Патент на изобретение №2349837

(54) КАМЕРНАЯ ВИХРЕВАЯ ТОПКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топкам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средствах, для повышения полноты сгорания топлива путем интенсификации сжигания образующейся топливно-воздушной смеси. Для достижения указанного технического результата камерная вихревая топка содержит корпус топки, размещенные в нем камеру сжигания топливно-воздушной смеси с плоским испарителем жидкого топлива и форкамеру воспламенения с электрическим запальником, сопряженные между собой внутренней торцовой стенкой с отверстием для установки корпуса форкамеры, образующие с корпусом топки охватывающий их кольцевой коллектор, ограниченный передней и задней торцовыми стенками корпуса топки и сообщающийся с системой подвода воздуха через патрубок, соединенный с корпусом, и с камерой сжигания через трубки, тангенциально установленные по периметру внутренней стенки коллектора, выступающие одним концом в камеру сжигания, и с форкамерой через дозировочное отверстие в стенке. Испаритель расположен на внутренней торцовой стенке, сопряженной с трубопроводом подвода топлива к испарителю, перекрывающему выходное отверстие трубопровода и отделяющему форкамеру от камеры сжигания, последняя сообщается с форкамерой через окно в испарителе напротив запальника, закрепленного на задней торцовой стенке корпуса топки. Перед испарителем с воздушным зазором закреплен плоский экран отражения тепловой энергии, закрывающий испаритель на площади поперечного сечения форкамеры. Передняя торцовая стенка корпуса топки выполнена с бортом, выступающим в камеру сжигания, образующим выпускное отверстие топки с внезапным сужением камеры сжигания. Экран отражения излучаемой тепловой энергии расположен перед испарителем коаксиально камере сжигания и выполнен с отверстием, имеющим форму сопла Лаваля. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топкам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средствах.

Известно горелочное устройство, содержащее топочную камеру, ограниченную цилиндрической стенкой с двумя рядами симметрично расположенных в ней по периметру щелевых отверстий и торцовой стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально топочной камере соплом подачи воздуха, завихритель потока воздуха, испарительная капиллярная структура, размещенная как на цилиндрической, так и на торцовой стенках топочной камеры, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом и испарительной капиллярной структурой, штуцер для установки свечи, жаровая труба и стабилизатор пламени (патент RU на изобретение №2200904 С1. Горелочное устройство. – МПК7 F23D 5/06. – 20.03.2003). Недостатком известного устройства является ограничение по скорости смешения топливно-воздушной смеси, что снижает эффективность использования горелочного устройства.

Известно горелочное устройство, содержащее камеру сгорания, установленную в корпусе с образованием охватывающего ее кольцевого канала с закрытым выходным торцом и сообщенного с системой подвода воздуха, на входе которой установлен испарительный элемент, сообщенный с каналом подвода топлива, запальный элемент. Камера сгорания имеет, по меньшей мере, два ряда отверстий для подвода в нее воздуха, расположенных на ее боковой поверхности, первый ряд отверстий из которых расположен вблизи испарительного элемента и выполнены тангенциальными, а последний – вблизи выходного отверстия камеры сгорания, за которой установлена камера дожигания с внезапным расширением (патент RU на полезную модель №62211 U1. Горелочное устройство. – МПК7 F23D 5/00. – 2007.03.27). Недостатком известного технического решения является неполное сгорание топлива, что требует дополнительной камеры дожигания.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является горелочное устройство, содержащее корпус, размещенные в нем камеру сжигания топливно-воздушной смеси с плоским испарителем топлива и форкамеру воспламенения с электрическим запальником, сопряженные между собой внутренней торцовой стенкой с отверстием для установки корпуса форкамеры и образующие с корпусом охватывающий их кольцевой коллектор, ограниченный передней и задней торцовыми стенками корпуса и сообщающийся с одной стороны с системой подвода воздуха через патрубок, а с другой – с камерой сжигания через трубки, тангенциально установленные по периметру внутренней стенки коллектора, по крайней мере, в один ряд, выступающие одним концом в камеру сжигания, и с форкамерой, по меньшей мере, через одно дозировочное отверстие в стенке форкамеры. Испаритель расположен на поверхности торцовой стенки, сопряженной с трубопроводом системы подвода жидкого топлива к испарителю, выполненному из жаропрочного пористого материала с капиллярной структурой, перекрывающему выходное отверстие трубопровода подачи жидкого топлива и отделяющему форкамеру от камеры сжигания, сообщающихся между собой через окно, выполненное в испарителе напротив запальника, закрепленного на задней торцовой стенке корпуса. Перед испарителем с воздушным зазором концентрично окну закреплен плоский экран отражения тепловой энергии, излучаемой из камеры сжигания, закрывающий поверхность испарителя на площади поперечного сечения форкамеры (патент RU на полезную модель №48619 U1. Горелочное устройство. – МПК7 F23D 5/00. – 2007.03.27). Данное устройство принято за прототип.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является неполное сгорание топлива, что приводит к выбросу в атмосферу газов с большим содержанием токсичных веществ.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение полноты сгорания топлива путем интенсификации сжигания образующейся топливно-воздушной смеси.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является повышение эффективности сжигания топлива за счет улучшения качества образования топливно-воздушной смеси, обеспечивающей интенсивность горения и снижение содержания токсичных веществ в газах, выбрасываемых в атмосферу.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной камерной вихревой топке, содержащей корпус топки, размещенные в нем камеру сжигания топливно-воздушной смеси с плоским испарителем топлива и форкамеру воспламенения с электрическим запальником, сопряженные между собой внутренней торцовой стенкой с отверстием для установки корпуса форкамеры и образующие с корпусом топки охватывающий их кольцевой коллектор, ограниченный передней и задней торцовыми стенками корпуса топки и сообщающийся с одной стороны с системой подвода воздуха через патрубок, соединенный с корпусом топки, а с другой – с камерой сжигания через трубки, тангенциально установленные по периметру внутренней стенки коллектора, по крайней мере, в один ряд, выступающие одним концом в камеру сжигания, и с форкамерой, по меньшей мере, через одно дозировочное отверстие в корпусе форкамеры, а испаритель расположен на поверхности внутренней торцовой стенки, сопряженной с трубопроводом системы подвода жидкого топлива к испарителю, выполненному из жаропрочного пористого материала с капиллярной структурой, перекрывающему выходное отверстие трубопровода подачи жидкого топлива и отделяющему форкамеру от камеры сжигания, сообщающихся между собой через окно, выполненное в испарителе напротив запальника, закрепленного на задней торцовой стенке корпуса, а перед испарителем с воздушным зазором концентрично окну закреплен плоский экран отражения тепловой энергии, излучаемой из камеры сжигания, закрывающий поверхность испарителя на площади поперечного сечения форкамеры, согласно предложенному техническому решению

– передняя торцовая стенка корпуса, ограничивающая коллектор, выполнена с выступающим в камеру сжигания бортом, образующим выпускное отверстие топки с внезапным сужением камеры сжигания, а тангенциально установленные трубки выступают в камеру сжигания кромкой торца на длине короткой образующей цилиндра трубки, по крайней мере, на уровне борта выпускного отверстия, при этом в экране отражения излучаемой тепловой энергии выполнено отверстие, соосное окну в испарителе;

– тангенциально установленные трубки другим концом установлены заподлицо с наружной стороной камеры сжигания, а патрубок соединения коллектора с системой подвода воздуха расположен по касательной к стенке корпуса, обеспечивающей закрутку воздуха по кольцевому коллектору в направлении завихрения топливно-воздушной смеси в камере сжигания;

– отверстие в экране отражения излучаемой тепловой энергии имеет форму сопла Лаваля, направленного в сторону выпускного отверстия топки;

– по внутреннему периметру форкамеры со стороны торца, примыкающего к испарителю, выполнено дренажное углубление, например, в виде фаски;

– система подвода топлива к испарителю снабжена, например, плунжерным насосом нагнетания жидкого топлива;

– система принудительного подвода воздуха снабжена устройством нагнетания воздуха, например вентилятором.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной камерной вихревой топки, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 показана схема камерной вихревой топки, продольный разрез; на фиг.2 – то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 – то же, разрез Б-Б на фиг.1.

Камерная вихревая топка содержит корпус 1, размещенные в нем камеру 2 сжигания топливно-воздушной смеси с плоским испарителем 3 жидкого топлива и форкамеру 4 воспламенения с электрическим запальником 5, сопряженные между собой внутренней торцовой стенкой 6 с отверстием для установки корпуса 7 форкамеры 4, образующие с корпусом 1 охватывающий их кольцевой коллектор 8, ограниченный передней 9 и задней 10 торцовыми стенками корпуса 1, сообщающийся с одной стороны с системой подвода воздуха через патрубок 11, а с другой – с камерой 2 сжигания через трубки 12, тангенциально установленные по периметру внутренней стенки 13 коллектора 8, по крайней мере, в один ряд, и с форкамерой 4, по меньшей мере, через одно дозировочное отверстие 14 в корпусе 7 форкамеры 4 (фиг.1). Испаритель 3 расположен на внутренней торцовой стенке 6, сопряженной с трубопроводом 15 системы подвода жидкого топлива к испарителю 3, выполненному из жаропрочного пористого материала с капиллярной структурой, перекрывающему выходное отверстие трубопровода 15 подачи жидкого топлива и отделяющему форкамеру 4 от камеры 2 сжигания, последняя сообщается с форкамерой 4 через окно 16 в испарителе 3 напротив запальника 5, закрепленного на задней торцовой стенке 10 корпуса 1. По внутреннему периметру форкамеры 4 со стороны торца, примыкающего к испарителю 3, выполнено дренажное углубление 17 в виде фаски. Перед испарителем 3 с воздушным зазором 18 закреплен плоский экран 19 отражения тепловой энергии, излучаемой из камеры 2 сжигания, закрывающий поверхность испарителя 3 площадью, равной площади поперечного сечения форкамеры 4. Передняя торцовая стенка 9 корпуса 1, ограничивающая коллектор 8, выполнена с бортом 20, выступающим в камеру 2 сжигания и образующим выпускное отверстие 21 топки с внезапным сужением камеры 2 сжигания, обеспечивающим в ней интенсивное вихревое перемешивание топливно-воздушной смеси. Тангенциально установленные трубки 12 выступают одним концом в камеру 2 сжигания кромкой торца на длине короткой образующей 22 цилиндра трубки 12, по крайней мере, на уровне борта 20 выпускного отверстия 21 топки, а другим концом установлены заподлицо с наружной стороной камеры 2 сжигания (фиг.2). Экран 19 отражения излучаемой тепловой энергии выполнен с отверстием 23, соосным окну 16 в испарителе 3, имеющим форму сопла Лаваля, направленным в сторону выпускного отверстия 21 топки, стабилизирующим горение топливно-воздушной смеси и тепловой поток в направлении выпускного отверстия 21 топки (фиг.3). Патрубок 11 соединения коллектора 8 с системой принудительного подвода воздуха расположен по касательной к стенке корпуса 1 с обеспечением закрутки воздуха по кольцевому коллектору 8 в направлении завихрения топливно-воздушной смеси в камере2 сжигания, повышающей интенсивность горения. Система подвода жидкого топлива к испарителю 3 снабжена, например, плунжерным насосом (условно не показан). Система подвода воздуха снабжена устройством нагнетания воздуха, например вентилятором (условно не показан).

Предложенная камерная вихревая топка работает следующим образом.

В момент запуска камерной вихревой топки включают электрический запальник 5, вентилятор системы подвода воздуха и плунжерный насос нагнетания жидкого топлива. Воздух вентилятором нагнетается через патрубок 11 в коллектор 8, из которого воздух под давлением поступает через дозировочное отверстие 14 в форкамеру 4 воспламенения и в камеру 2 сжигания через трубки 12, последние струями воздуха создают в камере 2 сжигания между испарителем 3 и бортом 20 выпускного отверстия 21 турбулизированный поток. Плунжерным насосом жидкое топливо нагнетается по трубопроводу 15 через внутреннюю торцовую стенку 6 в испаритель 3, выполненный из жаропрочного пористого материала с капиллярной структурой. Под действием капиллярных сил смачивания топливо впитывается в испаритель 3 и растекается по его поверхностям, которое выступает из испарителя 3 и испаряется как в камеру сжигания 2 на площади внутренней торцовой стенки 6, так и в форкамеру 4 воспламенения на площади ее поперечного сечения. В форкамере 4 пары жидкого топлива срываются с испарителя 3 потоком нагнетаемого воздуха, образуя топливно-воздушную смесь, которая под давлением воздуха перемещается по испарителю 3 к окну 16 для выпуска из форкамеры 4, обтекая нагретый запальник 5, последний воспламеняет образовавшуюся топливно-воздушную смесь, а нагнетаемый в форкамеру 4 воздух выбрасывает воспламенившуюся топливно-воздушную смесь в виде запального факела из форкамеры 4 через окно 16 в камеру 2 сжигания. При этом неиспарившееся топливо стекает по поверхности испарителя 3 в дренажную фаску 17. В камере сжигания 2 турбулизированный поток воздуха срывает пары топлива с поверхности испарителя 3, образуя топливно-воздушную смесь, и направляет ее в воздушный зазор 18 между испарителем 3 и экраном 19 в направлении отверстия 23. При встрече с запальным факелом, выходящим из форкамеры 4 через окно 16, топливно-воздушная смесь воспламеняется и под воздействием выбрасываемого из окна 16 факела выпускается через отверстие 23 в камеру 2 сжигания, из которой тепловой поток выбрасывается под давлением воздуха через выпускное отверстие 21 камерной топки. При нагревании пропитанного жидким топливом испарителя 3 осуществляется интенсивное испарение жидкости с обеих сторон испарителя 3 и в дренажной фаске 17. Пары жидкости из форкамеры 4 через окно 16 и части турбулизированного потока топливно-воздушной смеси, протекающей по воздушному зазору 18, под давлением воздуха поступают через отверстие 23 в камеру 2 сжигания, в которой с помощью патрубка 11, соединенного по касательной к стенке корпуса 1, с закруткой воздуха по кольцевому коллектору 8, усиливается завихрение топливно-воздушной смеси в камере 2 сжигания, повышая интенсивность горения всей топливно-воздушной смеси, а направление отверстия 23, имеющего форму сопла Лаваля, в сторону выпускного отверстия 21 топки стабилизирует тепловой поток в направлении выпускного отверстия 21 топки. При достижении устойчивого горения топливно-воздушной смеси в камере 2 сжигания процесс сжигания переходит в автоматический режим и электрический запальник 5 выключается. Выключение работы камерной вихревой топки осуществляется перекрытием систем подвода жидкого топлива и воздуха.

Применение предложенной камерной вихревой топки позволит повысить эффективность применения отопительных устройств с использованием жидкого топлива, например, в транспортных средствах.

Формула изобретения

1. Камерная вихревая топка, содержащая корпус топки, размещенные в нем камеру сжигания топливно-воздушной смеси с плоским испарителем топлива и форкамеру воспламенения с электрическим запальником, сопряженные между собой внутренней торцовой стенкой с отверстием для установки корпуса форкамеры и образующие с корпусом топки охватывающий их кольцевой коллектор, ограниченный передней и задней торцовыми стенками корпуса топки и сообщающийся с одной стороны с системой подвода воздуха через патрубок, соединенный с корпусом топки, а с другой – с камерой сжигания через трубки, тангенциально установленные по периметру внутренней стенки коллектора, по крайней мере, в один ряд, выступающие одним концом в камеру сжигания, и с форкамерой, по меньшей мере, через одно дозировочное отверстие в корпусе форкамеры, а испаритель расположен на поверхности внутренней торцовой стенки, сопряженной с трубопроводом системы подвода жидкого топлива к испарителю, выполненному из жаропрочного пористого материала с капиллярной структурой, перекрывающему выходное отверстие трубопровода подачи жидкого топлива и отделяющему форкамеру от камеры сжигания, сообщающихся между собой через окно, выполненное в испарителе напротив запальника, закрепленного на задней торцовой стенке корпуса, а перед испарителем с воздушным зазором концентрично окну закреплен плоский экран отражения тепловой энергии, излучаемой из камеры сжигания, закрывающий поверхность испарителя на площади поперечного сечения форкамеры, отличающаяся тем, что передняя торцовая стенка корпуса, ограничивающая коллектор, выполнена с выступающим в камеру сжигания бортом, образующим выпускное отверстие топки с внезапным сужением камеры сжигания, а тангенциально установленные трубки выступают в камеру сжигания кромкой торца на длине короткой образующей цилиндра трубки, по крайней мере, на уровне борта выпускного отверстия, при этом в экране отражения излучаемой тепловой энергии выполнено отверстие, соосное окну в испарителе.

2. Камерная вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что тангенциально установленные трубки другим концом установлены заподлицо с наружной стороной камеры сжигания, а патрубок соединения коллектора с системой подвода воздуха расположен по касательной к стенке корпуса, обеспечивающей закрутку воздуха по кольцевому коллектору в направлении завихрения топливно-воздушной смеси в камере сжигания.

3. Камерная вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в экране отражения излучаемой тепловой энергии имеет форму сопла Лаваля, направленного в сторону выпускного отверстия топки.

4. Камерная вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что по внутреннему периметру форкамеры со стороны торца, примыкающего к испарителю, выполнено дренажное углубление в виде фаски.

5. Камерная вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что система подвода топлива к испарителю снабжена, например, плунжерным насосом нагнетания жидкого топлива.

6. Камерная вихревая топка по п.1, отличающаяся тем, что система подвода воздуха снабжена устройством нагнетания воздуха, например вентилятором.

РИСУНКИ