УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЖИГАНИЯ И ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА
DEVICE FOR IGNITING AND SUPPLYING FUEL TO BURNER-TYPE EVAPORATOR

Изобретение относится к области энергетики, в частности горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности для воздушных отопителей с топочными камерами испарительного типа.
Характерной особенностью воздушных отопителей с топочными камерами испарительного типа является сильный тепловой контакт с теплообменником. Температура теплообменников в воздушных отопителях достигает 300°С и более. Корпус топочной камеры, дополнительно подвергаемый изнутри сильному тепловому воздействию от горящего в ней пламени, разогревается до температур, существенно превосходящих 300°С.
В жидкостных подогревателях используются аналогичные по конструкции топочные камеры, в которых температура корпуса топочной камеры значительно ниже, поскольку температура находящихся с ним в тепловом контакте теплообменников не превышает 100 110°С.
Для горелочных устройств испарительного типа существует проблема обеспечения полноты сгорания топлива, связанная с наличием в жидком топливе фракций, имеющих различную температуру испарения. Отмеченное способствует неконтролируемому парообразованию в зоне подачи жидкого топлива к испарительному транспортируемому элементу, что нарушает вследствие неравномерности и прерывистости поступления жидкого топлива в испарительную структуру условия полноты сгорания.
Известно горелочное устройство по патенту DE №3708745, МПК F02N 19/02, F02N 17/04, опубл. 18.02.1988 г.
Это устройство содержит спираль накаливания, патрубки подачи дизельного топлива, измерительный дроссель, пористую сетку свечи накаливания. Свеча обдувается воздухом, ввернута в штуцер, через который в пористую сетку подводится топливо и который закреплен на стенке камеры сгорания. Недостатком устройства является низкая устойчивость горения топлива.
В качестве прототипа выбрано устройство для зажигания и подачи топлива в горелочное устройство испарительного типа (патент РФ №2240473), содержащее штуцер, соединенный с топочной камерой, патрубки ввода воздуха и топлива, свечу накаливания, пористый транспортирующий испарительный элемент, расположенный между стенкой штуцера и свечой накаливания. Между пористым транспортирующим испарительным элементом и свечой накаливания размещен тепловой экран, причем у основания свечи накаливания выполнено сквозное отверстие, в котором газоплотно размещен патрубок подачи воздуха.
Реализованное в прототипе устройство для зажигания и подачи топлива присоединяется к корпусу топочной камеры сваркой или пайкой и в любом случае имеет непосредственный тепловой контакт с камерой, в результате чего прогревается до температуры, близкой к температуре корпуса топочной камеры.
Недостатком прототипа является невозможность обеспечения полноты сгорания двухфазной топливовоздушной смеси при использовании топлив со значительным количеством фракций, имеющих низкую температуру испарения.
x
При использовании топлива, содержащего фракции с низкой температурой испарения, например автомобильных бензинов, в которых содержится значительная доля фракций с температурой кипения от 40°С до 100°С, происходит интенсивное испарение части топлива в топливной трубке, подводящей топливо к устройству для зажигания топлива и в самом устройстве. В результате образуются паровые пробки, блокирующие подачу жидкого топлива к испарительной структуре. Под действием давления, создаваемого топливным насосом, двухфазная смесь паров и жидких фракций поступает в зону зажигания не непрерывно, а периодически проталкивается в топочную камеру. В силу малого объема топочной камеры и высокой скорости поступления порций двухфазной смеси не происходит полного сгорания топлива. В результате в составе выхлопных газов (в продуктах сгорания) содержится недопустимое количество токсичных окиси углерода СО и окислов азота NO.
Для обеспечения нормальной работы топочной камеры горелочного устройства, гарантирующей полное сгорание поступающего топлива, необходимо, чтобы в топочную камеру топливо поступало равномерно и обязательно в жидкой фазе. Для этого необходимо, сохранив герметичность и механическую прочность соединения устройства зажигания и подачи топлива с топочной камерой, «развязать» их в тепловом отношении и обеспечить охлаждение участков конструкции между топочной камерой и местом подвода топлива.
Принцип усовершенствования предлагаемого устройства основан на двух нововведениях. Первое заключается в том, чтобы с помощью радиатора, одним концом размещенного на участке конструкции предлагаемого устройства между местом подвода жидкого топлива к устройству для зажигания и подачи топлива, а другим, введенным в область интенсивного потока воздуха сравнительно низкой температуры, отвести тепло от места подвода топлива. В качестве элементов, эффективно отводящих тепловой поток от горячего корпуса топочной камеры, используются переходной цилиндрический штуцер с диаметром, оставляющим минимально допустимый зазор с внешним диаметром транспортирующего испарительного элемента (чем меньше диаметр, тем меньше тепловой поток, который требуется «отводить») и тонкостенный теплораспределительный цилиндр, который служит для создания максимальной площади контакта с радиатором.
Тонкостенность переходного штуцера и теплораспределительного цилиндра повышают тепловое сопротивление между топочной камерой и радиатором, что обеспечивает понижение температуры в области подвода жидкого топлива, исключающее испарение и парообразование.
Второе нововведение состоит в применении теплового экрана для тепловой защиты элементов устройства, соединяющих место ввода топлива с топочной камерой, от воздуха в зоне присоединения топочной камеры к теплообменнику. В известных конструкциях воздух для горения подается не непосредственно в топочную камеру, а в переходник, из которого далее поступает в топочную камеру. Вследствие теплообмена с корпусом топочной камеры и переходника этот воздух нагревается до температуры 100°С и выше. Использование топливного экрана должно предотвратить конвективный нагрев зоны ввода топлива в топочную камеру.
Задача создания изобретения заключается в обеспечении полноты сгорания топлив, содержащих фракций с низкой температурой испарения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение полноты сгорания при использовании топлив со значительным количеством фракций, имеющих низкую температуру испарения и снижение концентрации выбросов токсичных продуктов неполного сгорания.
Технический результат достигается тем, что в устройство-прототип, содержащее штуцер, соединенный с топочной камерой, патрубки ввода воздуха и топлива, свечу накаливания, пористый транспортирующий испарительный элемент, расположенный внутри штуцера между внутренней стенкой и свечой накаливания с зазором, тепловой экран, размещенный между пористым транспортирующим испарительным элементом и свечой накаливания, у основания которой в пористом транспортирующем испарительном элементе и тепловом экране соосно выполнено отверстие, в котором газоплотно размещен патрубок подачи воздуха, дополнительно введен переходный патрубок, внешний тепловой экран, теплораспределительный цилиндр и радиатор, в котором выполнены отверстия, в которых газоплотно размещены патрубки подачи топлива и воздуха, причем нижнее основание переходного патрубка газоплотно соединено с корпусом топочной камеры по контуру отверстия в топочной камере, а верхнее основание переходного патрубка газоплотно соединено с нижним основанием теплораспределительного цилиндра, в верхнем основании теплораспределительного цилиндра выполнено центральное отверстие, по контуру которого газоплотно присоединен штуцер, соединенный с топочной камерой, к верхнему основанию теплораспределительного цилиндра прижат нижний конец радиатора, к боковой поверхности переходного патрубка газоплотно присоединен фланец внешнего теплового экрана.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена общая схема устройства в сборе.
На чертежеизображено устройство для зажигания и подачи топлива в горелочное устройство испарительного типа,
Условные обозначения, принятые в описании:
1 - переходный патрубок;
2 - внешний тепловой экран;
3 - фланец внешнего теплового экрана;
4 - теплораспределительный цилиндр;
5 - радиатор;
6 - свеча накаливания;
7 - штуцер;
8 - патрубок ввода топлива;
9 - патрубок ввода воздуха;
10 - пористый транспортирующий испарительный элемент;
11 - корпус топочной камеры;
12 - корпус переходника;
13 - тепловой экран.
Устройство установлено радиально на корпусе топочной камеры 11 и содержит следующие основные узлы и детали: переходный патрубок 1 установленный перпендикулярно корпусу топочной камеры 11. Корпус топочной камеры 11 выполнен цилиндрическим. Концентрично переходному патрубку 1 вне его выполнен внешний тепловой экран 2.
Внешний тепловой экран 2 имеет фланец 3 круглой формы. Внутри внешнего теплового экрана также концентрично ему установлен теплораспределительный цилиндр 4, к которому с торца, противоположного корпусу топочной камеры 11, присоединен радиатор 5. Внутри радиатора 5 вдоль его оси выполнен штуцер 7, в котором установлена свеча накаливания 6. Концентрично свече накаливания 6 установлен тепловой экран 10. Устройство содержит патрубок ввода топлива 8 и патрубок ввода воздуха 9.
Через штуцер 7 параллельно оси радиатора 5 проходит патрубок ввода топлива 8. Патрубок ввода воздуха 9 выполнен перпендикулярно оси радиатора 5 и соединяет полость между корпусом топочной камеры 11 и корпусом переходника 12 с полостью внутри теплового экрана 13.
На внешней поверхности теплового экрана 13 установлен пористый транспортирующий испарительный элемент 10.
Пористый транспортирующий испарительный элемент 10 выполнен из пористого металлического материала в виде втулки.
РАБОТА УСТРОЙСТВА
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В момент запуска горелочного устройства включается свеча накаливания 6. После прогрева свечи накаливания 6 через патрубок ввода воздуха 9 подается воздух, а через патрубок ввода топлива 8 начинает поступать топливо.
В области среза теплового экрана 13 горячий воздух и излучение от кончика свечи накаливания 6 осуществляют интенсивный разогрев пористого транспортирующего элемента 10, выполненного в виде цилиндрической трубки из сетки, заполняемой жидким топливом. В этой области благодаря испарению топлива происходит формирование и воспламенение паровоздушной горючей смеси. Поскольку заполнение пористого транспортирующего элемента жидким топливом происходит непрерывно, а температура в зоне подвода топлива не достигает температуры его испарения и парообразования, исключается образование паровой пробки в патрубке ввода топлива 8 и в зоне подвода топлива к пористому транспортирующему элементу 10.
Благодаря радиатору 5 и теплораспределительному цилиндру 4 обеспечивается интенсивный отвод тепла от горячего корпуса топочной камеры 11 через переходный патрубок 1. Внешний тепловой экран 2 служит для защиты устройства от теплового воздействия горячего воздуха, подаваемого для горения топлива в патрубок подачи воздуха 9 из пространства между корпусом топочной камеры 11 и переходника 12.
Таким образом, данное устройство обеспечивает охлаждение участков конструкции между топочной камерой и местом подвода воздуха и равномерное поступление топлива в топочную камеру в жидкой фазе без образования паровоздушных пробок.
В результате при работе устройства с использованием топлив, в составе которых содержится значительное количество фракций, имеющих низкую температуру испарения, в процессе зажигания обеспечивается полное горение топливовоздушной смеси и снижение концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.
Авторами изготовлен и испытан опытный образец устройства. Достижение положительного результата подтверждено Актом сравнительных испытаний.