CS264113B2 - Supersonic spraying burner for smaller heating devices - Google Patents

Description

Vynález θθ týká ultrazvukového rozprašovacího hořáku pro menší topné přístroje, zejména v pohyblivých prostorech, například ve vozidlech, obytných vozidlech a obytných přívěsech, s topným výkonem s výhodou nižším než 10 kW.

Na takové topné přístroje ve vozidlech se kladou naprosto odlišné požadavky podle toho, slouží-li jen krátkodobě к předehřátí chladivá motoru vozidla případně vnitřního prostoru vozidla nebo se používají v trvalém provozu к udržení určité teploty chladivá nebo vnitřního prostoru; tyto přístroje pracují převážně s plným výkonem v režimu zapnuto-vypnuto, řízeném termostatem.

Z německého patentu č. 23 33 880 a z německého spisu DOS 24 50 801 jsou známé konstrukce ultrazvukových rozprašovacích hořáků, které jsou odvozené z běžných tlakových rozprašovačů. Mají axiální přívod spalovacího vzduchu к věnci vodicích lopatek, který vytváří šroubovicové proudění, a mají tedy velký souvislý průřez vzduchového proudění s malou vstupní rychlostí do spalovací komory. To má jisté zásadní nedostatky, jak bude podrobně vysvětleno.

V německém spise DOS 33 18 054 je popsán rozprašovací hořák, jehož ultrazvukový rozprašovač je upevněn v čelní stěně skříně, do které ústí kolem rozprašovacího talíře přívodní otvory primárního vzduchu. Ve skříni je zapalovací komora se zapalovací svíčkou oddělena děrovanou stěnou od spalovací komory, do které se přivádí sekundární vzduch. Prakticky všechen primární vzduch proudí tedy okolo rozprašovacího talíře, což je nevýhodné z hlediska regulace výkonu hořáku.

Vynález odstraňuje tento nedostatek-a jeho předmětem je ultrazvukový rozprašovací hořák pro menší topné přístroje, zejména ve vozidlech, a válcovou spalovací komorou opatřenou přívodními otvory vzduchu a obsahující zapalovací pásmo s vysokonapěíovou zapalovací svíčkou a pásmo hoření, s ultrazvukovým rozprašovačem, jehož rozprašovací talíř je umístěn středově u čelní stěny spalovací komory, s přívodem paliva pro rozprašovač, s přívodem vzduchu pro rozprašovací talíř, s clonou plamene umístěnou na konci spalovací komory proti čelní stěně a s axiálním výstupem topného plynu, navazujícím na clonu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že spalovací komora je opatřena pro zapalovací pásmo přívodními otvory primárního vzduchu a pro pásmo hoření přívodními štěrbinami sekundárního vzduchu, zapalovací pásmo přechází bez přepážky v pásmo hoření a dráha přívodu vzduchu pro rozprašovací talíř je opatřena zúžením pro omezení přívodu vzduchu к rozprašovacímu talíři nejvýše na 1 % celkového množství spalovacího vzduchu.

Paprsky primárního vzduchu, které proudí radiálně do zapalovacího pásma spalovací komory přívodními otvory v její stěně, trhají paprsek mlhy paliva, který uniká pomalu od rozprašovacího talíře, čímž vznikne intenzívně promíchaná směs. Tím se vytvoří a zlepší u ultrazvukových rozprašovacích hořáků směšovací podmínky a podmínky hoření, které byly dosud dosažitelné jen s tlakovými rozprašovači. Důvodem je skutečnost, ze u tlakového rozprašovače jsou kapičky paliva uváděny spalovacím vzduchem do pohybu vysokou relativní rychlostí, což vytváří vhodné podmínky pro vytvoření směsi. V ultrazvukovém rozprašovači opouštějí naproti tomu kapičky paliva rozprašovací plochu s poměrně malou rychlostí, takže mlha paliva je pomalá. Energii potřebnou ke smísení se vzduchem a vytvoření hořlavé směsi musí tedy z největší části dodávat spalovací vzduch. Vysokonapěíová zapalovací svíčka, umístěná radiálně v zapalovacím pásmu, slouží к zapálení směsi.

V pásmu hoření se nejlépe osvědčily přívodní štěrbiny sekundárního vzduchu в poměrem délky к šířce rovným 7. Paprsky vzduchu směřující dovnitř zajiStují další intenzívní promíchávání.

Následkem tečného přívodu vzduchu na vstupu hořáku vzniká ve spalovací komoře šroubovicové proudění, které jednak vyvolává symetrizaci poměrů proudění ve spalovací komoře a jednak podporuje účinkem odstředivé síly dopravu paliva к zapalovací svíčce, která leží v jisté radiální vzdálenosti od rozprašovacího talíře. To umožňuje použití zapalovacích svíček s krátkými elektrodami, takže zapalovací svíčka nepůsobí jako rušivé těleso, porušující geometrii proudění ve spalovací komoře· Mimoto se sníží tepelné namáhání zapalovací svíčky a tím se prodlouží její životnost. К vytvoření optimálních podmínek musí být složka vyvolávající šroubovicové proudění správně zvolena. Je-li příliš velká, zhorší se zapalovací vlastnosti a plamen projevuje nestabilitu. Výhodné provedení spočívá v tom, že přívodní štěrbiny sekundárního vzduchu svírají s podélnou osou spalovací komory ostrý úhel, přibližně 60° a spalovací vzduch se zavádí do prstencových prostorů navazujících na spalovací komoru v tečném směru. Síla a směr šroubovicového proudění se volí tak, aby vektor rychlosti byl přibližně kolmý к podélnému rozměru přívodních štěrbin sekundárního vzduchu.

Podle výhodného provedení vynálezu je spalovací komora obklopena s mezerou přívodním pláštěm spalovacího vzduchu. Spalovací vzduch, který má chladicí účinek, se pak rozděluje přívodními otvory a přívodními štěrbinami v primární a sekundární vzduch.

Aby se zmenšil tepelný tok к rozprašovači, který sestává částečně z piezokeramiky a je tedy citlivý na teplo, může být zapalovací pásmo vybaveno tenkostěnnou plechovou vložkou s přívodními otvory primárního vzduchu, která dosedá bradavkami na válcovou i čelní stenu spalovací komory. Tato plechová vložka má přídavně další funkci: bradavky, které slouží к udržování vzdálenosti mezi vložkou a stěnou spalovací komory, představují vysoký odpor proti vedení tepla. Mimoto je přechod tepla konvekcí z vložky směrem ven omezen, protože množství vzduchu proudícího přívodními otvory primárního vzduchu je malé oproti celkovému množství vzduchu. To má za následek, že plechová vložka dosáhne podstatně vyšší teploty než mají stěny spalovací komory, které ji obklopují. Tím se podstatně zmenší nebezpečí usazování sazí a koksu těchto Dásem spalovací komory.

Účelně jsou přívodní otvory primárního vzduchu v plechové vložce souosé s odpovídajícími přívodními otvory ve válcové stěně spalovací komory. Vzdálenost mezi vložkou a stěnou spalovací komory je jenom asi 0,5 mm, čehož se dosahuje vhodným dimenzováním bradavek. Přívodní otvory primárního vzduchu jsou vytvořeny v jedné pracovní operaci proražením obou plechu zvenku dovnitř. Otřepy vzniklé při ražení, které zůstanou na stěně spalovací komory, zmenšují mezeru pro dění spalovacího vzduchu do prostoru kolem vložky, která se tedy méně chladí vzduchem proudícím do tohoto prostoru následkem konvekčního proudění než v předchozím případě. Při tomto provedení se ještě zmenší nebezpečí tvorby koksu v zapalovacím pásmu spalovací komory, jeho jistou nevýhodou jsou však vyšší výrobní nároky.

Podle dalšího provedení vynálezu je plechová vložka nahrazena tepelně izolační vrstvou, která je nanesena na válcovou i čelní stěnu spalovací komory. Tato vrstva může sestávat například z keramiky, nanášené stříkáním v plameni, z tenkých rohoží z vláknové keramiky nebo kovového pletiva, jakých se obvykle používá u odpařovacích hořáků jako knotu. Tyto rohože mají následkem svého nasávacího účinku a velké plochy, dané vláknitou strukturou, kromě izolačního účinku ještě tu výhodu, že účinně upravují kapičky paliva, dopadající případně na stěnu, a přivádějící je do plamene, kde shoří beze zbytku. Rohože mohou být mechanicky upevněny v přídržných kapsách nebo cementem odolným proti teplu na stěně spalovací komory.

Podle dalšího provedení vynálezu je rozprašovač obklopen s mezerou čelní koncovou skříní, která je spojena s přívodním pláštěm spalovacího vzduchu a opatřena tečně uloženým přívodním hrdlem spalovacího vzduchu.

Následkem toho se veškerý spalovací vzduch uvnitř čelní koncové skříně pláště hořáku vede kolem rozprašovače, který se tím účinně chladí. Malé množství vzduchu, které proudí kolem rozprašovacího talíře a před ním omývá trubičku rozprašovače a je omezeno škrticím vývrtem v trubce rozprašovače maximálně na 1 % spalovacího vzduchu, slouží pouze к omývání a odvádění'tepla, tedy к tomu, aby se místa důležitá pro rozprašování udržovala bez úaad a čistá. 0 sobe známé středové uspořádání rozprašovače na čelní stěně spalovací komory zajišíuje vytváření stejnoměrné směsi v celém průřezu spalovací komory. Clona plamene, umístěná na konci spalovací komory, podporuje recirkulaci horkých spalin, která je důležitá pro vytvoření homogenní směsi.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti se dvěma příklady provedení znázorněnými na výkrese, kde značí obr. 1 podélný řez ultrazvukovým rozprašovacím hořákem a axiální výstupní trubkou plamene a obr, 2 dílčí podélný řez obměnou ultrazvukového rozprašovacího hořáku s plechovou vložkou v zapalovacím páBmu a s axiálním výstupním difuzorem.

Ultrazvukový rozprašovač opatřený přívodem la paliva, je uložen svým rozprašovacím talířem lb, kolem kterého proudí nepatrné množství spalovacího vzduchu, uprostřed na čelní stene 7a válcové spalovací komory 7, která nemá žádné vnitřní vestavby. Rozprašovač 1 je obklopen ze všech stran s mezerou koncovou skříní 14 pláště 10, který obklopuje rovnéž s mezerou spalovací komoru 7. Do meziproatoru 12b, který obklopuje rozprašovač £, se přivádí к intenzivnímu chlazení piezokeramiky v podstatě veškerý spalovací vzduch, který pak proudí průchozími otvory 7d příčné stěny 7e, umístěné uvnitř koncové skříně 14, do prostoru 12 kolem spalovací komory 7.

Hrdlo 16 sloužící pro přívod spalovacího vzduchu je vyústěno do koncové skříně 14 mimo podélnou osu hořáku, takže vzniká tečné proudění vzduchu.

Na čelní stěnu 7a spalovací komory 7 navazuje zapalovací pásmo 3, které je opatřené přívodními otvory 4 primárního vzduchu z prostoru 12 kolem spalovací komory 7. Zapalovací pásmo 3 obsahuje radiální vysokonapětovou zapalovací svíčku 2. Na zapalovací pásmo 2 navazuje pásmo 5 hoření, které je opatřeno přívodními štěrbinami sekundárního vzduchu z prostoru 12 kolem spalovací komory. Trubička 1c rozprašovače £ je obklopena trubkou 7b, která je opatřena škrticím vývrtem 7c pro proudící vzduch omývající rozprašovací talíř lb a je spojena s čelní stěnou 7a spalovací komory 7. Trubka 7¾ je vytvořena jako jeden díl s příčnou stěnou 7e, na kterou je rozprašovač 1 pružně přitlačován talířovou pružinou 13 uloženou uvnitř koncové skříně JL4.

Dle obr, 1 je na druhém konci spalovací komory 7 umístěna clona 9 plamene a na ni navazuje výstupní trubka 8 topného plynu s axiálním směrem proudění.

Podle obr, 2 je zapalovací pásmo 3 vytvořeno s vložkou 11, která sestává z tenkého plechu ve dvou vrstvách, jež mají mezeru 1 až 2 mm. Jak na obvodové, tak na čelní stěně vložky 11 jsou vytvořeny bradavky 11a, které jsou vytlačené směrem ven a dosedají na odpovídající stěny spalovací komory 7. Válcová stěna spalovací komory 7 má v oblasti zapalovacího pásma 3 neznázorněné průchozí otvory pro primární vzduch. Primární vzduch proudí z prostoru kolem spalovací komory 7 do mezery 12a mezi spalovací komorou 7 a vložkou 11, a odtud přívodními otvory 4 primárního vzduchu do zapalovacího pásma 2· Naproti tomu sekundární vzduch proudí stejně jako na obr. 1 z prostoru 12 kolem spalovací komory 7 přímo přívodními štěrbinami 6 do pásma 5 hoření. Na konci vložky 11, který leží proti rozprašovači JL, je umístěn těsnicí návalek 15, který uzavírá celý obvod mezery mezi vložkou 11 a válcovou stěnou spalovací komory 7 a brání tedy unikání primárního vzduchu v axiálním směru do pásma 5 hoření. Na druhém konci spalovací komory 7 je rovněž umístěna clona 9 plamene, na kterou navazuje výstupní difuzor 8a s axiálním směrem proudění.

Jak bylo v předchozím textu uvedeno, lze toto provedení účelně modifikovat tak, že spalovací komora 7 a vložka 11 mají společně proražené přívodní otvory £ primárního vzduchu. Toto provedení není na obr. 2 znázorněno.

Claims (13)

1. Ultrazvukový rozprašovací hořák pro menší topné přístroje, zejména ve vozidlech, s válcovou spalovací komorou opatřenou přívodními otvory vzduchu a obsahující zapalovací pásmo s vysokonapětovou zapalovací svíčkou a pásmo hoření, s ultrazvukovým rozprašovačem, jehož rozprašovací talíř je umístěn středově u čelní stěny spalovací komory, s přívodem paliva pro rozprašovač, s přívodem vzduchu pro rozprašovací talíř, s clonou plamene umístěnou na konci spalovací komory proti Čelní stěně a s axiálním výstupem topného plynu, navazujícím na clonu, vyznačený tím, že spalovací komora (7) je onatřena pro zapalovací pásmo (3) přívodními otvory (4) primárního vzduchu a pro pásmo hoření (5) přívodními štěrbinami (6) sekundárního vzduchu, zapalovací pásmo (3) přechází bez přepážky v pásmo hoření (5) a dráha přívodu vzduchu pro rozorašovací talíř (lb) je opatřena zúžením (7c) pro omezení přívodu vzduchu к rozprašovacími talíři (lb) nejvýše na 1 % celkového množství spalovacího vzduchu.
2. 2.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 1, vyznačený tím, že spalovací komora (7) je s mezerou obklopena přívodním pláštěm (10) spalovacího vzduchu.
3. 3.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 1 nebo 2, vyznačený tím, že zapalovací pásmo (3) je vytvořeno tenkostěnnou plechovou vložkou (11) opatřenou přívodními otvory (4) primárního vzduchu, která je opřena bradavkami (11a) o Čelní stěnu (7a) a o válcovou stěnu spalovací komory (7), opatřenou nejméně jedním přívodním otvorem (4) primárního vzduchu, přičemž plechová vložka (11) .je zakončena těsnicím návalkem (15).
4. 4. '

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 3, vyznačený tím, že plechová vložka (11) je opatřena přívodními otvory (4) primárního vzduchu, které jsou souosé s odpovídajícími přívodními otvory (4) ve válcové stěně spalovací komory (7).
5. 5.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že povrch spalovací komory (7) je alespoň částečně povlečen tepelně izolační vrstvou, v níž jsou vynechány přívodní otvory (4) primárního vzduchu.
6. 6.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 5, vyznačený tím, že tepelně izolační vrstva sestává z keramiky, nanesené na stěny spalovací komory (7).
7. 7.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 5, vyznačený tím, že tepelně izolační vrstva sestává z tenké rohože z vláknové keramiky.
8. 8.

   Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 5, vyznačený tím, že tepelně izolační vrstva sestává z tenké rohože z kovového pletiva.
9. 9Ultrazvukový rozprašovací hořák podle jednoho z bodů 1 až 8, vyznačený tím, že přívodní štěrbiny (6) sekundárního vzduchu svírají в podélnou osou spalovací komory (7) ostrý úhel.
10. 10.

    Ultrazvukový rozprašovací hořák podle jednoho z bodů 1 až 9, vyznačený tím, že rozprašovač (1) je obklopen s mezerou čelní koncovou akříní (14), která je spojena s přívodním pláštěm (10) spalovacího vzduchu a opatřena tečné uloženým přívodním hrdlem (16) spalovacího vzduchu.
11. 11.

    Ultrazvukový rozprašovací hořák podle jednoho z bodů 1 až 10, vyznačený tím, že ultrazvukový rozprašovač (1) je opatřen trubičkou (lc) obklopenou trubkou (7b), která má škrticí vývrt (7c) a je spojena g čelní stěnou (7a) spalovací komory (7).
12. 12. '

    Ultrazvukový rozprašovací hořák podle bodu 11, vyznačený tím, že rozprašovač (1) dosedá pod tlakem talířové pružiny (13) na příčnou stěnu (7e), která je spojena nebo vytvořena jako jeden díl s trubkou (7b) a opatřena průchozími otvory (7d) spalovacího vzduchu.
13. 13.

    Ultrazvukový rozprašovací hořák podle jednoho z bodů 1 až 12, vyznačený tím, že výstup topného plynu je tvořen výstupním difuzorem (8a).