RS65699B1 - Infracrveni emiter - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na infracrveni emiter sa gorionikom i duvaljkom, pri čemu je gorionik povezan sa dovodom gorivog gasa, pri čemu je duvaljka prilagođena za to da gorioniku dovodi vazduh za sagorevanje, prema uvodnom delu patentnog zahteva 1.

[0002] U komercijalnom i industrijskom sektoru često se koriste infracrveni emiteri za grejanje proizvodnih i magacinskih prostora. Oni se naročito instaliraju na plafonu ili na zidu i služe za zagrevanje viših ili prostorija koje su samo umereno izolovane. Infracrveni emiteri su karakteristični po tome što se pomoću njihovog infracrvenog zračenja uglavnom zagrevaju površine koje su ozračene. Zahvaljujući tome oni svoju toplotu odaju skoro bez gubitaka. Pri tome ovde su izbegnute pojave promaje vazduha, koje nastupaju kod konvencionalnih sistema sa sagorevanjem. Da bi se povećao stepen korisnog dejstva infracrvenih emitera često se koriste reflektori. Takvi infracrveni emiteri su opisani u različitim izvođenjima, na primer, u US 2017/0051913 A1, US 2018/0038588 A1 i US 5,046,944.

[0003] U oblasti infracrvenih emitera razlikuju se svetli emiteri i tamni emiteri. Kod svetlih emitera smeša gorivog gasa-vazduha sagoreva na površini jedne ili više keramičkih emiterskih ploča predviđenih za ove svrhe. Kao gorivi gas se upotrebljava zemni gas ili tečni gas (propan gas ili biogas). Naziv svetli emiter se zasniva na vidljivom sagorevanju smeše gorivog gasa-vazduha na keramičkoj emiterskoj ploči, koja zbog toga sija. Za ove svrhe keramička emiterska ploča ima međusobno paralelno raspoređene kanale za prolazak plamena sa udubljenjima napravljenim na emiterskoj strani, koja su često konusna. Pri sagorevanju formiranje plamena se vrši u suštini u udubljenjima, zahvaljujući čemu se ostvaruje ravnomerno zagrevanje bočnih zidova udubljenja i rebara formiranih između udubljenja. Takvi svetli emiteri opisani su, na primer, u EP 2014 980 A1.

[0004] Tamni emiteri kao emiterske elemente imaju jednu ili više emiterskih cevi kojima je pridružen najmanje jedan gorionik. Sagorevanjem smeše gorivog gasa i vazduha unutar gorionika stvara se plamen koji se pomoću duvaljke može raspodeliti po celoj dužini emiterske cevi. Kao gorivi gas služi bilo zemni gas ili tečni gas (propan gas ili biogas)-Emiterske cevi, koje su po pravilu izvedene kontinualno, linearno ili u obliku slova U, nizvodno su priključene na gorionik i treba da emituju toplotu koju stvara plamen ravnomerno duž celog toka cevi. Emiterska cev se ravnomerno zagreva pomoću plamena, a pomoću tako stvorenih vrelih gasova se istovremeno zagreva i generiše toplotno zračenje koje se emituje u područje koje treba da se zagreje. Otpadni gasovi koji nastaju sagorevanjem se odvode iz emiterske cevi pomoću duvaljke, na primer, preko cevi za otpadni gas, u spoljašnji vazduh. Takvi tamni emiteri su opisani, na primer, u EP 2708 814 A1.

[0005] Da bi se kod takvih infracrvenih emitera koji rade na gas sprečilo nepoželjno ispuštanje gasa, neophodno je nadzirati plamen pri sagorevanju gasa. Nadziranje plamena se obično vrši pomoću jonizujućih elektroda, kao što je opisano, na primer, u DE 102014 019 765 A1. Jonizujuće elektrode koriste ispravljački efekat plamena za detekciju postojanja sagorevanja. Pri tome se naizmenična struja koja je primenjena na jonizujućim elektrodama pretvara u jednosmernu struju u prisustvu plamena. Nedostatak ovog načina nadziranja plamena je taj što jonizujuće elektrode moraju prodreti u plamen gasa, zbog čega je njihov radni vek ograničen. Pri tome trajnost jonizujućih elektroda naročito zavisi od temperature sagorevanja. Što je viša temperatura gorivog gasa, to je kraći radni vek potrebnih jonizujućih elektroda.

[0006] Ovaj pronalazak ima za cilj da obezbedi rešenje. Pronalazak ima za cilj realizaciju infracrvenog emitera koji omogućava pouzdan nadzor plamena uz malo održavanja čak i za gorive gasove sa visokom temperaturom sagorevanja, a naročito vodonik. Prema pronalasku ovaj cilj je ostvaren karakteristikama iz karakterišućeg dela patentnog zahteva 1.

[0007] Pronalaskom je realizovan infracrveni emiter u obliku tamnog emitera koji omogućava pouzdan nadzor plamena uz malo održavanja. Zahvaljujući tome što se dovod gorivog gasa može povezati sa izvorom vodonika kao izvorom gasa za sagorevanje, pri čemu je postavljen UV senzor koji je prilagođen za detekciju najmanje jednog parametra plamena stvorenog pomoću gorionika, omogućen je nadzor plamena i pri visokoj temperaturi plamena gorivog gasa, uz malo održavanje. UV senzor koji se koristi za nadzor plamena nema nikakav kontakt sa plamenom i zbog toga nije izložen nikakvom habanju koje je povezano sa toplotom.

[0008] Zahvaljujući korišćenju vodonika kao gorivog gasa ostvaruje se smanjena emisija štetnih materija, Pošto vodonik ne sadrži ugljenik, teorijski u otpadnom gasu nisu sadržane nikakve štetne materije koje sadrže ugljenik, kao što su ugljen monoksid, ugljen dioksid ili ugljovodonici. Kao iznenađujuće je otkriveno da je pomoću UV senzora omogućeno pouzdano nadziranje nevidljivog vodoničnog plamena.

[0009] Infracrveni emiter je tamni emiter koji sadrži emitersku cev u kojoj je postavljen gorionik, pri čemu je UV senzor usmeren prema osnovi plamena. Prvenstveno je emiterska cev opremljena prozorom za posmatranje, pri čemu je UV senzor izvan emiterske cevi usmeren prema osnovi plamena kroz prozor za posmatranje. Zahvaljujući ovome još više je sprečeno oštećenje UV senzora zbog toplote plamena.

[0010] U jednom izvođenju pronalaska emiterska cev je povezana sa odvodom otpadnog gasa, pri čemu je uzvodno od gorionika u smeru plamena postavljena mešačka komora za vazduh za sagorevanje, koja je povezana sa izvorom vazduha za sagorevanje i odvodom otpadnog gasa. Putem dovođenja otpadnih gasova vazduhu za sagorevanje ostvareno je smanjenje kiseonika, čime je omogućeno smanjenje temperature plamena. Pored toga, putem recirkulacije otpadnog gasa ostvareno je smanjenje emisije azotnih oksida.

[0011] U narednom izvođenju pronalaska duvaljka je postavljena uzvodno od gorionika u smeru plamena, a mešačka komora za vazduh za sagorevanje je postavljena unutar duvaljke. Zahvaljujući tome je ostvareno dobro mešanje vazduha za sagorevanje i otpadnog gasa unutar duvaljke.

[0012] U sledećem izvođenju pronalaska na odvodnom vodu je postavljen uređaj za podešavanje, pomoću koga se može podešavati odnos zapreminskog protoka otpadnog gasa iz odvoda otpadnog gasa prema zapreminskom protoku vazduha za sagorevanje iz izvora vazduha za sagorevanje. Zahvaljujući ovome omogućeno je podešavanje sadržine kiseonika u smeši vazduha za sagorevanje-otpadnog gasa.

[0013] U sledećem izvođenju pronalaska je UV senzor povezan sa aktuatorskim uređajem koji je povezan sa dovodom gorivog gasa radi prekidanja i/ili podešavanja dovoda vodonika Zahvaljujući tome pri gašenju plamena omogućen je prekid dovoda vodonika, čime se sprečava nepoželjno izlaženje vodonika.

[0014] U jednom izvođenju pronalaska je UV senzor prilagođen za UV-rezonantnu apsorpcionu spektroskopiju. Zahvaljujući tome omogućena je detekcija sadržaja NOX u plamenu i otpadnom gasu sagorevanja koji ga okružuje.

[0015] U narednom izvođenju pronalaska aktuatorski uređaj i/ili uređaj za podešavanje je povezan sa upravljačkim i regulacionim modulom, koji je programiran tako da reguliše svojstva plamena upoređivanjem aktuelnih parametara prenetih pomoću UV senzora sa memorisanim zadatim parametrom putem promene zapreminskog protoka vodonika i/ili zapreminskog protoka vazduha za sagorevanje i/ili odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje.

[0016] Prvenstveno je aktuelni parametar NOX vrednost koju je detektovao UV senzor, pri čemu se upravljački i regulacioni modul može programirati za regulaciju temperature plamena na osnovu razlike aktuelne vrednosti i memorisane zadate vrednosti temperature plamena putem promene protoka vodonika i/ili protoka vazduha za sagorevanje i/ili odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje. Zahvaljujući tome omogućena je regulacija temperature plamena putem upravljanja ovim odnosom mešanja preko prethodno zadate vrednosti NOX. Promena temperature plamena u području preko 1000° ima neposredan efekat na vrednost NOX otpadnih gasova plamena.

[0017] Druga usavršavanja i izvođenja pronalaska su data u preostalim zavisnim zahtevima. Jedan primer izvođenja pronalaska je prikazan na nacrtu i biće detaljno opisan u nastavku. Na njemu prikazuje:

slika 1 šematski prikaz infracrvenog emitera u obliku tamnog emitera i

slika 2 šematski prikaz infracrvenog emitera u obliku svetlog emitera (za koji se ne zahteva zaštita).

[0018] Tamni emiter sa slike 1, koji je izabran kao primer izvođenja, sadrži gorionik 1 sa kojim je povezana duvaljka 3 i na koji se nastavlja emiterska cev 4. Emiterska cev 4 je samo naznačena na slici 1; emiterska cev 4 se može protezati više od nekoliko metara u dužinu i može biti sačinjena od više elemenata emiterske cevi. U ovom primeru izvođenja emiterska cev 4 je napravljena kao cev od nerđajućeg čelika postojanog na visokim temperaturama. Alternativno tome, takođe se mogu koristiti specijalni čelici sa termički nanetim slojem aluminijum oksida. Emiterska cev 4 u ovom primeru izvođenja je obuhvaćena - neprikazanim - reflektorom, koji je u ovom primeru izvođenja napravljen od površinski strukturisanog aluminijumskog lima i sa obe strane ima pregradne limove radi smanjenja konvektivnih gubitaka.

[0019] Gorionik 1 sadrži mlaznicu 21 za gas koja je povezana sa dovodom 2 vodonika. Odmaknuto od mlaznice 21 za gas u gorioniku 1 je postavljena elektroda 11 za paljenje. Na onoj strani gorionika 1 koja je okrenuta suprotno od elektrode 11 za paljenje duvaljka 3 je smeštena tako da opstrujava mlaznicu 21 za gas vazduhom za sagorevanje. Za te svrhe duvaljka 3 je sa usisne strane povezana sa dovodom 31 vazduha za sagorevanje.

[0020] Struja vodonika koja pod pritiskom izlazi iz mlaznice 21 za gas u gorionik 1 se meša sa strujom vazduha za sagorevanje koji opstrujava mlaznicu 21 za gas i pri dostizanju potrebnog odnosa mešanja se pali pomoću elektrode 11 za paljenje koja je postavljena odmaknuto od mlaznice 21 za gas, zahvaljujući čemu se formira plamen 15 odmaknut od mlaznice 21 za gas, koji se pruža po dužini emiterske cevi 4 u ovoj. U području 22 struje vodonika koja nije sposobna za paljenje, jer nema dovoljan odnos mešanja sa vazduhom za sagorevanje, ne dolazi do formiranja plamena.

[0021] U kućište 12 gorionika 1 je umetnut držač 13 senzora koji ima prozor 14. U držač 13 senzora je umetnut UV senzor 5, koji je preko električnog voda 51 povezan sa jednim aktuatorskim uređajem 32 radi prekida dovoda 2 vodonika. UV senzor 5 je u ovom primeru izvođenja orijentisan centralno prema osnovi 151 plamena 15. Ukoliko se pomoću UV senzora 5 ne detektuje plamen 15, onda aktuatorski uređaj 32 prekida dovođenje vodonika. Upravljački i regulacioni modul 33, koji je povezan sa aktuatorskim uređajem 32, u ovom slučaju upravljačkim ventilom, ovde je dodatno povezan sa elektrodom 11 za paljenje i prilagođen je tako da u slučaju kada se ne detektuje plamen, prvo aktivira elektrodu 11 za paljenje, pa tek ukoliko plamen i dalje izostane, onda vrši prekidanje dovođenja vodonika.

[0022] U jednom opcionom usavršavanju duvaljka 3 je na svojoj usisnoj strani povezana sa jednim ejektorom, čiji pogonski priključak je povezan sa dovodom 31 vazduha za sagorevanje, dok je usisni priključak povezan sa dovodom otpadnog gasa koga snabdeva vod za otpadni gas, koji je sa strane otpadnog gasa povezan sa emiterskom cevi 4. Vazduh za sagorevanje koji je usisan pomoću duvaljke 3 ovde služi kao pogonski medijum, pomoću koga se ostvaruje usisavanje otpadnog gasa.

[0023] Zahvaljujući tome sa potisne strane se mlaznici 21 za gas pomoću duvaljke 3 dovodi smeša otpadnog gasa-vazduha za sagorevanje koja opstrujava mlaznicu 21 za gas. Smeša otpadnog gasa-vazduha za sagorevanje ima smanjeni sadržaj kiseonika, zahvaljujući čemu se dobija plamen sa smanjenom temperaturom. Zbog visoke reaktivnosti vodonika takođe je dovoljan mali sadržaj kiseonika u smeši otpadnog gasa-vazduha za sagorevanje za paljenje, čime se stvara plamen 15 koji se pruža kroz emitersku cev 4. Pomoću uređaja za podešavanje koji je postavljen u vodu za otpadni gas ili u ejektoru, na primer, podešavajuće blende ili upravljačkog ventila, može se podešavati odnos mešanja zapreminskog protoka otpadnog gasa i zapreminski protok vazduha za sagorevanje.

[0024] U ovom primeru izvođenja UV senzor 5 je prilagođen za merenje NOX pomoću UV-rezonantne apsorpcione spektroskopije i povezan je sa upravljačkim i regulacionim modulom 33. Pri tome je upravljački i regulacioni modul 33 programiran tako da aktuelnu vrednost NOX koju prenosi UV senzor 5 upoređuje sa memorisanom zadatom vrednosti i na osnovu razlike ove dve vrednosti podešava svojstva plamena putem promene zapreminskog protoka vodonika i/ili zapreminskog protoka vazduha za sagorevanje. Za ove svrhe upravljački i regulacioni modul 33 je povezan sa aktuatorskim uređajem 32, preko koga se mogu podesiti zapreminski protok vodonika i zapreminski protok vazduha za sagorevanje. Ukoliko je duvaljka 3 opremljena gore opisanim ejektorom, onda se može preduzeti dodatno programiranje podešavanja svojstava plamena putem podešavanja odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje. Za ove svrhe uređaj za podešavanje je povezan sa upravljačkim i regulacionim modulom 33. Aktuatorski uređaj 32 i upravljački i regulacioni modul 33 na slikama su samo šematski naznačeni i preko isprekidanih linija su povezani sa radnim tačkama.

[0025] Ukoliko je duvaljka 3 koja odgovara primeru izvođenja sa slike 2 sa usisne strane povezana sa jednim ejektorom, preko koga se vrši primešavanje struje otpadnog gasa struji vazduha za sagorevanje, tada ejektor ili dovodni vod za otpadni gas koji ga snabdeva sa usisne strane mogu biti opremljeni uređajem za podešavanje, pomoću koga se može podešavati odnos mešanja protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje. Ukoliko je UV senzor prilagođen za UV-rezonantnu apsorpcionu spektroskopiju, tada je moguća regulacija temperature plamena na osnovu sadržaja NOX detektovanog pomoću UV senzora. Za ove svrhe je senzor celishodno povezan sa regulacionim modulom, čija referentna veličina je prethodno zadata vrednost NOX, pri čemu aktuelnu vrednost NOX prenosi UV senzor. Na osnovu razlike između zadate vrednosti i aktuelne vrednosti može se putem upravljanja uređajem za podešavanje vršiti podešavanje odnosa mešanja protoka otpadnog gasa i protoka vazduha, što dovodi do promene temperature plamena 6, što dalje dovodi do promene aktuelne vrednosti NOX.

[0026] U primeru izvođenja sa slike 2 infracrveni emiter je izveden kao svetli emiter i sadrži gorionik 6, koji je povezan sa dovodom 7 vodonika i duvaljkom 8. Reflektor 9 je postavljen tako da obuhvata gorionik 6. Za infracrveni emiter sa slike 2, koji je izveden kao svetli emiter kao takav ne zahteva se zaštita.

[0027] Gorionik 6 sadrži mešačku komoru 61 za gorivo, koja je ograničena keramičkom emiterskom pločom 62. Keramička emiterska ploča 62 je na poznat način opremljena perforiranom strukturom koja se pruža preko cele površine i formirana je cilindričnim kanalima za prolazak plamena, koji su izvedeni tako da se konično proširuju na strani emiterske ploče 62 koja je usmerena prema spoljašnjosti. Nasuprot emiterske ploče 62, ortogonalno na nju, postavljen je dovod 7 vodonika, koji se uliva u mešačku komoru 61 za gorivo. Pod pravim uglom u odnosu na dovod 7 vodonika u mešačku komoru 61 za gorivo se uliva potisni vod 81, koji je povezan sa duvaljkom 8.

[0028] Duvaljka 8 je sa usisne strane povezana sa dovodom 82 vazduha za sagorevanje, pri čemu je u potisni vod 81 unutar reflektora 4 umetnut ejektor 83, pomoću koga je formiran usisni zazor 84 koji radijalno okružuje potisni vod 81. Sekcija potisnog voda 81 koja se nastavlja na ejektor 83 formira mešačku komoru 86 za vazduh za sagorevanje. Struja vazduha za sagorevanje koja se usisava pomoću duvaljke 8 preko dovoda 82 vazduha za sagorevanje ovde služi kao pogonski medijum, pomoću koga dolazi do usisavanja dela rezerve 851 otpadnog gasa koja se nalazi unutar reflektora 9 kroz usisni zazor 84. Preostala struja otpadnog gasa 85 struji iz reflektora 9 u okolni vazduh. Širina usisnog zazora 84 može se podesiti pomoću uređaja za podešavanje koji postoji u ejektoru 83, čime se dalje može podesiti udeo struje otpadnog gasa 85 u smeši otpadnog gasa-vazduha za sagorevanje, a time i njen sadržaj kiseonika.

[0029] Smeša otpadnog gasa-vazduha za sagorevanje koja izlazi iz mešačke komore 86 za vazduh za sagorevanje potisnog voda 81 u mešačkoj komori 61 za gorivo se meša sa strujom vodonika koja je dovedena pomoću dovoda 7 vodonika i ponovo se pali posle izlaska kroz emitersku ploču 62 pomoću elektrode 63 za paljenje koja je postavljena spolja na gorioniku 6 ispred emiterske ploče 62.

[0030] U reflektor 9 je umetnut držač 91 senzora koji ima prozor 92. U držač senzora je umetnut UV senzor 5, koji je preko električnog voda 51 povezan sa aktuatorskim uređajem 32 radi prekidanja dovoda vodonika. UV senzor 5 je u ovom primeru izvođenja orijentisan pod uglom od 45° u odnosu na emitersku ploču 62. Ukoliko se pomoću UV senzora 5 ne detektuje plamen, onda se prekida dovođenje vodonika pomoću aktuatorskog uređaja 32, u ovom slučaju upravljačkog ventila. Aktuatorski uređaj 32 ili sa njime povezani upravljački i regulacioni modul 33 ovde takođe može biti dodatno povezan sa elektrodom 63 za paljenje i može biti prilagođen tako da u slučaju kada se ne detektuje plamen, prvo aktivira elektrodu 63 za paljenje, pa tek ukoliko plamen i dalje izostane, onda vrši prekidanje dovođenja vodonika.

[0031] Takođe se kod ovog primera izvođenja – za koji se ne zahteva zaštita – može koristiti UV senzor 5 koji je prilagođen za merenje NOX pomoću UV-rezonantne apsorpcione spektroskopije i povezan je sa upravljačkim i regulacionim modulom, koji je povezan sa aktuatorskim uređajem 32 za prekid strujanja vodonika i/ili strujanja vazduha za sagorevanje, pri čemu je upravljački i regulacioni modul 33 programiran odgovarajuće prethodnim izvođenjima za tamni emiter. Dodatno tome, može se preduzeti programiranje podešavanja svojstava plamena putem podešavanja odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje preko uređaja za podešavanje ejektora 83. Za ove svrhe uređaj za podešavanje je povezan sa upravljačkim i regulacionim modulom 33.

Claims (9)

Patentni zahtevi

1. Infracrveni emiter, sa gorionikom (1) i duvaljkom (3), pri čemu je gorionik povezan sa dovodom (2) gorivog gasa, pri čemu je duvaljka prilagođena za dovođenje gorioniku vazduha za sagorevanje, pri čemu se dovod gorivog gasa može povezati sa izvorom vodonika kao izvorom gasa za sagorevanje, pri čemu je postavljen UV senzor (5) koji je prilagođen za detekciju najmanje jednog parametra plamena koji stvara gorionik, naznačen time, što je infracrveni emiter tamni emiter koji sadrži emitersku cev (4) koja je postavljena u gorioniku, pri čemu je UV senzor usmeren prema osnovi plamena.

2. Infracrveni emiter prema zahtevu 1, naznačen time, što je emiterska cev opremljena prozorom (14) za posmatranje, pri čemu je UV senzor izvan emiterske cevi usmeren prema osnovi plamena kroz prozor za posmatranje.

3. Infracrveni emiter prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što je emiterska cev povezana sa odvodom otpadnog gasa, pri čemu je gorionik u smeru plamena postavljen uzvodno od mešačke komore (61) za vazduh za sagorevanje, koja je povezana sa izvorom vazduha za sagorevanje i odvodom otpadnog gasa.

4. Infracrveni emiter prema zahtevu 3, naznačen time, što je duvaljka postavljena uzvodno od gorionika u smeru plamena i mešačka komora (61) za vazduh za sagorevanje je postavljena unutar duvaljke.

5. Infracrveni emiter prema zahtevu 3 ili 4, naznačen time, što je na odvodnom vodu postavljen uređaj za podešavanje pomoću koga se može podešavati odnos zapreminskog protoka otpadnog gasa u odvodu otpadnog gasa prema zapreminskom protoku vazduha za sagorevanje iz izvora vazduha za sagorevanje.

6. Infracrveni emiter prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je UV senzor povezan sa aktuatorskim uređajem (32) koji je povezan sa dovodom gorivog gasa radi prekidanja i/ili podešavanja dovoda vodonika.

7. Infracrveni emiter prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što je UV senzor (5) prilagođen za merenje NOX, a naročito pomoću UV-rezonantne apsorpcione spektroskopije.

8. Infracrveni emiter prema zahtevu 5 i/ili prema zahtevu 6, naznačen time, što je aktuatorski uređaj i/ili uređaj za podešavanje povezan sa upravljačkim i regulacionim modulom (33) koji je programiran tako da reguliše svojstva plamena upoređivanjem aktuelnih parametara prenetih pomoću UV senzora sa memorisanim zadatim parametrom putem promene zapreminskog protoka vodonika i/ili zapreminskog protoka vazduha za sagorevanje i/ili odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje.

9. Infracrveni emiter prema zahtevu 8, naznačen time, što je aktuelni parametar NOX vrednost koju je detektovao UV senzor, pri čemu se upravljački i regulacioni modul (33) može programirati za regulaciju temperature plamena na osnovu razlike aktuelne vrednosti i memorisane zadate vrednosti temperature plamena putem promene protoka vodonika i/ili protoka vazduha za sagorevanje i/ili odnosa protoka otpadnog gasa i protoka vazduha za sagorevanje.