РАДИАЦИОННАЯ ГОРЕЛКА
RADIATION BURNER

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к радиационным горелкам, и может применяться для бытовых и промышленных нужд в различных теплоэнергетических установках и преимущественно в бытовых и коммунально-бытовых газовых плитах, обогревателях, сушилках, печах и др.
Известна промышленная горелка для сжигания перемешанных газовых смесей с плоской насадкой, выполненной в виде металлической сетки или системы сеток (А.К.Родин. Газовое лучистое отопление. Л.: Недра, 1987). Недостатком такой горелки является недостаточное снижение выбросов СО в атмосферу и нагрев корпуса до высокой температуры.
Известна радиационная горелка, содержащая корпус, систему подвода топливовоздушной смеси и керамическую перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, установленную в корпусе и имеющую окно для вывода излучения (RU 2272219, F23D 14/12, 20.03.2006). Данная горелка обеспечивает существенное снижение выбросов СО в атмосферу, но в ней происходит нагрев корпуса до высоких температур, что приводит к увеличению сторонних теплопотерь и к снижению эффективности горелки.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является радиационная горелка, содержащая корпус, перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, размещенной в корпусе, и систему подвода топливовоздушной смеси. Перфорированная излучающая насадка имеет две излучающие поверхности, размещенные с зазором относительно друг друга, причем внешняя излучающая поверхность образована металлической сеткой, а внутренняя излучающая поверхность образована перфорированной металлической лентой или крупноячеистой металлической сеткой, размеры ячеек которой превышают размеры ячеек сетки, образующей внешнюю излучающую поверхность (RU 2336462, F23D 14/12, 20.10.2008 - прототип).
Недостатком горелки, выбранной за прототип, является недостаточно высокая эффективность вследствие высоких сторонних тепловых потерь через боковую поверхность корпуса и опасность получения ожога при ее использовании в бытовых газовых плитах.
Задачей изобретения является разработка такой конструкции радиационной горелки, которая позволит существенно увеличить эффективность горелочного устройства и сделать горелку безопасной в обращении.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемой радиационной горелкой, содержащей корпус с кольцевой крышкой, перфорированную излучающую насадку, выполненную в виде полости, образованной двумя излучающими поверхностями, размещенными в корпусе, и систему подвода топливовоздушной смеси, в которой боковая часть корпуса горелки выполнена в виде двух тонкостенных коаксиальных цилиндров, кольцевой зазор между которыми герметичен и вакуумирован, а кольцевая крышка соединена с корпусом через термоизолирующую прокладку.
Кольцевой зазор между двумя тонкостенными коаксиальными цилиндрами, образующими боковую часть корпуса горелки, может составлять 3-6 мм.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения состоит в том, что вследствие конструкции боковой части корпуса горелки в виде двух тонкостенных коаксиальных цилиндров, кольцевой зазор между которыми герметичен и вакуумирован, существенно сокращаются сторонние теплопотери, что позволяет повысить эффективность горелки, так как процесс горения становится более стабильным и экономичным (увеличивается КПД горелки) и более экологичным - уменьшается количество продуктов неполного сгорания топлива. Благодаря указанной конструкции боковой части корпуса горелки и термоизоляции горячей крышки от корпуса, уменьшается температура внешней стороны корпуса, следовательно, увеличивается безопасность в обращении с горелкой.
Выбранный размер кольцевого зазора между двумя тонкостенными коаксиальными цилиндрами, образующими боковую часть корпуса горелки, выбирался из следующих соображений. При зазоре менее 3 мм сторонние теплопотери через корпус горелки резко возрастают. Увеличение зазора свыше 6 мм не дает заметного прироста эффективности горелки, но приводит к ухудшению механических характеристик ее корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежом. На нем представлена предлагаемая радиационная горелка в продольном разрезе.
Горелка содержит корпус 1 с системой подвода топливовоздушной смеси 2 и кольцевой крышкой 3, на которой закреплена перфорированная излучающая насадка в виде цилиндрической металлической сетки 4, образующей внешнюю излучающую поверхность горелки, и цилиндрической перфорированной металлической ленты 5, образующей внутреннюю излучающую поверхность горелки. Кольцевая крышка горелки 3 соединяется с корпусом 1 через термоизолирующую прокладку 6.
Горелка работает следующим образом.
Топливовоздушная смесь подается по каналу 2 в корпусе 1 горелки и из него поступает в зазор между сеткой 4 и перфорированной лентой 5, где и происходит ее сгорание. При этом, в зависимости от расхода топливовоздушной смеси, температура внутренней излучающей поверхности устанавливается в пределах от 800°С до 1100°С, а внешней - до 500-600°С. Выделяемое при этом ИК-излучение от внутреннего излучателя 5 выводится из горелки и поступает на поверхность нагреваемого объекта. Однако из-за высокой температуры внешнего излучателя возникает большой радиационный поток на боковую стенку корпуса горелки. Дополнительный поток тепла к корпусу поступает от разогретой кольцевой крышки 3.
Если боковая стенка корпуса 1 выполнена в виде традиционной однослойной конструкции, то из-за высоких сторонних теплопотерь через стенку корпуса эффективность горелки снижается. При этом нагрев боковой поверхности корпуса горелки достигает в средней части 100-150°С, а в верхней части - 200-250°С. Такая горелка становится опасной в обращении с ней.
В предлагаемой горелке благодаря конструкции боковой части корпуса горелки в виде двух тонкостенных коаксиальных цилиндров, кольцевой зазор между которыми герметичен и вакуумирован, и термоизоляции горячей крышки от корпуса с помощью термоизолирующей прокладки сторонние теплопотери практически исключаются, что приводит к значительному повышению эффективности горелки. Предлагаемые особенности конструкции горелки позволяют существенно снизить температуру внешней стороны корпуса, следовательно, увеличивается безопасность в обращении с горелкой.
Были проведены сравнительные калориметрические эксперименты по оценке эффективности горелочного устройства предлагаемой конструкции. Эксперименты показали, что изготовление корпуса горелки в виде двух тонкостенных коаксиальных цилиндров, кольцевой зазор между которыми герметичен и вакуумирован, и соединение кольцевой крышки горелки с корпусом через термоизолирующую прокладку приводят к увеличению КПД горелки на 5-10% и снижению температуры боковой поверхности корпуса горелки до 30-60°С.
Таким образом, предлагаемая горелка отличается более высокой эффективностью и безопасна в обращении.