ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к горелочным устройствам, работающих на жидком топливе, и может быть применена в отопительных приборах, в автомобилестроительной и других отраслях.
Характерной особенностью горелочных устройств испарительного типа являются сравнительно малые размеры камеры сгорания. Топливо в зону горения камеры сгорания поступает через испарительную систему в виде пара, что обеспечивает возможность эффективного горения с высокой мощностью тепловыделения.
Для надежной работы горелочного устройства одним из необходимых условий является отсутствие «луж» на поверхности испарительной системы, полностью заполненных жидким топливом. При наличии таких участков в процессе горения происходит закипание жидкого топлива, при этом в зону горения из кипящих участков поступают крупные капли жидкого топлива, которые не успевают полностью испариться и сгореть, а также при кипении выделяются твердые сажистые образования, которые ведут к закоксовыванию испарительного элемента, что снижает надежность работы горелочного устройства.
Для предотвращения процесса закоксовывания капиллярной структуры необходимо, чтобы поступающее жидкое топливо до выхода в область соприкосновения капиллярной структуры с зоной горения было распределено по достаточно большой площади капиллярной структуры.
Известно горелочное устройство [1], содержащее камеру сгорания с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в камеру сгорания соплом подачи воздуха, испарительную систему в виде испарительной капиллярной структуры, которая состоит из цилиндрической и плоской частей, размещенных на внутренней стороне поверхности камеры сгорания, штуцер для установки свечи накаливания, жаровую трубу и стабилизатор пламени, патрубки для подвода воздуха и топлива,
кольцевую подложку, на которой размещена плоская часть испарительной системы. Данное горелочное устройство имеет такие недостатки как невысокий срок службы и высокое содержание вредных веществ в продуктах сгорания. Эти недостатки обусловлены тем, что испарительная система не обеспечивает эффективное превращение жидкого топлива в пар и в результате чего происходит быстрое закоксовывание капиллярной структуры, возрастает выброс вредных веществ и снижается мощность и срок службы горелочного устройства. Кроме того, установка дополнительного испарительного элемента в виде цилиндра усложняет конструкцию устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, является горелочное устройство испарительного типа для отопительного прибора [2], работающего на жидком топливе, содержащее камеру сгорания с передней торцовой стенкой, воздухопровод и топливопровод, имеющий подводящий патрубок, на котором посредством держателя, выполненного в виде стального диска и имеющего отверстие, закреплен испарительный элемент из жароупорного материала, перекрывающего выходное сечение патрубка, и запальник. При этом испарительный элемент выполнен из пористого материала, образующего испарительную капиллярную структуру. Держатель, на котором расположен испарительный элемент, установлен по отношению к передней торцовой стенке камеры сгорания с воздушным зазором, который обеспечивает определенную температуру для более эффективного испарения топлива. Данная конструкция имеет один испарительный элемент, расположенный на держателе. Испарительный элемент распределяет и испаряет топливо, а также аккумулирует топливо, что позволяет обеспечивать непрерывное горение при импульсивной подаче топлива. Однако, вследствие того, что испарительный элемент в силу конструкционных особенностей имеет небольшую толщину и выполнен из пористого материала, срок службы такого элемента небольшой. Кроме того, испарительный элемент не обеспечивает равномерного распределения топлива на поверхности испарительного элемента и образования пара, в результате чего на поверхности образуются «лужи топлива», происходит быстрое закоксовывание капиллярной структуры, закипание топлива и выделение сажистых веществ. Это приводит к
увеличению выброса вредных веществ, снижению мощности и срока службы горелочного устройства.
Распределение топлива по объему капиллярной структуры испарительного элемента определяется совокупным действием ряда факторов, среди которых определяющее значение имеют капиллярные свойства испарительной капиллярной структуры, сила тяжести, вязкость и температура испарения жидкого топлива, интенсивность отвода паров от поверхности испарительной капиллярной структуры в зону горения, интенсивность и характер ее прогрева.
Для предотвращения процесса закоксовывания испарительной капиллярной структуры необходимо, чтобы поступающее жидкое топливо до выхода в область соприкосновения испарительной капиллярной структуры с зоной горения было распределено по достаточно большой площади испарительной капиллярной структуры. Известно, что критерием достаточности распределения порции жидкого топлива по объему капиллярной структуры до соприкосновения топлива с зоной горения является такое удельное количество топлива в области соприкосновения зоны горения с капиллярной структурой, при которой жидкость испаряется до достижения условия закипания.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого горелочного устройства испарительного типа для отопительного прибора, в котором путем изменения конструкции испарительного элемента обеспечивается повышение ресурса горелочного устройства, повышение мощности и снижение выброса вредных продуктов сгорания.
Поставленная задача решается тем, что в известном горелочном устройстве испарительного типа для отопительного прибора, работающего на жидком топливе, содержащем камеру сгорания, воздухопровод и топливопровод, имеющем подводящий патрубок, на котором посредством держателя, выполненного в виде стального диска и имеющего отверстие, закреплен испарительный элемент из жароупорного материала, перекрывающего выходное сечение патрубка, и запальник, согласно полезной модели, испарительный элемент выполнен из проволоки с образованием испарительной капиллярной структуры, и имеет
плотность 1,85-6,5 г/см3, при этом толщина испарительного элемента составляет 0,8-4,0 мм.
Кроме того, в качестве жароупорного материала используют вольфрамовую проволоку круглого сечения.
Предпочтительно, использовать проволоку диаметром 0,03-0,20 мм.
Благодаря тому, что испарительный элемент выполнен из проволоки, например, вольфрамовой проволоки, обеспечивается прочная испарительная капиллярная структура небольшой толщины. При этом срок службы такого испарительного элемента значительно увеличен.
Параметры испарительного элемента определены опытным путем и являются оптимальными.
Выполнение испарительной капиллярной структуры с плотностью в пределах 1,85-6,5 г/см3 обеспечивает такие капиллярные свойства испарительной капиллярной структуры, которые позволяют осуществлять перевод достаточного количества топлива в паровую фазу и его полное сгорание, и позволяет максимально увеличить производительность горелки и значительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу, являющихся продуктами неполного сгорания топлива.
Экспериментально установлено, что при диаметре проволоки меньшим 0,03 мм происходит снижение интенсивности горения вследствие забивания пор испарительной капиллярной структуры горелочного устройства, при диаметре большем 0,20 мм происходит снижение температуры горения из-за образования «луж топлива» на поверхности испарительной капиллярной структуры вследствие чего, происходит закипание топлива, быстрое закоксовывание, и выделение сажистых и коксующихся веществ.
При толщине испарительного элемента меньшей 0,8 мм не обеспечивается установка испарительного элемента с достаточной плотностью прилегания между торцевой поверхностью камеры сгорания и примыкающей к ней цилиндрической поверхностью камеры сгорания, из-за чего происходит утечка топлива через
боковые зазоры, что также приводит к образованию «луж», закипанию и выносу в зону горения жидких капель топлива, которые превращаются в сажистые отложения.
При толщине испарительного элемента больше 4,0 мм не обеспечивается установка испарительного элемента между торцевой поверхностью камеры сгорания и примыкающей к ней цилиндрической поверхностью камеры сгорания с необходимыми зазорами для подачи воздуха завихренным потоком для образования паровоздушной смеси и осуществления интенсивного процесса горения.
Суть полезной модели поясняется на чертеже, где на фиг.1 представлен продольный разрез горелочного устройства испарительного типа для отопительного прибора.
Горелочное устройство испарительного типа для отопительного прибора состоит из камеры сгорания 1, имеющей цилиндрическую поверхность 2, торцевую поверхность 3, воздухопровода 4 и топливопровода 5, имеющего подводящий патрубок 6, на котором расположен держатель 7, выполненный в виде стального диска с отверстием, испарительного элемента 8 и запальника 9.
Устройство работает следующим образом. В момент запуска горелочного устройства к испарительному элементу 8, выполненному, например, из вольфрамовой проволоки круглого сечения, подводится жидкое топливо по топливопроводу 5, который имеет подводящий патрубок 6, на котором расположен держатель 7, выполненный в виде стального диска с отверстием, и посредством которого на подводящем патрубке 6 закреплен испарительный элемент 8. Под действием капиллярных сил топливо впитывается и равномерно растекается по поверхности испарительной капиллярной структуры испарительного элемента 8. При нагревании пропитанного топливом испарительного элемента происходит интенсивное испарение и пары топлива поступают непосредственно в камеру сгорания 1, где перемешиваются с воздухом, подаваемым по воздухопроводу 4. Воздух подается с образованием вихревых зон турбулентного характера, что обеспечивает эффективное перемешивание паров топлива с воздухом. При помощи
запальника 9 происходит поджиг этой смеси и осуществляется интенсивное горение с выделением тепловой энергии большой мощности. При этом, благодаря выполнению испарительного элемента 8 из проволоки, достигается распределение топлива по максимальной площади испарительной капиллярной структуры, что существенно повышает надежность всего горелочного устройства, поскольку на поверхности испарительной капиллярной структуры не образуется нагар и не происходит закоксовывание, что значительно снижает выброс вредных продуктов сгорания.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить ресурс горелочного устройства, мощность и снизить выброс вредных продуктов сгорания.
Источники информации
7
1. Патент Российской Федерации №2213297, опубл. 10.10.2002 г., МПКF23D 5/06, F23D 3/40.
4
2. Патент Украины №4631, опубл. 05.03.1084 г., МПК F23D 5/06.