ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ ПЕЧЕЙ
GAS BURNER FOR OVENS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к газовой горелке для печей или гриля, содержащей трубку Вентури для смешивания топливного газа и первичного воздуха, основную камеру, продолжающуюся в продольном направлении движения потока смеси и расположенную за трубкой Вентури, а также, по меньшей мере, одну камеру снаружи основной камеры, гидравлически взаимосвязанную с последней и снабженную отверстиями для выпуска смеси газа и первичного воздуха.
Уровень техники
Известны газовые горелки для бытовых печей или гриля, содержащие первую удлиненную камеру для распределения топливной смеси газа и первичного воздуха, расположенную непосредственно за смешивающей трубой, имеющей эффект Вентури, и вторую камеру подачи, находящуюся в текучей связи с первой камерой и снабженную снаружи выпускными отверстиями для выпуска топливной смеси. Форма и размеры каналов для движения топливной смеси от распределительной камеры до камеры подачи, а также форма камеры подачи и соответствующих выпускных отверстий определяют локальные термодинамические характеристики смеси внутри горелки, в частности последовательные давление и концентрацию, и, тем самым, определяют форму, профиль и распределение пламени снаружи выпускных отверстий второй камеры.
Например, в US 3156292 описывается похожая газовая горелка для печей, в которой трубчатая распределительная камера, продолжающаяся в продольном направлении впуска смеси и расположенная за смешивающей трубой, крепится в наружном корпусе, снабженном пламенными отверстиями. Наружный корпус образует между его верхней стенкой и самой распределительной трубчатой камерой камеру подачи, которая находится в текучей связи с распределительной камерой с помощью некоторого количества каналов, продолжающихся в продольном направлении и предусмотренных вдоль стенок последней. Такие продолжающиеся в продольном направлении каналы предназначены для обеспечения равномерного протекании газа из распределительной камеры в смешивающую камеру и, тем самым, для обеспечения равномерности распределения пламени и его профиля.
Такое решение, несмотря на то, что оно способствует надлежащей работе горелки, не учитывает разность давлений, возникающую в трубчатой распределительной камере из-за внезапной остановки потока смеси у закрытого конца самой распределительной камеры, противоположного смешивающей трубе.
В частности, поток смеси в трубчатой распределительной камере, создаваемый выпуском газа из соответствующего инжектора, продолжается в продольном направлении из трубки Вентури к закрытому концу самой распределительной камеры, где он сталкивается с концевой закрытой стенкой последней, которая будет препятствовать потоку и отклонять и приводить его в неоднородное состояние. По этой причине в распределительной камере возникает ненулевой градиент давления, в результате чего давление локально увеличивается на закрытом конце распределительной камеры и локально уменьшается у выпускной секции смешивающей трубы.
Такой градиент давления, как будет понятно специалисту в этой области техники, вызовет неравномерное распределение смеси в горелке и затем, даже при наличии наружной камеры подачи, отделенной от вышеуказанной трубчатой распределительной камеры, неравномерное распределении пламени и, следовательно, непостоянное геометрическое распределение температуры и тепла, вырабатываемого горелкой.
Попытка решить эту проблему была предпринята в международной патентной заявке WO 2004/005799, в котором описывается удлиненная горелка для печей, содержащая удлиненную трубчатую распределительную камеру топливной смеси, которая расположена за смешивающей трубой для смешивания газа и первичного воздуха с эффектом Вентури (трубка Вентури). Камера распределения смеси на некоторой длине, начиная от трубки Вентури, расположена в текучей связи, с помощью продольного змеевика, с наружной камерой подачи, снабженной пламенными отверстиями.
Объем такого змеевика, образуемого двумя продольными ребрами внутри горелки, размещенными на расстоянии друг от друга в поперечном направлении и имеющими высоту, меньшую высоты камеры горелки, должен образовывать стенки, предназначенные для переноса части потока смеси в камеру подачи, расположенную сбоку от трубчатой распределительной камеры, тем самым, образуя ловушку для смеси, которая будет достигать более высокого давления у пламенных отверстий, имеющихся в вышеуказанной камере подачи.
Такое более высокое давление, которое будет возникать, как указано выше, только у пламенных отверстий горелки, расположенных в вышеуказанной камере подачи на некоторой длине рядом с трубкой Вентури, будет достаточным для компенсации повышенного давления, возникающего на конце горелки, противоположном трубе Вентури, в котором пламенные отверстия непосредственно предусмотрены в распределительной камере и не имеется никакой камеры подачи, что, таким образом, способствует регулированию распределения пламени горелки.
Решение, описанное в WO 2004 (005799), было направлено на решение проблемы существования градиента давления в смеси внутри распределительной камеры горелки, но, наряду со сложностью практического осуществления, оно не позволяет получить внутри основной распределительной камеры или внутри камеры подачи достаточную равномерность в распределении локального давления смеси, что может обеспечить равномерность и однородность пламени по всей длине горелки.
Задачей изобретения является создание горелки для бытовых печей или гриля, не имеющей известных недостатков горелок для печей по известному уровню техники. Техническим результатом данного изобретения является получение равномерного пламени по всему продольному размеру самой горелки.
Горелка для печей содержит трубку Вентури для смешивания топливного газа и первичного воздуха и продолжающуюся в продольном направлении распределительную камеру, расположенную непосредственно за трубкой Вентури и обеспечивающую на своей внутренней стороне равномерное распределение смеси на всем протяжении горелки, по меньшей мере, у соответствующих пламенных отверстий.
Другой задачей настоящего изобретения является создание горелки для печей или гриля вышеуказанного типа, которая обеспечивает получение равномерного и однородного распределенного пламени на всем протяжении самой горелки.
Сущность изобретения
Технический результат достигается в горелке для печей или гриля признаками независимого пункта формулы изобретения и последующими зависимыми пунктами формулы изобретения.
Газовая горелка для печей или гриля по настоящему изобретению содержит трубку Вентури для смешивания топливного газа и первичного воздуха, основную распределительную камеру, продолжающуюся в продольном направлении движения потока смеси и расположенную за трубкой Вентури, а также, по меньшей мере, одну камеру подачи, расположенную снаружи основной камеры и снабженную отверстиями для выпуска смеси газа и первичного воздуха. Основная распределительная камера и наружная камера подачи гидравлически взаимосвязаны, по меньшей мере, на продольном участке основной камеры, с помощью, по меньшей мере, одного сквозного отверстия, которое имеет большее сечение на участке выше по продольному направлению движения потока смеси и меньшее сечение на участке ниже по направлению движения потока смеси.
Предпочтительно, чтобы на непрерывном расстоянии вдоль всего непрерывного участка вышеуказанной основной камеры сквозное отверстие между основной камерой и наружной камерой продолжалось на всем протяжении основной камеры от выпускной секции трубки Вентури до, по существу, концевой стенки основной камеры, противоположной трубке Вентури.
Такое решение обеспечивает эффективное регулирование локального давления в наружной камере подачи, вынуждая смесь выходить через каналы, имеющие секции различной формы, и создавать разные потери нагрузки в потоке смеси.
На практике, благодаря данному изобретению потери нагрузок будут больше у сквозного отверстия между двумя камерами, имеющими меньшее сечение, расположенное вблизи закрытого конца горелки, и наоборот, будут меньше там, где сквозное отверстие имеет большее сечение вблизи выпускной секции трубки Вентури. Таким образом, давление топливной смеси будет практически равномерным на всем протяжении горелки, обеспечивая схожее однородное и равномерное распределение пламени горелки.
Кроме того, по предпочтительному варианту настоящего изобретения горелка содержит две наружные камеры подачи, продолжающиеся в продольном направлении по осям, параллельным оси основной распределительной камеры и расположенные с боковых сторон последней.
Кроме того, по меньшей мере, одна продольная длина основной камеры продолжается от зоны вблизи выпускной секции трубки Вентури до противоположного конца основной камеры.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения горелка содержит верхний кожух, промежуточную перегородку и нижний кожух, взаимно соединенные и образующие трубку Вентури и вышеуказанную основную камеру и наружные камеры и дополнительную компенсационную камеру, расположенную внизу. Промежуточная перегородка имеет, по меньшей мере, один центральный вогнутый участок и, по меньшей мере, один боковой выпуклый участок, причем центральный вогнутый участок образует с верхним кожухом основную камеру, имеющую продольное удлинение, и, по меньшей мере, один боковой выпуклый участок образует, по меньшей мере, одно сквозное отверстие для топливной смеси. В таком варианте выполнения специальная форма промежуточной перегородки с вогнутым участком и, по меньшей мере, одним выпуклым участком позволяет легко и точно определять сечение вышеуказанных сквозных отверстий между основной камерой и наружной камерой или наружными камерами горелки.
В таком варианте выполнения горелки по настоящему изобретению трубка Вентури предпочтительно является трубкой Вентури, имеющей осевую конструкцию.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение представлено ниже чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - перспективный вид сверху на горелку по конкретному аспекту настоящего изобретения;
на фиг.2 - частичный вид сбоку в разрезе на горелку из фиг.1;
на фиг.3 - другой частичный вид сбоку в разрезе на горелку из предыдущих фигур;
на фиг.4 - перспективный вид сверху на промежуточную перегородку в двух наружных кожухах, образующих корпус горелки из фиг.1:
на фиг.5 - фронтальный вид в разрезе на горелку из фиг.1 по линии А-А разреза из фиг.1; и
на фиг.6 - фронтальный вид в разрезе на горелку из фиг.1 по линии В-В разреза из фиг.1.
Раскрытие изобретения
На фиг.1 горелка 1 печи или гриля образована из верхнего кожуха 5 и нижнего кожуха 6, которые взаимно соединены и скреплены известным образом и образуют наружный корпус горелки 1, содержащий соединительную секцию 7 для прямого или косвенного соединения горелки 1 с внутренней стенкой 101 печи или гриля, продолжающийся в продольном направлении элемент, снабженный в поперечном направлении множеством пламенных отверстий 4, и закрытую концевую секцию 8 на противоположной стороне от соединительной секции 7, снабженную средством для прямого или косвенного крепления корпуса к другой внутренней стенке печи или гриля.
Кожухи 5 и 6, между которыми помещена промежуточная перегородка 13 (фиг.4), взаимно соединены и, по меньшей мере, частично, образуют внутреннюю геометрию горелки 1, которая содержит, начиная от конца соединительной секции 7 и заканчивая закрытой секцией 8, трубку 2 Вентури, имеющую осевую конструкцию, основную камеру 3, расположенную после трубки 2 Вентури и продолжающуюся соосно с ней в продольном направлении, а также две боковые наружные камеры 16, 17 (фиг.2 и 3), продолжающиеся в продольном направлении вдоль параллельных осей сбоку от оси основной камеры 3 и снабженные отверстиями 4.
На фиг.2 показан боковой разрез части горелки 1 вблизи от ее соединительной секции 7. Соединение между горелкой 1 и внутренней стенкой 101 печи или гриля может быть обеспечено с помощью соответствующего кронштейна 100, снабженного известными средствами для крепления горелки 1 у ее соединительного конца 7 и предназначенными также для удерживания инжектора 9 топливного газа в самой горелке 1 во время соединения последней с кронштейном 100.
В частности, как показано на фиг.2, внутренняя геометрия горелки 1 предусматривает первую зону 10, расположенную непосредственно после соединительной секции 7 и имеющую форму усеченного конуса с суживающимся сечением до зоны 11, имеющей цилиндрический профиль уменьшенного сечения и идущей до следующей зоны 12, постепенно расширяющейся относительно зоны 11 или имеющей расширяющееся сечение, по существу, в плоскости, перпендикулярной разрезу из фиг.2, как видно из фиг.1. Зоны 10, 11 и 12 продолжаются вдоль общей оси и образуют трубку 2 Вентури, имеющую осевую конструкцию, адаптированную к обеспечению смешивания топливного газа, впрыскиваемого инжектором 9, с (первичным) воздухом, всасываемым самой трубкой 2 Вентури из окружающей среды снаружи горелки 1.
Как можно видеть из фиг.2, трубка 2 Вентури частично образована нижним кожухом 6, частично промежуточной перегородкой 13, причем последняя имеет форму, позволяющую ей перекрывать этот же нижний кожух 6, начиная от заданного положения, и верхним кожухом 5.
Учитывая направление движения топливного газа и смеси в горелке 1 непосредственно после выпускной секции 14 трубки 2 Вентури, основная камера 3 предназначена для подачи смеси в саму горелку 1. Основная камера 3 расположена в продольном направлении соосно с трубкой 2 Вентури и образована промежуточной перегородкой 13 и верхним кожухом 5.
Между промежуточной перегородкой 13 и нижним кожухом 6 также предусмотрена компенсационная камера 15, находящаяся в текучей связи с основной камерой 3 с помощью некоторого количества отверстий 20 (фиг.4), предусмотренных вдоль нижней стенки промежуточной перегородки 13, и предназначенная не только для регулирования вытекания смеси в наружном направлении с помощью нескольких каналов 23а, 23b, открытых наружу и образованных между такой перегородкой 13 и нижним кожухом 6, но также для обеспечения оптимального распространения пламени по нескольким отверстиям 4 во время розжига горелки 1.
На фиг.3 показан боковой разрез участка горелки 1 у закрытой концевой секции 8, при этом основная камера 3 сужается вблизи концевой секции 8. Кроме того, на фиг.3 показаны два отверстия 16b и 17b, образованные между внутренними ребрами промежуточной перегородки 13 и верхним кожухом 5 горелки 1, образующими сквозную секцию, которая отрегулирована для подачи топливной смеси в направлении одной из боковых камер 22b подачи (см. фиг.5 и 6), на которых имеются открытые отверстия 4.
На фиг.4-6 показаны специальные формы промежуточной перегородки 13 и верхнего кожуха 5, обеспечивающих образование наружных камер 22а, 22b, которые продолжаются сбоку по отношению к основной распределительной камере 3 вдоль осей, параллельных оси последней, и которые находятся в текучей связи с основной камерой 3 с помощью соответствующих сквозных отверстий 16а, 16b, 17а, 17b, имеющих сечение с калиброванными размерами по отношению к направлению движения потока топливной смеси.
По предпочтительному варианту настоящего изобретения сквозные отверстия 16а, 16b наиболее близко расположенные к выпускной секции трубки 2 Вентури, имеют большее сечение, чем сечение сквозных отверстий 17а, 17b, предусмотренных на закрытой концевой секции 8 горелки 1.
Такое решение, как упомянуто выше, определяет, что часть потока текучей среды, проходящей через сквозные отверстия 17а, 17b, имеющие меньшую площадь сечения, подвергается большим потерям нагрузки (т.е. ей будет сложнее достигнуть соответствующих боковых камер 22а, 22b подачи) по сравнению с потерями нагрузок, которым подвергается поток текучей среды, проходящий через сквозные отверстия 16а, 16b, имеющие большую площадь сечения.
Разное сечение сквозных отверстий 16а, 16b и 17а, 17b, вызывающее взаиморазличные потери нагрузок, по существу, компенсирует различие в местном давлении, имеющее место во внутренней зоне горелки 1, расположенной рядом с закрытой концевой секцией 8, по отношению к внутренней зоне, расположенной непосредственно за трубкой 2 Вентури, делая концентрацию и давление смеси, в боковых камерах 22а, 22b, по существу, равномерными с последующим получением равномерного пламени по всей длине горелки 1.
Фиг.4, 5 и 6 позволяют более подробно изучить весь внутренний профиль описываемой горелки и, в частности, особую форму промежуточной перегородки 13, помещенной между верхним 5 и нижним 6 кожухами горелки 1. Такая промежуточная перегородка 13, наглядно показанная на фигурах, может быть изготовлена с помощью штамповки металлического листа и содержит нижнюю стенку, образованную для ограничения нижней зоны трубки 2 Вентури и основной камеры 3 для распределения смеси соответственно, а также верхнюю стенку упомянутой выше нижней компенсационной камеры 15. Такая нижняя стенка, начиная от зоны за трубкой 2 Вентури, является, по существу, вогнутой и снабжена множеством отверстий 20, которые обеспечивают обмен текучей средой между основной камерой 3, расположенной вверху, и компенсационной камерой 15, расположенной внизу.
У боковых концов такой вогнутой нижней стенки промежуточной перегородки 13 только за трубкой 2 Вентури согласно направлению движения потока топливной смеси на некотором протяжении имеются направленные вверх и продолжающиеся в продольном направлении ребра 18а, 18b и 19а, 19b, которые образованы выпуклыми выступающими участками листа, содержащего промежуточную перегородку 13, и которые предназначены для образования соответственно вышеуказанных калиброванных сквозных отверстий 16а, 16b и 17а, 17b для подачи смеси из основной камеры 3 в наружную камеру 22а. 22b.
Такие ребра 18а, 18b и 19а, 19b выступают на различную высоту, начиная от нижней стенки промежуточной перегородки 13 для образования некоторого количества первых сквозных отверстий 16а, 16b для смеси, имеющих большее сечение, чем сечение некоторого количества вторых сквозных отверстий 17а, 17b, расположенных перед первыми из двух названных.
Следует отметить, что в конкретном показанном здесь варианте выполнения сквозные отверстия 16а, 16b, образованные с помощью ребер 18а и 18b, а также сквозные отверстия 17а, 17b, образованные с помощью ребер 19а, 19b, имеют одинаковое сечение.
Поскольку горелка 1 имеет сужение в закрытой концевой секции 8, ребра 19а, 19b, также предназначенные для функционального соединения с верхним кожухом 5 горелки 1, вблизи такой закрытой концевой секции 8 имеют уменьшающуюся высоту относительно нижней стенки промежуточной перегородки 13, так чтобы сквозные отверстия 19а, 19b имели, по существу, одинаковое сечение.
Кроме того, у наружных сторон ребер 18а, 18b и 19а, 19b промежуточная перегородка имеет две, по существу, плоские боковые стенки, образующие соответственно с верхним кожухом 5 наружные камеры 22а, 22b для подачи топливной смеси с соответствующими отверстиями 4, 4а, 4b, 4c, 4d и с нижним кожухом 6 нижнюю компенсационную камеру 15 с соответствующими калиброванными каналами 23а, 23b.
И, наконец, у концевой секции 8 горелки 1 промежуточная перегородка имеет конечную стенку 21, выступающую вверх, как и ребра 18а, 18b и 19а, 19b, и предназначенную для закрывания основной распределительной камеры 3 горелки 1.
Необходимо отметить, что, хотя до настоящего момента приводилось описание горелки печи или гриля, снабженной основной распределительной камерой, двумя боковыми наружными камерами подачи и нижней компенсационной камерой, образуемыми за счет соединения верхнего кожуха с нижним кожухом и размещения между ними профилированной промежуточной перегородки, любая другая конструкция горелки печи или гриля, имеющая, по меньшей мере, одну основную камеру и, по меньшей мере, одну наружную камеру подачи, соединенную с основной камерой с помощью калиброванных сквозных отверстий для топливной смеси, имеющих большее сечение выше по направлению потока смеси и меньшее сечение ниже по направлению потока смеси, является частью настоящего изобретения.
Аналогично, несмотря на то, что выше был описан вариант выполнения настоящего изобретения, подтверждающий, по существу, наличие двух продольных участков с каждой стороны основной распределительной камеры, вдоль которых расположены два калиброванных сквозных отверстия разного сечения соответственно, несмотря на одинаковую длину, любая другая конфигурация за счет постоянного уменьшения сквозного сечения, также позволяющего получить вышеуказанный эффект, т.е. меньшее сквозное сечение для подачи текучей среды из основной камеры в каждую камеру подачи у закрытой концевой секции горелки, является частью группы возможных вариантов выполнения настоящего изобретения.
Описанная выше горелка 1 печи или гриля работает следующим образом. После соединения горелки 1 с инжектором 9 и крепления горелки 1 у соединительной секции 7 к кронштейну 100, прикрепленному к стенке 101 печи или гриля, протекание топливного газа через инжектор 9, инициируемое пользователем с помощью вентиля известной конструкции, создает газовый поток, проходящий через трубку 2 Вентури сначала в зону 10, имеющую суживающееся сечение, затем в зону 11, имеющую уменьшенное сечение, и, наконец, в зону 12, с расширяющимся сечением трубки 2 Вентури. Как хорошо известно, суживающаяся-расширяющаяся форма трубки 2 Вентури вызывает, в свою очередь, за счет прохождения топливного газа, образование области низкого давления вблизи зоны 11 с уменьшенным сечением; в такой области пониженного давления происходит всасывание (первичного) воздуха из окружающей среды и смешивание топливного газа с первичным воздухом, которое заканчивается в зоне 12 с расширяющимся сечением.
Затем образованная топливная смесь проходит в основную распределительную камеру 3 и оттуда она частично попадает в нижнюю камеру 15 подачи с помощью отверстий 20, предусмотренных на вогнутой нижней стенке промежуточной перегородки 13, и частично в боковые наружные камеры 22а, 22b, проходя через калиброванные отверстия 16а, 16b и 17а, 17b соответственно, образованные, как можно было видеть, с помощью ребер или выпуклостей 18а, 18b и 19а, 19b самой промежуточной перегородки 13.
Разное сквозное сечение таких калиброванных отверстий 16а, 16b и 17а, 17b, большие вблизи трубки 2 Вентури и меньшие вблизи закрытой концевой секции 8 основной камеры 3, определяет разную «легкость» достижения потоком топливной смеси боковых камер 22а, 22b (т.е. поток подвергается различным потерям нагрузки), что вызывает, по существу, равномерное распределение топливной смеси и ее локального давления внутри наружных камер 22а, 22b, несмотря на тенденцию, в результате закрывания концевой секции 8 основной камеры 3, к установлению большего давления топливной смеси вблизи концевой секции 8 горелки 1.
Топливная смесь выпускается из наружных камер 22а, 22b подачи, а также из компенсационной камеры 15 через пламенные отверстия 4а, 4b, 4c, 4d соответственно и через калиброванные каналы 23а, 23b, обеспечивая, после розжига горелки 1, появление однородного и равномерно распределенного пламени по всей наружной длине самой горелки 1.