PL165631B1 - Palnik PL - Google Patents

Abstract

1. Palnik, zawierajacy glówny kanal zasilania mieszanki gazu palnego i powietrza oraz co najmniej jedna glówna komore mieszanki, majaca co najmniej jeden otwór wlotowy polaczony z glównym kanalem zasilania mieszanki, który to otwór ma srednice w przyblizeniu tej samej wielkosci co srednica glównego kanalu zasilania mieszanki, oraz co najmniej jeden glówny otwór odplywowy, majacy wplyw do prze- strzeni otaczajacej palnik, przy czym srednica tego otworu jest mniejsza od srednicy glównego kanalu zasilania mieszanki, zas w poblizu glównego otworu odplywowego znajduje sie zespól stabilizacji plomie- nia, znamienny tym, ze glówna komora (6) mieszanki ma wiele przestrzeni odplywowych (16) z rozmiesz- czonymi w nich glównymi otworami odplywowymi (7) o ukladzie regularnym, zas zespól stabilizacji plo- mienia palnika (1) ma postac wirowych pasków (14), wzajemnie oddzielajacych te przestrzenie odplywowe (16). FIG.1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik, zwłaszcza palnik stosowany w instalacji ogrzewczej.

Z niemieckiego opisu patentowego nr 1 429 133 jest znany palnik, mający główny kanał doprowadzający mieszankę palnego gazu i powietrza, oraz co najmniej jedną główną komorę mieszanki, mającą co najmniej jeden otwór wlotowy , połączony z głównym kanałem zasilania mieszanki, przy czym średnica tego otworu jest tej samej wielkości co średnica głównego kanału zasilania mieszanki, i co najmniej jeden główny otwór odpływowy, mający wypływ do otoczenia palnika, przy czym średnica tego otworu jest mniejsza od średnicy głównego kanału zasilania mieszanki, zaś w pobliżu głównego otworu odpływowego znajduje się zespół stabilizacji płomienia.

Palniki takie są często stosowane w ogrzewnictwie. Mają one jednak wadę, bowiem przy dużych obciążeniach, gdy w jednostce czasu spala się duża ilość mieszanki, paląca się mieszanka ma wysoką temperaturę, przy której powstaje w dużych ilościach tlenek azotu NOx.

Inną wadą tych palników jest ograniczony zakres regulacji obciążeń. Przy stosowaniu w instalacji ogrzewczej znane palniki trzeba regularnie włączać i wyłączać, aby podtrzymać temperaturę w danym zakresie. Jest to niewygodne, a ponadto przyspiesza zużycie instalacji ogrzewczej. Ponadto przy każdym włączeniu palnika są emitowane szkodliwe dla ludzi substancje, zatruwające środowisko.

Ograniczona zdolność regulacyjna znanych palników wynika z faktu, że przy zwiększaniu mocy palnika przez zwiększenie zasilania mieszanką, prędkość, zjaką palna mieszanka wypływa z głównych otworów wypływu, może w pewnym momencie przekroczyć jej prędkość spalania, przez co płomień ulega zdmuchnięciu, a palnik gaśnie.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji palnika, który będzie miał większą zdolność regulacyjną w porównaniu ze znanymi palnikami, przy czym w całym zakresie obciążeń będzie utrzymywana stosunkowo niska temperatura spalania..

Palnik, zawierający główny kanał zasilania mieszanki gazu palnego i powietrza oraz co najmniej jedną główną komorę mieszanki, mającą co najmniej jeden otwór wlotowy połączony z głównym kanałem zasilania mieszanki, który to otwór ma średnicę w przybliżeniu tej samej wielkości co średnica głównego kanału zasilania mieszanki, oraz co najmniej jeden główny otwór odpływowy, mający wypływ do przestrzeni otaczającej palnik, przy czym średnica tego otworu jest mniejsza od średnicy głównego kanału zasilania mieszanki, zaś w pobliżu głównego otworu odpływowego znajduje się zespół stabilizacji płomienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że główna komora mieszanki ma wiele przestrzeni odpływowych z rozmieszczonymi w nich głównymi otworami odpływowymi o układzie regularnym, zaś zespół stabilizacji płomienia palnika ma postać wirowych pasków, wzajemnie oddzielających te przestrzenie odpływowe.

Każdy otwór odpływowy ma wymiar znacznie większy w kierunku przepływu niż wymiar przekroju poprzecznego względem kierunku przepływu.

Wirowe paski korzystnie tworzą układ nieregularny na płycie palnikowej, przykrywającej główną komorę mieszanki.

Zespół stabilizacji płomienia jest utworzony przez co najmniej jedną wtórną komorę mieszanki, połączoną z co najmniej jednym wtórnym kanałem zasilania mieszanki, który łączy się z przestrzenią otaczającą palnik poprzez co najmniej jeden wtórny otwór odpływowy, mający wypływ blisko głównego otworu odpływowego, przy czym średnice wtórnego kanału zasilania mieszanki i wtórnego otworu odpływowego są znacznie mniejsze od średnicy głównego kanału zasilania mieszanki.

Wtórny kanał zasilania mieszanki jest połączony z głównym kanałem zasilania mieszanki.

Wtórna komora mieszanki jest pierścieniowa, jest umieszczona wokół głównego kanału zasilania mieszanki i ma kilka rozstawionych obwodowo, promieniowych wtórnych kanałów zasilania mieszanki, przy czym główna komora mieszanki znajduje się za wtórnymi kanałami zasilania mieszanki, ma kształt cylindra współosiowego z głównym kanałem zasilania mieszanki i ma kilka rozmieszczonych obwodowo, promieniowych, głównych otworów odpływowych.

Palnik według wynalazku korzystnie ma wiele głównych i wtórnych komór mieszanki, ustawionych szeregowo, przy czym każda główna komora mieszanki jest umieszczona w

165 631 kierunku przepływu między kolejnymi wtórnymi komorami mieszanki, mającymi skrośny otwór przepływowy, znajdujący się naprzeciw ich otworu wlotowego.

Główny kanał zasilania mieszanki ma kształt szczelinowy, podłużna wtóma komora mieszanki ma kilka wzajemnie odsuniętych wtórnych kanałów zasilania mieszanki i znajduje się na co najmniej jednej stronie zasilającego kanału, zaś główna komora mieszanki znajduje się za wtórnym kanałem zasilania mieszanki, ma kształt podłużny i ma kilka wzajemnie odsuniętych, głównych otworów odpływowych.

Materiał, z którego jest wykonany palnik, korzystnie stanowi materiał ceramiczny.

W palniku według wynalazku, ze względu na niewielką średnicę głównego otworu odpływowego w porównaniu ze średnicą głównego kanału zasilania mieszanki, przy dużych obciążeniach we wnętrzu palnikajest rozwijanaduża prędkość przepływu mieszanki palnej. Tym sposobem tworzy się wachlarzowe czoło płomienia, mające dużą powierzchnię, przez co utrzymuje się stosunkowo niska temperatura spalania rzędu od 1000°C do 1100°C, a spalanie jest czyste. Zespół stabilizacji płomienia ma za zadanie utrzymać prędkość spalania co najmniej w jednym punkcie czoła płomienia, tak aby była ona zasadniczo równa odpływowej prędkości mieszanki palnej, przez co płomień jest zatrzymany w punkcie czoła płomienia. Punkt ten stabilizuje spalanie w pozostałej części czoła płomienia.

Gdy główna komora mieszanki ma wiele miejsc odpływowych z głównymi otworami odpływu o układzie regularnym, a zespół stabilizacji płomienia ma kształt pasków wirowych wzajemnie oddzielających miejsca odpływu, wówczas w prosty sposób uzyskuje się mocny palnik o dobrej zdolności regulacyjnej.

Palnik ten jest korzystnie wykonany z materiału ceramicznego. Ceramiczne palniki dają bardzo czyste spalanie w porównaniu do konwencjonalnych palników stalowych. W szczególności w palniku ceramicznym zmniejsza się emisja tlenku azotu, dzięki izolacyjnemu działaniu materiału ceramicznego, przez co utrzymuje się stosunkowo niska temperatura spalania. Ponadto izolacyjne działanie materiału ceramicznego zapobiega przegrzewaniu mieszanki gaz-powietrze w zasilającym przewodzie palnika. Jest to istotne z tego względu, że w wyniku przegrzewania występuje dysocjacja mieszanki i tlenek azotu wytwarza się już w przewodzie zasilającym. Ponadto palnik ceramiczny według wynalazku może być regulowany w dużym zakresie obciążeń.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój w rzucie perspektywicznym pierwszego przykładu wykonania palnika według wynalazku, fig. 2 - przebieg spalania przy małym obciążeniu w szczegółowym widoku wzdłuż strzałki II, fig. 3 i fig. 4 - przebieg spalania przy zwiększonych obciążeniach w widoku podobnym do fig. 2, fig. 5 - palnik według pierwszego przykładu wykonania o dużej mocy grzejnej, utworzony z modułów, fig. 6 - drugi przykład wykonania palnika według wynalazku, fig. 7 - rzut perspektywiczny trzeciego przykładu wykonania palnika według wynalazku, fig, 8 - przekrój szczegółu wykonania palnika według fig. 7 przy dużym obciążeniu spalania, a fig. 9 - przekrój odpowiadający fig. 8 przy małym obciążęniu spalania.

Pokazany na fig. 1 palnik ceramiczny ma główny kanał 2 zasilania mieszanki, wokół którego jest umieszczona pierścieniowa wtórna komora 3 mieszanki, służąca do stabilizowania płomienia palnika 1, przy czym komora ta jest połączona z kanałem 2 poprzez obwodowo rozmieszczone, promieniowe wtórne kanały 4 zasilania mieszanki. Wtórna komora 3 łączy się z przestrzenią otaczającą palnik za pomocą wtórnego otworu odpływowego 5. Główny kanał 2 zasilania mieszanki ma wypływ do cylindrycznej głównej komory 6 mieszanki, połączonej z przestrzenią otaczającą palnik 1 wieloma obwodowo rozmieszczonymi, promieniowymi, głównymi otworami odpływowymi 7.

Główna i wtórna komora 6, 3 mieszanki są ograniczone dwoma nakładalnymi współosiowymi elementami pierścieniowymi 9, 10. Przez ułożenie w stos kilku takich elementów 9, 10, jak na fig. 1, można otrzymać palnik o potrzebnej mocy grzejnej.

Mieszanka gaz-powietrze dopływająca kanałem 2, jak na fig. 2, fig. 3 i fig. 4, dzieli się we wtórnej komorze 3, jak pokazano strzałkami S, i w głównej komorze 6 mieszanki, jak pokazano strzałkami P. Przy małych obciążeniach, jak na fig. 2, prędkość przepływu mieszanki jest stosunkowo mała. a spalanie podstawowego przepływu mieszanki P zachodzi w głównych

165 631 otworach odpływowych 7. Czoło płomienia 11 ma w tym przypadku kształt łuku. Palnik ceramiczny stanowi źródło promieniowania cieplnego, bowiem żarzy się materiał ceramiczny otaczający otwory odpływowe 7.

Przy zwiększonym obciążeniu, jak pokazano na fig. 3, prędkość przepływu mieszanki zwiększa się, a ponieważ prędkość spalania mieszanki nie ulega zmianie, zatem spalanie przenosi się na zewnątrz palnika 1. Czoła 11 płomienia opierają się w tym przypadku na zewnętrznym brzegu palnika 1 i nadal mają kształt łuku.

Przy jeszcze większym obciążeniu, jak pokazano na fig. 4, prędkość przepływu mieszanki zwiększa się jeszcze bardziej i przekracza prędkość spalania mieszanki w takim stopniu, że płomień mógłby zostać zdmuchnięty. Podstawowy przepływ mieszanki P jest jednak wstępnie ogrzany obecnością wtórnego przepływu mieszanki S płynącego z wtórnej komory 3 mieszanki, przez co zwiększa się prędkość spalania podstawowego przepływu P, przy czym co najmniej w jednym punkcie czoła płomienia staje się ona równa prędkości odpływu, co powoduje powstanie stabilnego płomienia. Z powodu dużej prędkości przepływu podstawowego strumienia P mieszanki w głównych otworach odpływowych 7, czoła 11 płomienia nabierają kształtu wachlarzowego. Ponieważ wachlarzowe czoło 11 płomienia ma powierzchnię większą niż porównywalne czoło płomienia o kształcie łukowym, zatem spalanie zachodzi na większym obszarze, zaś temperatura tego spalania staje się niższa od temperatury porównywalnego czoła płomienia o kształcie łukowym, przez co znacznie zmniejsza się ilość wytwarzanego tlenku azotu.

Moc grzejna palnika ceramicznego według wynalazku może być dodatkowo zwiększona przez podłączenie kilku stosów elementów pierścieniowych 9, 10 do wspólnego kanału zasialającego 12, jak pokazano na fig. 5. Główny kanał zasilający 12 jest wyposażony we wtryskiwacz 13, który powoduje wtryskiwanie do kanału zasilającego 12 gazu G z tak dużą prędkością, że jednocześnie występuje zassanie powietrza A, a do kanału zasilającego 12 wchodzi mieszanina gaz-powietrze.

Gdy nie ma potrzeby regulowania mocy cieplnej, a tym samym nie stosuje się zespołu modułowego układu grzejnego, wówczas wystarcza palnik ceramiczny, pokazany na fig. 6. Klinowa konfiguracja głównego kanału zasilającego 12 zapewnia równy rozkład mieszanki gaz-powietrze w głównym kanale 2 zasilania mieszanki, mającym kształt szczelinowy.

Jakkolwiek w pokazanych przykładach wykonania palnika według wynalazku wtórne kanały 4 są połączone z głównym kanałem 2, to jednak wtórne kanały 4 mogą być podłączone do źródła palnej mieszanki niezależnie względem głównego kanału 2. Tym samym we wszystkich okolicznościach zapewnia się stabilny płomień spalający.

Alternatywny przykład wykonania palnika ceramicznego według wynalazku ma zastosowany zespół stabilizacji płomienia o postaci wirowych pasków 14, jak na fig. 7. Główna komora 6 mieszanki ma u góry płytę palnikową 15, w której znajduje się wiele głównych otworów odpływowych 7. Otwory odpływowe 7 mają układ regularny w wielu osobnych odpływowych miejscach 16, oddzielonych wirowymi paskami 14.

Wirowe paski 14 tworzą strefy zmniejszonych prędkości przepływu między odpływowymi miejscami 16, w których następują zawirowania ciepłej mieszanki, przy czym mieszanka ulega zapłonowi i wypływa z dużą prędkością. Z tego względu, jak pokazano na fig. 8, nawet przy dużych obciążeniach palnika występują stabilne punkty w czole 11 płomienia, w których prędkość spalania jest zasadniczo równa prędkości odpływowej mieszanki. Tym sposobem płomień opiera się na tych punktach, a całe czoło płomienia jest stabilizowane.

Specjalista z tej dziedziny może łatwo określić optymalny układ pasków wirowych 14 na płycie palnikowej 15 i zależność między szerokością pasków wirowych, wymiarem odpływowych miejsc 16 i średnicą otworów odpływowych 7 na podstawie doświadczenia i rodzaju warunków wstępnych. Zaleca się stosowanie nieregularnego układu pasków wirowych 14, dla uniknięcia możliwości wystąpienia rezonansu.

W pokazanym rozwiązaniu zastosowano prostokątną główną komorę 6 mieszanki. Możliwe zmiany prędkości przepływu mieszanki gaz-powietrze, wynikające z tego kształtu komory, praktycznie nie maja wpływu na pracę palnika 1, bo obecność wirowych pasków 14 zapewnia stabilność spalania w szerokim zakresie obciążeń, a tym samym również przy dużych zmianach prędkości przepływu mieszanki.

165 631

Palnik 1 ma pierścień ustawczy 17 umieszczony wokół płytki palnikowej 15 dla utrzymania palącej się mieszanki w odpływowym strumieniu wzdłuż brzegu płytki palnikowej 15 wewnątrz jej obwodu. Pod wewnętrznie wystającą częścią pierścienia ustawczego 17 znajduje się zewnętrzny rząd otworów odpływowych 7, od których mieszanka płynie do pierścienia ustawczego 17, przy czym ponownie powstaje wir stabilizujący płomień. Między pierścieniem ustawczym 17 a płytą palnikową 15 znajduje się sznurowa uszczelka 18 z materiału ceramicznego.

Można również stosować inne środki stabilizacji spalania mieszanki wypływającej z dużą prędkością, poza wyżej opisanym zespołem stabilizacji płomienia. Przykładowo paski materiału chłodzonego, na których może stabilizować się spalanie, mogą być odsunięte na pewną odległość od głównych otworów odpływowych 7. Ponadto można zastosować połączenie opisanych powyżej zespołów stabilizacji płomienia.

I

FIG.5

165 631

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik, zawierający główny kanał zasilania mieszanki gazu palnego i powietrza oraz co najmniej jedną główną komorę mieszanki, mającą co najmniej jeden otwór wlotowy połączony z głównym kanałem zasilania mieszanki, który to otwór ma średnicę w przybliżeniu tej samej wielkości co średnica głównego kanału zasilania mieszanki, oraz co najmniej jeden główny otwór odpływowy, mający wpływ do przestrzeni otaczającej palnik, przy czym średnica tego otworu jest mniejsza od s'rednicy głównego kanału zasilania mieszanki, zaś w pobliżu głównego otworu odpływowego znajduje się zespół stabilizacji płomienia, znamienny tym, że główna komora (6) mieszanki ma wiele przestrzeni odpływowych (16) z rozmieszczonymi w nich głównymi otworami odpływowymi (7) o układzie regularnym, zaś zespół stabilizacji płomienia palnika (1) ma postać wirowych pasków (14), wzajemnie oddzielających te przestrzenie odpływowe (16).
2. 2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy otwór odpływowy (7) ma wymiar większy w kierunku przepływu niż wymiar przekroju poprzecznego względem kierunku przepływu.
3. 3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wirowe paski (14) tworzą układ nieregularny na płycie palnikowej (15), przykrywającej główną komorę (6) mieszanki.
4. 4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół stabilizacji płomienia jest utworzony przez co najmniej jedną wtórną komorę (3) mieszanki, połączoną z co najmniej jednym wtórnym kanałem (4) zasilania mieszanki, który łączy się z przestrzenią otaczającą palnik (1) poprzez co najmniej jeden wtórny otwór odpływowy (5), mający wypływ blisko głównego otworu odpływowego (7), przy czym średnice wtórnego kanału (4) zasilania mieszanki i wtórnego otworu odpływowego (5) są mniejsze od średnicy głównego kanału (2) zasilania mieszanki.
5. 5. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że wtórny kanał (4) zasilania mieszanki jest połączony z głównym kanałem (2) zasilania mieszanki.
6. 6. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że wtórna komora (3) mieszanki jest pierścieniowa, jest umieszczona wokół głównego kanału (2) zasilania mieszanki i ma kilka rozstawionych obwodowo, promieniowych wtórnych kanałów (4) zasilania mieszanki, przy czym główna komora (6) znajduje się za wtórnymi kanałami (4) zasilania mieszanki, ma kształt cylindra współosiowego z głównym kanałem (2) zasilania mieszanki i ma kilka rozmieszczonych obwodowo, promieniowych, głównych otworów odpływowych (7).
7. 7. Palnik według zastrz. 6, znamienny tym, że ma wiele głównych i wtórnych komór (6), (3) mieszanki, ustawionych szeregowo, przy czym każda główna komora (6) mieszanki jest umieszczona w kierunku przepływu między kolejnymi wtórnymi komorami (3) mieszanki, mającymi skrośny otwór przepływowy, znajdujący się naprzeciw ich otworu wlotowego.
8. 8. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że główny kanał (2) zasilania mieszanki ma kształt szczelinowy, podłużna wtórna komora (3) mieszanki ma kilka wzajemnie odsuniętych wtórnych kanałów (4) zasilania mieszanki i znajduje się na co najmniej jednej stronie zasilającego kanału (2), zaś główna komora (6) mieszanki znajduje się za wtórnym kanałem (4) zasilania mieszanki, ma kształt podłużny i ma kilka wzajemnie odsuniętych, głównych otworów odpływowych (7).
9. 9. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał, z którego jest wykonany palnik (1), stanowi materiał ceramiczny.

   * * *

   165 631