УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ПЛАЗМУ
COMBUSTION DEVICE USING PLASMA

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для сжигания, использующему плазму, в котором в качестве топлива может использоваться топливная смесь, за счет чего может быть нагрет бойлер или подобное устройство с небольшим расходом топливной смеси, которая может быть приготовлена за счет смешивания воды и отработанного технического масла в подходящей пропорции.
Настоящее изобретение, главным образом, направлено на применение устройства для сжигания, использующего плазму, которое характеризуется тем, что в камеру сгорания с помощью форсунки впрыскивается топливная смесь, сгоранию которой может помогать конструкция корпуса камеры сгорания в виде положительного электрода (+) и стержень, установленный с одной стороны камеры сгорания и выполняющий функцию отрицательного электрода (-), на которые подается постоянный электрический ток от блока подачи постоянного электрического тока, а также включение в конструкцию трубки подачи пара и навивка трубки подачи топливной смеси на корпус камеры сгорания в форме змеевика, чтобы подогреть или предварительно нагреть топливную смесь через стенку корпуса камеры сгорания за счет высокотемпературного плазменного факела с температурой выше 800ºC, генерируемого в камере сгорания с помощью узла плазменного факела и подачи пара, причем топливная смесь может подаваться под давлением выше 50 атм. с помощью насоса высокого давления через форсунку после запуска устройства, за счет чего может достигаться более эффективное сжигание топливной смеси, по сравнению с обычным впрыском жидкого топлива через форсунку в камеру сгорания при высоком давлении и высокой температуре выше 800°C, а также может обеспечиваться надежное и безопасное сжигание при более низких затратах за счет дополнительного использования в устройстве сжигания узла плазменного факела.
Предшествующий уровень техники
Устройство для сжигания жидкого топлива, обычно используемое в бойлере или других подобных аппаратах, обычно разрабатывается для использования относительно дорогого жидкого топлива, которое распыляется для сжигания в камере сгорания с помощью форсунки в форме аэрозоли; однако, текущие затраты при использовании такого бойлера являются относительно высокими, из-за чего пользователь вынужден нести тяжелое экономическое бремя.
2
2
Для преодоления этого недостатка, предлагалось использовать в качестве жидкого топлива смесь воды и отработанного технического масла, однако выработка отработанного технического масла достаточно ограничена, что ограничивает его использование. Также, поскольку в отработанном техническом масле содержатся разнообразные загрязнения, то без использования высокотемпературного сжигания, при его сжигании образуются вредные газы из-за неполного сгорания, что может вызывать загрязнение окружающего воздуха. Для исключения образования вредных газов необходимо использовать подходящий процесс, при котором требуется высокотемпературное разложение отработанного технического масла, которое необходимо подавать в смесительную камеру для разложения его на O, H и группу OH, при этом ряд вредных загрязняющих веществ, содержащихся в отработанном техническом масле, стабилизируют с использованием фтористого водорода, хлористого водорода, CO и т.п.; однако, система для осуществления процесса разложения требует дорогостоящие компоненты и имеет высокие эксплуатационные расходы, что значительно сдерживает ее использование.
Также в предшествующем уровне техники имеется другое техническое решение, характеризующееся тем, что воду и отработанное техническое масло смешивают в определенной пропорции, и такую топливную смесь из воды и отработанного технического масла впрыскивают через форсунку в камеру сгорания в форме аэрозоли для сжигания, при этом относительно длинную трубку подачи топливной смеси в виде змеевика, одновременно используемую в качестве средства повышения эффективности сжигания топливной смеси, устанавливают в отдельной камере предварительного нагрева, за счет чего улучшается процесс впрыскивания через форсунку с образованием аэрозоли и повышается эффективность сжигания топливной смеси; однако, такое устройство имеет ряд ограничений, т.к. практически невозможно обеспечить подходящую температуру нагрева топливной смеси в трубке подачи топливной смеси (более 800°C) за счет отдельного нагревателя, который используется только для нагрева камеры предварительного нагрева, из-за чего факел при сжигании топливной смеси после ее впрыскивания через форсунку является нестабильным, что приводит к низкой эффективности сгорания в камере сгорания бойлера из-за неполного сгорания топливной смеси.
Раскрытие изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства для сжигания, использующего плазму, которое решит вышеописанные недостатки предшествующего уровня техники и сделает возможным достижение большей эффективности при сжигании и обеспечит полноту такого сжигания при использовании топливной смеси из воды и отработанного технического масла.
Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для сжигания, использующего плазму, которое делает возможным подавать топливную смесь при высоком давлении выше 50 атм. с помощью насоса высокого давления таким образом, что в трубке подачи топливной смеси, окружающей корпус камеры сгорания в форме змеевика, происходит предварительный нагрев топливной смеси до ее впрыскивания в форме аэрозоли в камеру сгорания через форсунку для последующего сжигания, при этом в камере сгорания выполняется сжигание при высокой температуре этого процесса, а поскольку теплота сжигания топливной смеси в камере сгорания нагревает ее внутреннюю стенку, то обеспечивается полное сжигание топливной смеси за счет ее постоянного предварительного нагрева в трубке подачи топливной смеси, и делает возможным подавать постоянный электрический ток от блока подачи постоянного электрического тока так, чтобы подавать положительное напряжение (+) на узел положительного электрода в корпусе камеры сгорания и подавать отрицательное напряжение (-) на стержень узла отрицательного электрода, расположенный с одной стороны корпуса камеры сгорания, а также делает возможным подавать пар через трубку подачи пара между узлом положительного и отрицательного электродов, генерируя в камере сгорания высокотемпературный плазменный факел с достижением внутри камеры сгорания температуры более 800°C, которая является надлежащей температурой сжигания используемой топливной смеси, а также служит для целей процесса нагрева и предварительного нагрева, что может привести к более эффективному сжиганию топливной смеси из воды и отработанного технического масла.
Другой технической задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для сжигания, использующего плазму, которое делает возможным достичь простоту конструкции устройства для сжигания и значительно снизить себестоимость теплоэнергии и затраты на эксплуатацию при использовании устройства в бойлере или подобном аппарате, поскольку по настоящему изобретению предлагается устройство для сжигания, использующее плазму, позволяющее осуществить полное сжигание топливной смеси из воды и отработанного технического масла.
Для достижения вышеуказанных технических задач, предлагается устройство для сжигания, использующее плазму, характеризующееся тем, что корпус камеры сгорания выполнен цилиндрическим и выполняет функцию положительного электрода, причем на внешнюю поверхность корпуса камеры сгорания навита трубка подачи топливной смеси в форме змеевика и он выполнен открытым с двух сторон; имеется стержень, выполняющий функцию отрицательного электрода, установленный с одной открытой стороны корпуса камеры сгорания снаружи него, выполненные с возможностью подачи на электроды постоянного напряжения от блока подачи постоянного электрического тока; а также имеется узел плазменного факела, включающий трубку подачи пара, установленную между корпусом камеры сгорания и отрицательным электродом с возможностью подавать пар от узла генерации пара для образования высокотемпературного плазменного факела внутри корпуса камеры сгорания. Факел внутри камеры сгорания является высокотемпературным плазменным факелом с температурой выше 800°C, подходящей для сжигания используемой топливной смеси, а также для целей нагрева и постоянного предварительного нагрева внутренней стенки камеры сгорания за короткое время за счет организации циркулирующего вихревого нагрева, при этом топливная смесь подается при высоком давлении выше 50 атм. с помощью насоса высокого давления, за счет чего она может распыляться в форме аэрозоли, что обеспечивает эффективное сжигание за счет высокого давления впрыска через форсунку и высокой температуры выше 800°C с достижением полного сжигания топливной смеси.
Преимущества
Как было описано выше, устройство для сжигания, использующее плазму, характеризуется тем, что корпус камеры сгорания 1 сконструирован так, что трубка подачи топливной смеси 3 навита в форме змеевика на внешнюю поверхность корпуса камеры сгорания 1 и выполняет функцию узла положительного электрода 7, а стержень, установленный с одной открытой стороны корпуса камеры сгорания, выполняет функцию узла отрицательного электрода 8, при этом постоянный электрический ток подается от блока подачи постоянного электрического тока 6, а также имеется трубка подачи пара 13, служащая для приема пара из узла генерации пара 12 и установленная между корпусом камеры сгорания 1 и узлом отрицательного электрода с формированием узла плазменного факела 9, за счет чего внутри корпуса камеры сгорания 1 образуется высокотемпературный плазменный факел. В режиме запуска, высокотемпературный плазменный факел может создается при высокой температуре выше 800ºC, и поскольку внутренняя стенка корпуса камеры сгорания нагревается, то предварительно нагревается топливная смесь, которая подается под высоким давлением выше 50 атм., при этом в трубке подачи топливной смеси 3 вода разлагается на водород и кислород, а отработанное техническое масло разлагается на углеводородные соединения. Когда эти соединения проходят через форсунку 4, при сжигании образуется большое количество теплоты и обеспечивается полное сгорание.
Горение топливной смеси внутри корпуса камеры сгорания 1 способствует выполнению предварительного нагрева, причем состояние горения может регулироваться за счет использования узла плазменного факела 9, за счет чего постоянно можно обеспечивать полное сжигание, отчасти благодаря тому, что вода в топливной смеси разлагается на водород и кислород, а отработанное техническое масло разлагается на углеводородные соединения, при этом значительно снижается уровень загрязнения окружающего воздуха и достигается высокий экономический эффект.
Краткое описание фигур чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным за счет ссылок на сопровождающие чертежи, которые даны только для целей иллюстрации и поэтому не предназначены для ограничении правовой охраны настоящего изобретения и на которых представлено:
фиг.1 - вид в продольном разрезе, иллюстрирующий всю конструкцию устройства для сжигания, использующего плазму, по настоящему изобретению;
фиг.2 - вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий камеру сгорания по настоящему изобретению;
фиг.3 - вид сбоку, иллюстрирующий узел трубки отвода аргона и узел отрицательного электрода по настоящему изобретению;
фиг.4 - вид сбоку, иллюстрирующий узел трубки подачи пара по настоящему изобретению.
Основные цифровые обозначения на чертежах: 1 - корпус камеры сгорания; 3 - трубка подачи топливной смеси; 6 - блок подачи постоянного электрического тока; 7 - узел положительного электрода; 8 - узел отрицательного электрода; 11 - камера сгорания; 12 - узел генерации пара; 13 - трубка подачи пара.
Лучший вариант осуществления изобретения
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи.
Следует отметить, что одни и те же цифровые обозначения будут использованы для обозначения узлов и элементов одинакового назначения. При описании будет опущено пояснение хорошо известных функций, узлов и конструктивных элементов для ясности понимания сущности настоящего изобретения
На фиг. 1 показан вид в продольном разрезе, иллюстрирующий всю конструкцию устройства для сжигания, использующего плазму, по настоящему изобретению; на фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий камеру сгорания по настоящему изобретению; на фиг. 3 показан вид сбоку, иллюстрирующий узел трубки подачи аргона и узел отрицательного электрода по настоящему изобретению; и на фиг. 4 показан вид сбоку, иллюстрирующий узел трубки подачи пара по настоящему изобретению.
Настоящее изобретение характеризуется тем, что теплота отбирается от корпуса камеры сгорания 1, сформированную за счет навивки трубки подачи топливной смеси 3 в форме змеевика на внешнюю поверхность корпуса камеры сгорания 1, где топливная смесь подготовлена за счет тщательного смешивания с помощью смесителя воды и отработанного технического масла и подается и подается насосом высокого давления 10 со стороны внешней поверхности корпуса камеры сгорания 1, причем последний выполнен цилиндрическим и открытым с двух сторон. Внутренний конец трубки подачи топливной смеси 3 соединен с форсункой 4, установленной в камере сгорания 11, при этом топливная смесь подается в форсунку 4 через трубку подачи топливной смеси 3 под высоким давлением выше 50 атм. с помощью насоса высокого давления 10 так, чтобы топливная смесь впрыскивалась в камеру сгорания 11 через впрыскивающие отверстия форсунки 4 в форме аэрозоли, за счет чего достигается высокая температура сгорания.
Теплоизоляционный кожух 2 покрывает внешнюю сторону трубки подачи топливной смеси 3, чтобы трубка подачи топливной смеси 3 без потерь отбирала теплоту сгорания из камеры сгорания 11 и теплоту плазмы высокотемпературного пара, а также имеется бачок подачи воздуха 5, установленный таким образом, чтобы полностью закрыть внешние участки форсунки 4 и подавать внешний воздух от воздушного насоса 10′ к внешней поверхности форсунки 4 так, чтобы охлаждать форсунку 4, и нагнетать внешний воздух для сжигания так, чтобы он завихрялся в камере сгорания 11, в количестве, достаточном для образования вихревого факела внутри камеры сгорания 11 с выходом за ее пределы.
Корпус камеры сгорания 1 сконструирован так, чтобы выполнять функцию части узла положительного электрода 7, при этом корпус камеры сгорания 1 является проводником, на него подается положительный электрический заряд (+) от блока подачи постоянного электрического тока 6, и он служит для формирования узла плазменного факела, а также имеется стержень, который является проводником и на который подается отрицательный электрический заряд (-) от блока подачи постоянного электрического тока 6, который также формирует узел плазменного факела 9.
Трубка подачи пара 13, служащая для подачи высокотемпературного пара от узла генерации пара 12, закреплена между торцевой частью корпуса камеры сгорания 1 с одной его стороны и узлом плазменного факела 9, за счет чего пар подается с подводом к нему постоянного электрического тока для активации, при этом пар подается в форме аэрозоли с образованием плазменного факела с помощью узла плазменного факела 9 по всей длине камеры сгорания 11 с температурой такого плазменного факела выше 800°C.
Трубка подачи аргона 15 подведена к узлу отрицательного электрода 8, выполненного в виде стержня, чтобы предотвратить коррозию и фазовый переход материала стержня узла отрицательного электрода 8 за счет подачи на стержень аргона от узла подачи аргона 14. На представленных чертежах, цифровое обозначение 16 используется для обозначения запальника.
Устройство для сжигания по настоящему изобретению работает следующим образом. Когда постоянный электрический ток от блока подачи постоянного электрического тока 6 одновременно подается на узел положительного электрода 7 в виде корпуса камеры сгорания 1 и узел отрицательного электрода 8 в виде стержня, а узел генерации пара 12 обеспечивает подачу высокотемпературного пара в форме аэрозоли через трубку подачи пара 13, то с помощью узла плазменного факела 9 генерируется высокотемпературный плазменный факел. В тоже время, поскольку плазменный факел с температурой выше 800°C нагревает внутреннюю стенку корпуса камеры сгорания 1, на которую навита трубка подачи топливной смеси 3, то за счет этого осуществляется предварительный нагрев топливной смеси, впрыскиваемой для сгорания с помощью форсунки 4.
Вода, содержащаяся в топливной смеси, разлагается на водород и кислород за счет предварительного нагрева в трубка подачи топливной смеси 3, навитой на внешнюю поверхность корпуса камеры сгорания 1, а отработанное техническое масло разлагается на углеводородные соединения, тем самым создавая высокую температуру после прохода через форсунку 4, при этом топливная смесь подается из трубки подачи топливной смеси 3 в в состоянии высокого давления выше 50 атм. с помощью насоса высокого давления 10, благодаря чему топливная смесь может сгорать полностью за счет используемого давления впрыска выше 50 атм. и высокой температуры выше 800°C в камере сгорания 11.
В настоящем изобретении, надлежащий предварительный нагрев выполняется за счет плазменного факела, генерируемого внутри корпуса камеры сгорания 1, и когда топливная смесь впрыскивается в форме аэрозоли через впрыскивающие отверстия форсунки 4, и когда распыленная топливная смесь воспламеняется, прекращают подачу постоянного электрического тока от блока подачи постоянного электрического тока 6, тем самым прекращая генерацию плазменного факела, а топливная смесь продолжает подаваться при высоком давлении выше 50 атм. в камеру сгорания 11 через форсунку 4 с помощью насоса высокого давления 10, за счет чего обеспечивается постоянная высокая температура сгорания топливной смеси.
Во время процесса горения, по настоящему изобретению, внешний воздух для горения подается с помощью воздушного насоса 10′ через бачок подачи воздуха 5 и завихряется, что обеспечивает постоянное охлаждение форсунки 4 и гарантирует надежную эксплуатацию форсунки 4, при этом внешний воздух для горения подается в камеру сгорания 11 с помощью воздушного насоса 10′ так, чтобы он завихрялся по спирали вдоль факела за счет используемой конструкции воздушного прохода бачка подачи воздуха 5 винтовой формы, за счет чего обеспечивается постоянный контактный нагрев внутренней стенки корпуса камеры сгорания 1. Во время процесса горения с использованием форсунки 4, топливная смесь, подаваемая с предварительным нагревом из трубки подачи топливной смеси 3 продолжает гореть в камере сгорания 11 с высокой температурой факела. Когда температура в камере сгорания 11 внутри корпуса камеры сгорания 1 снижается и, соответственно, ухудшаются условия сжигания топливной смеси, то может выполняется повышение температуры за счет подачи топливной смеси с помощью форсунки и генерации высокотемпературного плазменного факела за счет регулированной подачи постоянного электрического тока на узел плазменного факела 9, при этом достигается безопасное и относительно простое контролируемое использование этого устройства для сжигания, использующего плазму.
Здесь, выше, одинаковые цифровые обозначения были использованы для обозначения узлов и элементов одинакового назначения.
Вышеприведенное примеры осуществления настоящего изобретения и чертежи не предназначены для ограничения настоящего изобретения, причем специалисту в этой области техники должно быть понятно, что возможны различные изменения, замены и модификации без отхода от сущности настоящего изобретения.