную модель RU 137598, 20.02.2014. Известное устройство содержит генератор тумана, имеющий корпус с выходными отверстиями, в котором установлены ультразвуковые преобразователи для распыления жидкости, обеспечивающие генерацию тумана, резервуар для жидкости, соединенный с генератором тумана, средства подачи жидкости из резервуара на испаритель, средство нагнетания воздуха (вентилятор), установленное с возможностью вывода тумана через выходные отверстия генератора, и источники света (31), установленные с возможностью освещения тумана, выходящего из генератора. Средства подачи жидкости выполнены в виде каналов (12), на выходе которых установлены ультразвуковые преобразователи, обеспечивающие распыление жидкости.
Недостатками известных устройств имитации пламени, использующих генератор тумана, являются большие габариты, высокая стоимость, а также загрязнение ультразвуковых распылителей.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков аналогов.
Технический результат изобретения заключается в повышении равномерности формируемого потока тумана, снижении габаритов устройства, упрощении конструкции, повышении стабильности работы и снижении загрязнения генератора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для имитации пламени содержит генератор тумана, имеющий корпус с выходным отверстием для тумана и установленный в корпусе по меньшей мере один ультразвуковой распылитель жидкости, обеспечивающий генерацию тумана (3), средства импульсной подачи жидкости на ультразвуковой распылитель (2) генератора тумана (1), средство (6) вывода тумана (3) через выходное отверстие (10) генератора тумана, и по меньшей мере один источник света (8), установленный с возможностью освещения потока тумана (3), выходящего из выходного отверстия (10) генератора тумана, с обеспечением имитации пламени.
Предусмотрены также частные варианты реализации изобретения, согласно которым:
- устройство дополнительно содержит резервуар для жидкости, соединенный с генератором тумана;
- устройство дополнительно содержит распределитель для формирования направленного потока тумана, совмещенный с выходным отверстием генератора тумана;
- генератор тумана установлен внутри имитации полена искусственной дровни;
- корпус генератора тумана выполнен в виде емкости и имеет крышку в виде радиатора, на котором размещен упомянутый по меньшей мере один источник света;
- на радиаторе дополнительно размещен по меньшей мере один нагревательный элемент;
- радиатор имеет выступающие элементы для подогрева воздуха в корпусе генератора тумана;
- выходное отверстие генератора тумана выполнено в радиаторе;
- стенка корпуса генератора тумана и радиатор установлены с зазором и имеют выступы, образующие выходное отверстие генератора тумана в виде щели;
- дно корпуса генератора тумана выполнено с уклоном и имеет по меньшей мере одно отверстие для слива конденсата;
- в качестве ультразвукового распылителя использована ультразвуковая мембрана;
- ультразвуковая мембрана ориентирована горизонтально;
- ультразвуковая мембрана ориентирована вертикально;
- средства импульсной подачи жидкости выполнены с возможностью подачи жидкости на ультразвуковую мембрану в виде капель или струй;
- средства импульсной подачи жидкости содержат по меньшей мере одну трубку для подачи жидкости, при этом указанная трубка соединена с резервуаром для жидкости или линией подачи жидкости посредством трубопровода и/или канала;
- средства импульсной подачи жидкости содержат также блок управления импульсной подачей жидкости;
- средства импульсной подачи жидкости содержат по меньшей один насос для перекачивания жидкости из резервуара в трубку для импульсной подачи жидкости;
- ультразвуковая мембрана с одной стороны контактирует с жидкостью, размещенной в канале, соединяющем трубку для импульсной подачи жидкости и резервуар, и выполнена с возможностью колебания с обеспечением перекачивания жидкости из резервуара в трубку;
- средство вывода тумана содержит вентилятор для подачи воздуха в корпус генератора тумана через его входное отверстие.
В отличие от аналогов в заявленном изобретении реализована импульсная подача жидкости на ультразвуковой распылитель в виде небольших доз (капель, струй и т.п.) для формирования тумана.
Импульсная подача имеет следующие преимущества:
1) повышается равномерность потока тумана, выходящего из генератора, что обеспечивает более реалистичное изображение при проецировании на туман светового потока;
2) сокращаются габаритные размеры генератора тумана, т.к. в зоне диспергирования генератора тумана находится минимальное количество жидкости, благодаря чему жидкость не занимает полезный объем зоны диспергирования, и, соответственно, зона диспергирования может иметь минимальные габаритные размеры. Минимальные габаритные размеры генератора тумана также обеспечивают гибкость компоновки всего устройства;
3) повышается стабильность работы генератора, т.к. жидкость, подаваемая на ультразвуковой распылитель (мембрану), непосредственно перед диспергированием не контактирует с мембраной и в процессе работы от мембраны не нагревается;
4) уменьшается количество накипи, скапливающейся на ультразвуковом распылителе (особенно при вертикальном расположении), увеличивая его срок службы, т.к. ультразвуковые распылители не находятся в постоянном контакте со всем объемом жидкости;
5) уменьшается себестоимость, т.к. для работы устройства имитации пламени не требуется использовать средства для поддержания уровня жидкости;
6) обеспечивается распыление всей жидкости, поступающей на распылители. Таким образом, после выключения системы имитации огня в ней не будет оставаться жидкость, в которой потенциально могут размножаться микроорганизмы.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан общий вид устройства согласно первому варианту реализации;
на фиг. 2 показан вид сверху устройства по первому варианту;
на фиг. 3 показан вид в разрезе по нижней границе горизонтальной плоскости радиатора устройства по первому варианту;
на фиг. 4 показан вид радиатора устройства по первому варианту;
на фиг. 5 показан вид сзади устройства по первому варианту;
на фиг. 6 показан внутренний вид корпуса генератора тумана устройства по первому варианту;
на фиг. 7 показан общий вид устройства согласно второму варианту реализации;
на фиг. 8 показан генератор тумана устройства по второму варианту;
на фиг. 9 и 10 показан общий вид устройства согласно третьему варианту реализации;
на фиг. 11 показан вид сверху устройства согласно третьему варианту;
на фиг. 12, 13 показан частный вариант выполнения ультразвуковой мембраны и средств импульсной подачи жидкости (общий вид и вид сверху).
На представленных фигурах элементы обозначены следующими позициями:
1 - генератор тумана
2 - ультразвуковой распылитель жидкости (мембрана)
3 - туман
4 - входное отверстие генератора тумана
5 - входная щель генератора тумана
6 - средство вывода тумана (вентилятор)
7 - радиатор
8 - источник света
9 - аэродинамические элементы (ребра) радиатора
10 - выходное отверстие генератора тумана
11 - выступ корпуса генератора тумана
12 - выступ радиатора
13 - дно корпуса генератора тумана
14 - дренажное отверстие корпуса генератора тумана
15 - имитация древесного угля
16 - имитация поленьев
17 - опорная пластина
18 - трубка для импульсной подачи жидкости на мембраны
19 - входной патрубок генератора тумана
20 - выходной патрубок генератора тумана
21 - корпус блока имитации огня
22 - распределитель
23 - подложка для источников света
24 - перегородка
25 - резервуар для жидкости
26 - крышка корпуса блока имитации огня
27 - дно корпуса блока имитации огня
28 - насос для жидкости 29- плата управления
30 - трубопровод (шланг)
31 - канал для подачи жидкости.
Осуществление изобретения
Устройство для имитации пламени согласно первому варианту реализации изобретения (фиг. 1-6) использует модульную концепцию и содержит генератор тумана (1), корпус которого представляет собой открытую протяженную емкость. В корпусе генератора тумана (1) установлен один или несколько ультразвуковых распылителей жидкости (2) в виде ультразвуковых мембран пьезокерамических излучателей. Ультразвуковая мембрана (2) ориентирована в корпусе генератора тумана (1) вертикально и расположена таким образом, что поток генерируемого ею тумана заполняет максимально возможный объем емкости корпуса. Примером такого расположения может являться расположение в торце емкости. Ультразвуковая мембрана (2) приспособлена к работе в режиме генерации тумана (3) при импульсной подаче (разбрызгивании) на нее жидкости в виде капель или струй из резервуара для жидкости или по трубопроводной линии (водопроводу) (не показаны). Указанная подача обеспечивается средствами управления и прецизионной подачи жидкости (не показаны).
В корпусе генератора выполнено входное отверстие (4), совмещенное с узкой длинной щелью (5), для подачи в корпус воздуха под небольшим избыточным давлением, создаваемым средством вывода тумана (6), которое выполнено в виде вентилятора.
В качестве крышки корпуса генератора тумана (1) использован плоский радиатор (7), на внешней (верхней) поверхности которого установлены источники света (8), например в виде светодиодов, обеспечивающих светодиодную подсветку заданной конфигурации, повторяющей языки пламени, и, при необходимости, нагревательные элементы (на чертежах не показаны). Радиатор (7) предназначен для отвода тепла от светодиодов и нагревательных элементов (если они установлены), а также нагрева поступающего в корпус воздуха для формирования восходящих конвективных потоков генерированного тумана (3). Нижняя сторона радиатора (7) может иметь аэродинамические элементы (пластины, ребра) (9) для лучшей передачи тепла подаваемому в корпус воздуху, а также для обеспечения внутри корпуса воздушных потоков необходимой конфигурации, при которой подаваемый воздух будет захватывать максимальное количество тумана (3).
В корпусе генератора тумана (1) также выполнено выходное отверстие (10) в виде щели для выхода тумана (3). Указанное отверстие (10) может быть сформировано как в самом радиаторе (7), так и образовано за счет неполного закрывания радиатором (7) емкости корпуса генератора тумана (1) (т.е. за счет смещения радиатора). В частности, щель выходного отверстия (10) образована выступами (11) и (12), которые могут являться конструктивными частями соответственно емкости корпуса генератора (1) и радиатора (7) и предназначены для направления потока выдуваемого из емкости тумана (1), а также дополнительного отвода тепла. Данные выступы (11, 12) также могут служить для защиты пользователя от воздействия прямого излучения источников света.
Дно (13) корпуса генератора тумана (1) может быть выполнено с продольным или поперечным уклоном и иметь в нижней части одно или несколько отверстий (14) для дренажа жидкости (слива конденсата).
При работе устройства по первому варианту диспергируемая (распыляемая) жидкость (вода или любая другая подходящая для формирования тумана жидкость) при помощи средств импульсной подачи (не показаны) прецизионно подается микроскопическими дозами на одну или несколько мембран (2), которые образуют туман (3) в виде взвеси микрокапель (аэрозоля). Туман (3) подхватывается потоком воздуха, создаваемым средством вывода тумана (6) (вентилятором) через входное отверстие (4) и длинную щель (5) и выходит из емкости через выходное отверстие (10). Световой поток от источников света (8), размещенных на радиаторе (7), рассеивается на частицах выходящего из емкости тумана (3), и за счет этого достигается эффект, имитирующий свечение пламени. Тепло, создаваемое источниками света (8) (и нагревательными элементами), передается на радиатор (7), который дополнительно нагревает поток воздуха, проходящий через корпус генератора тумана (1), что обеспечивает формирование восходящих потоков аэрозоля на выходе из генератора тумана (1) за счет конвекции, а это, в свою очередь, создает эффект движения пламени и визуально увеличивает его высоту.
Устройство согласно второму варианту реализации изобретения (фиг. 7 и 8) имеет выносную концепцию. На фиг. 7 показаны искусственные дровни, имитирующие слой древесного угля (15) и лежащие на нем поленья (16) в топке камина. В одном из искусственных поленьев расположен генератор тумана (1) заявленного устройства, показанный на фиг. 8.
В дне (13) корпуса генератора (1), выполняющем роль подложки, установлены ультразвуковые распылители жидкости (2) в виде мембран, закрепленных посредством опорной пластины (17), зажимающей мембраны (2) между собой и дном (13). Поверхность испарения мембран (2) ориентирована горизонтально. В корпусе генератора тумана (1) размещены средства для импульсной подачи жидкости на мембраны (2), выполненные в виде трубок (18), соединенных по каналам с резервуаром или трубопроводной линией для жидкости (не показан). В дне корпуса генератора тумана (1) выполнено входное отверстие (4) с патрубком (19) для нагнетания в корпус генератора (1) воздуха с использованием средства вывода тумана (не показано), а также выходное отверстие (10) с выходным патрубком (20) для отвода воздушно-туманной смеси.
При работе устройства, также как и в первом варианте конструкции, жидкость (вода) из резервуара с помощью насоса (не показаны) капельно подается на ультразвуковые мембраны (2) средствами импульсной подачи (трубками (18)) по каналам. Мембраны преобразуют попадающие на них капли жидкости в туман, который скапливается внутри полости генератора тумана, имитирующего полено (16). Через входной патрубок (19) с помощью вентилятора (не показан) в корпус генератора тумана (1) подается воздух, который, увлекая за собой туман и образовавшийся конденсат, выходит через патрубок (20). Далее воздушно-туманная смесь попадает в распределитель (не показан), откуда она равномерно подается через прорези в пространство над искусственной дровней и с помощью источников света (не показаны) создает имитацию языков пламени. Конденсат, попавший в распределитель, через отверстие со шлангом сливается обратно в резервуар с водой.
Устройство согласно третьему варианту реализации изобретения (фиг. 9-11) имеет блочную концепцию. На фиг. 9 показаны искусственные дровни, имитирующие слой древесного угля (15) с поленьями (16), под которыми установлен блок имитации огня устройства.
Блок имитации огня (см. фиг. 10-11) имеет корпус (21) и установленные на корпусе генератор тумана (1) с ультразвуковыми мембранами (2), распределитель (22), средство вывода тумана (вентилятор) (6), и источники света (лампы подсветки) (8), закрепленные на подложке (23). Корпус (21) блока имитации огня разделен на две зоны с помощью горизонтальной перегородки (24) (торцевая стенка корпуса на фиг. 10 условно не показана). Верхняя часть корпуса образует резервуар (25) для жидкости и закрывается сверху крышкой (26). В нижней части корпуса (21) блока имитации на его дне (27) размещены электронные и механические компоненты устройства, представляющие собой два перистальтических насоса (28) и набор плат управления (29), образующий блок управления подачей жидкости. Насосы (28) соединены трубопроводами (шлангами) (30) с резервуаром (25) для жидкости и корпусом генератора (1) тумана. Вентилятор (6) крепится непосредственно к корпусу генератора тумана для эффективности его работы. Распределитель (22) установлен на генераторе тумана так, что его отверстие располагается над источниками света (8).
При работе устройства по описанному третьему варианту конструкции жидкость (вода или другая подходящая жидкость) из резервуара (25) с помощью насосов (28) по трубопроводам (30) дозированно в виде капель подается на мембраны (2), которые образуют туман. С помощью вентилятора (6) в корпус генератора тумана (1) нагнетается воздух, который, увлекая за собой туман, выходит через отверстие в распределителе (22), снизу подсвечивается лампами (8) и поднимается наверх через отверстие в дровнях, создавая эффект языков пламени
Ультразвуковые мембраны (2), предназначенные для создания тумана (3), согласно описанным выше вариантам конструкции устройства могут быть использованы в качестве насосов для подачи жидкости на их поверхность. В таком варианте реализации (см. фиг. 12-13) мембрана (2) установлена в корпусе генератора тумана (1) таким образом, что одна из сторон (на фиг. 12 - верхняя сторона мембраны (2)) имеет открытую поверхность для генерации аэрозоля, а другая сторона (на фиг. 12 - нижняя сторона мембраны (2)) была обращена к средствам для подачи жидкости. Средства для подачи жидкости в данном случае содержат входной патрубок (19) и трубку (18) для подачи жидкости на мембрану, соединенные внутренним каналом (31), обеспечивающим непосредственный контакт жидкости с нижней поверхностью мембраны (2). При этом на входном патрубке (19) и трубке (18) установлены обратные клапаны (не показаны) для препятствия обратному движению жидкости.
При работе данного узла мембрана (2) осуществляет колебания в вертикальном направлении (согласно фиг. 12). При движении мембраны (2) вверх некоторый объем жидкости захватывается через входной патрубок (19) и увлекается во внутренний канал (31). После этого мембрана (2) движется вниз, и имеющийся в канале (31) объем жидкости вытесняется в трубку (18) за счет обратного клапана, установленного на входном патрубке (19) и предотвращающем обратное движение жидкости. При последующем движении мембраны (2) вверх обратный клапан на трубке (18) не дает жидкости перемещаться из трубки (18) назад во внутренний канал (31). Объем перекачиваемой мембраной (2) жидкости контролируется системами управления и прецизионной подачи жидкости.
Пример 1 осуществления изобретения
Для создания эффекта имитации пламени использовали устройство по первому варианту реализации (фиг. 1-6) с вертикально ориентированной мембраной, на которую посредством трубки импульсно подавали жидкость (воду) в виде капель с расходом от 50 до 100 мл/ч. Частота колебания мембраны составляла 1,5-1,8 МГц. Наблюдалось формирование равномерного и стабильного по времени потока мелкодисперсного тумана. Дополнительно было установлено, что наиболее эффективное образование тумана наблюдалось при условии подачи очередной капли жидкости не ранее испарения предыдущей капли с мембраны, т.е. когда очередная капля жидкости подавалась на по существу сухую мембрану. С учетом данной особенности была реализована система обратной связи с использованием контроля тока на мембране, который изменялся, когда мембрана становилась сухой.
По причине инерционности работы насоса средств подачи жидкости наблюдались ситуации, когда вместо капли на мембрану подавалась струя жидкости. Указанное явление не приводило к ухудшению характеристик тумана. При этом вся лишняя жидкость стекала с мембраны и удалялась через дренажное отверстие.
Пример 2 осуществления изобретения
Использовали устройство согласно второму варианту реализации (фиг. 8) с горизонтальной мембраной, на которую импульсно подавали жидкость (воду) в виде струй при расходе примерно 100 мл/ч. Частота колебания мембраны составляла 1,6 МГц. Лишняя жидкость, которая не успела испариться, удалялась с мембраны за счет ее колебаний. Как и в случае примера 1 наблюдалось эффективное образование равномерного потока тумана, стабильного во времени.
Таким образом, проведенные испытания показали, что импульсная подача жидкости в виде отдельных капель или струй на горизонтальную или вертикальную мембрану позволяла формировать стабильный во времени равномерный поток мелкодисперсного тумана, обеспечивающего более реалистичную имитацию языков пламени по сравнению с известными аналогами, в которых мембрана находится в постоянном контакте с жидкостью, например, будучи погруженной в жидкость.
Описанные выше варианты реализации устройства приведены с целью иллюстрации возможных примеров конструкции, но не ограничивают объем притязаний заявленного изобретения. Возможны любые варианты комбинирования описанных выше концепций, а также иные варианты реализации узлов устройства в пределах совокупности существенных признаков согласно заявленному изобретению.