RU209658U1

RU209658U1 - INFRARED GAS BURNER

Info

Publication number: RU209658U1
Application number: RU2021134900U
Authority: RU
Inventors: Иван Соломонович Пятов; Андрей Вадимович РАДЛЕВИЧ; Юрий Владимирович Кирпичев; Анатолий Павлович Бевз
Original assignee: Иван Соломонович Пятов
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Полезная модель относится к газовым горелкам для нагревательных устройств различного назначения, применяемых в различных областях техники и промышленности и использующих тепло сжигаемого газообразного углеводородного топлива. Предлагается инфракрасная газовая горелка, которая состоит из полого корпуса с подводом для газожидкостной смеси, с одной стороны которого установлена объемная проницаемая матрица. Матрица состоит из слоя проволочно-проницаемого материала, представляющего собой сплетение определенно ориентированных металлических проволочных спиралей. Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эффективности горения и экологичности инфракрасной газовой горелки за счет применения в ее конструкции матрицы из проволочно-проницаемого материала (ППМ).The utility model relates to gas burners for heating devices for various purposes used in various fields of technology and industry and using the heat of a combusted gaseous hydrocarbon fuel. An infrared gas burner is proposed, which consists of a hollow body with a supply for a gas-liquid mixture, on one side of which a volumetric permeable matrix is installed. The matrix consists of a layer of wire-permeable material, which is a plexus of specifically oriented metal wire spirals. The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to increase the combustion efficiency and environmental friendliness of an infrared gas burner through the use of a matrix of wire-permeable material (WPM) in its design.

Description

Полезная модель относится к газовым горелкам для нагревательных устройств различного назначения, применяемых в различных областях техники и промышленности и использующих тепло сжигаемого газообразного углеводородного топлива.The utility model relates to gas burners for heating devices for various purposes used in various fields of technology and industry and using the heat of a combusted gaseous hydrocarbon fuel.

Известен инфракрасный генератор, который имеет пористую волокнистую огнеупорную панель, установленную своими краями на опоре, образуя камеру сгорания газовой смеси, из которой смесь проходит через панель на ее внешнюю поверхность. Трубопровод для негорючего газа (воздуха) проходит вдоль края панели и выпускает этот негорючий газ (воздух) через панель по всему ее краю, чтобы смесь для сжигания не выходила через края панели, где горение может повредить панель. Дополнительная герметизация панели осуществляется сжатием ее по краям примерно на 10%. Один или несколько краев прямоугольной панели могут быть расположены в виде зависимого фланца с его монтажом, по меньшей мере, частично утопленным, так что две или более панелей могут быть соединены, чтобы сформировать эффективно непрерывную излучающую поверхность относительно большого размера (по патенту US 4373904, кл. F23D 13/12, опубл. 15.02.1983).An infrared generator is known, which has a porous fibrous refractory panel, installed with its edges on a support, forming a combustion chamber for a gas mixture, from which the mixture passes through the panel to its outer surface. The non-flammable gas (air) piping runs along the edge of the panel and vents this non-flammable gas (air) through the panel along its entire edge so that the combustible mixture does not escape through the edges of the panel where combustion could damage the panel. Additional sealing of the panel is carried out by compressing it along the edges by about 10%. One or more edges of a rectangular panel may be positioned as a dependent flange with its mounting at least partially recessed so that two or more panels may be connected to form an effectively continuous radiant surface of relatively large size (U.S. Pat. No. 4,373,904, cl. F23D 13/12, published 02/15/1983).

В инфракрасном генераторе используется пористая волокнистая огнеупорная панель, однако не указана ее конструкция, состав, материал и способ изготовления.The infrared generator uses a porous fibrous refractory panel, but its design, composition, material, and manufacturing method are not specified.

Известна газовая инфракрасная горелка с панелями из пористого керамического волокна. Горючая смесь протекает через панель и сгорает на ее поверхности. Горелка имеет конструкцию, позволяющую устанавливать несколько горелок близко друг к другу, и имеет различные устройства для снижения температуры горловины горелки, в которой установлены панели. Также показано автономное электрическое зажигание и дополнительное излучение от добавляемых панелей, нагреваемых горячими газами сгорания (по патенту US 4416618, кл. F23D 13/12, опубл. 22.11.1983).Known gas infrared burner with panels of porous ceramic fiber. The combustible mixture flows through the panel and burns on its surface. The burner is designed to allow multiple burners to be installed close to each other and has various devices to reduce the temperature of the burner neck in which the panels are installed. Also shown is autonomous electric ignition and additional radiation from added panels heated by hot combustion gases (according to US patent 4416618, class F23D 13/12, publ. 22.11.1983).

Недостатком данного технического решения является то, что панель, изготавливаемая из керамических волокон, не обладает эффективным тепловым инфракрасным излучением, не имеет достаточной прочности и упругости, что требует установки дополнительного каркаса.The disadvantage of this technical solution is that the panel made of ceramic fibers does not have effective thermal infrared radiation, does not have sufficient strength and elasticity, which requires the installation of an additional frame.

Известна радиационная газовая горелка, которая содержит газовое сопло, смеситель, горелочный насадок и защитную крышку. Горелочный насадок выполнен из металловойлочного пористого тела, изготовленного из жаропрочного и жаростойкого сплава с полностью открытой, переменной по толщине объемной пористостью в интервале 90-98%, с переменным по толщине горелочного насадка средним размером пор в диапазоне 50-1000 мкм, уменьшающимся в направлении к защитной крышке с дискретными волокнами, выступающими над внешней поверхностью и расположенными под углом к последней, при этом металловойлочное пористое тело установлено в несущей обойме из жаропрочного материала (по патенту RU 2094703, кл. F23D 14/12, опубл. 27.10.1997).Known radiation gas burner, which contains a gas nozzle, a mixer, a burner nozzle and a protective cover. The burner nozzle is made of a metal-felt porous body made of a heat-resistant and heat-resistant alloy with a completely open, variable in thickness volumetric porosity in the range of 90-98%, with an average pore size variable in thickness of the burner nozzle in the range of 50-1000 microns, decreasing towards a protective cover with discrete fibers protruding above the outer surface and located at an angle to the latter, while the metal-felt porous body is installed in a carrier cage made of heat-resistant material (according to patent RU 2094703, class F23D 14/12, publ. 27.10.1997).

Недостатком данного решения является то, что металловойлочное пористое тело изготавливается из дискретных волокон нитевой проволоки жаропрочного и жаростойкого сплава. Это не обеспечивает достаточное переплетение волокон между собой, что снижает способность пористого тела к перемешиванию потока газовоздушной смеси и снижает эффективность горения.The disadvantage of this solution is that the metal-felt porous body is made from discrete fibers of a filament wire of a heat-resistant and heat-resistant alloy. This does not provide sufficient interlacing of the fibers with each other, which reduces the ability of the porous body to mix the flow of the gas-air mixture and reduces the combustion efficiency.

В качестве прототипа взята радиационная горелка для поверхностного горения, содержащая раму из непроницаемого материала, поддерживающую пористый элемент, проницаемый для газа, и трубопровод для подачи горючей газовой смеси в газораспределительное пространство, заключенное в раму и пористый элемент. Причем пористый элемент образован из металлических частиц сплава, содержащего железо, хром и алюминий и обладающий свойством образования слоя оксида алюминия при нагревании в присутствии кислорода.As a prototype, a radiation burner for surface combustion was taken, containing a frame made of an impermeable material supporting a porous element permeable to gas, and a pipeline for supplying a combustible gas mixture to a gas distribution space enclosed in a frame and a porous element. Moreover, the porous element is formed from metal particles of an alloy containing iron, chromium and aluminum and having the property of forming an aluminum oxide layer when heated in the presence of oxygen.

Недостатком прототипа, также как одного из аналогов, является недостаточная способность пористого элемента к перемешиванию потока газовоздушной смеси, обусловленного тем, что пористый элемент изготавливается из проволочных волокон.The disadvantage of the prototype, as well as one of the analogues, is the lack of the ability of the porous element to mix the flow of the gas-air mixture, due to the fact that the porous element is made of wire fibers.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эффективности горения и экологичности инфракрасной газовой горелки за счет применения в ее конструкции матрицы из проволочно-проницаемого материала (ППМ).The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to increase the combustion efficiency and environmental friendliness of an infrared gas burner through the use of a matrix of wire-permeable material (WPM) in its design.

Указанный технический результат достигается тем, что инфракрасная газовая горелка состоит из полого корпуса с подводом для газожидкостной смеси, с одной стороны которого установлена объемная проницаемая матрица, и отличается тем, что матрица состоит из слоя проволочно-проницаемого материала, обладающего канальчатой пористостью и представляющего собой ориентированное сплетение металлических проволочных спиралей, спрессованных между собой.This technical result is achieved in that the infrared gas burner consists of a hollow body with a supply for the gas-liquid mixture, on one side of which a volumetric permeable matrix is installed, and differs in that the matrix consists of a layer of wire-permeable material with channel porosity and representing an oriented interweaving of metal wire spirals pressed together.

Кроме того, объемная проницаемая матрица может иметь один и более дополнительных слоев из проволочно-проницаемого материала различной пористости.In addition, the volumetric permeable matrix may have one or more additional layers of wire-permeable material of different porosity.

Предпочтительно проволочно-проницаемый материал изготавливается из антикоррозионной жаропрочной стали, фехралевого сплава, меди, вольфрама.Preferably, the wire-permeable material is made of anti-corrosion heat-resistant steel, fechral alloy, copper, tungsten.

Проволочно-проницаемый материал изготавливается из проволоки диаметром от 0,02 до 1,0 мм.The wire-permeable material is made from wire with a diameter of 0.02 to 1.0 mm.

Предпочтительно проволочно-проницаемый материал имеет пористость в диапазоне от 10 до 90%.Preferably, the wire-permeable material has a porosity in the range of 10 to 90%.

Кроме того, внутри корпуса может быть установлена газораспределительная пластина.In addition, a gas distribution plate can be installed inside the housing.

Кроме того, над объемной проницаемой матрицей может быть установлена рекуперационная решетка, поддерживающая объемно-поверхностное горение в матрице и над матрицей.In addition, a recuperation grate can be installed above the volumetric permeable matrix, which supports volumetric-surface combustion in the matrix and above the matrix.

Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами, на которых изображен частный случай ее реализации:The proposed utility model is illustrated by the following drawings, which show a particular case of its implementation:

фиг. 1 - инфракрасная газовая горелка;fig. 1 - infrared gas burner;

фиг. 2 - инфракрасная газовая горелка, продольный разрез.fig. 2 - infrared gas burner, longitudinal section.

Инфракрасная газовая горелка (фиг. 1) состоит из полого корпуса 1 с подводом 2 для газовоздушной смеси (ГВС). На корпусе 1 установлена объемная проницаемая матрица 3 из слоя 4 проволочно-проницаемого материала (ППМ).Infrared gas burner (Fig. 1) consists of a hollow body 1 with a supply 2 for the gas-air mixture (DHW). On the body 1 there is a volumetric permeable matrix 3 from a layer 4 of a wire-permeable material (PPM).

Объемная проницаемая матрица может иметь дополнительный слой из ППМ 5 (фиг. 2), который располагается под слоем 4. Слой 5 может устанавливаться как с зазором относительно слоя 4, так и без него. Внутри корпуса 1 под объемной проницаемой матрицей устанавливается газораспределительная пластина 6. А над матрицей устанавливается рекуперационная решетка 7.Volumetric permeable matrix may have an additional layer of PPM 5 (Fig. 2), which is located under layer 4. Layer 5 can be installed with or without a gap relative to layer 4. Inside the body 1, under the volumetric permeable matrix, a gas distribution plate 6 is installed. And above the matrix, a recuperation grate 7 is installed.

Для контроля процесса горения внутри корпуса устанавливается датчик температуры, например, термопара 8, данные с которой позволяют управлять процессом горения, изменяя подачу ГВС, и, тем самым, поддерживать заданную температуру горения.To control the combustion process, a temperature sensor is installed inside the housing, for example, a thermocouple 8, the data from which allow you to control the combustion process by changing the supply of hot water, and thereby maintain the desired combustion temperature.

Для облегчения зажигания горелки внутри корпуса устанавливается средство розжига 9, например, пьезоэлектрического типа.To facilitate the ignition of the burner, an ignition means 9, for example, of a piezoelectric type, is installed inside the housing.

Применение.Application.

Инфракрасные газовые горелки по настоящей полезной модели могут использоваться в различных отраслях техники в качестве замены факельных горелок и в быту в качестве замены газовых горелок с «открытым пламенем». Инфракрасные газовые горелки могут иметь различную конфигурацию, форму и размеры.Infrared gas burners according to the present utility model can be used in various branches of technology as a replacement for torch burners and in everyday life as a replacement for gas burners with an "open flame". Infrared gas burners can have different configurations, shapes and sizes.

Газовоздушная смесь (фиг. 1) через подвод 2 поступает внутрь корпуса 1 и далее на объемную проницаемую матрицу 3 из ППМ. Структура ППМ представляет собой сплетение определенно ориентированных проволочных спиралей, которые в результате последовательного холодного прессования в специальных пресс-формах образуют проницаемую во всех направлениях открыто-пористую систему канальчатого типа, обеспечивающую требуемые механические, физические, гидродинамические и другие параметры.The gas-air mixture (Fig. 1) through the inlet 2 enters the housing 1 and then on the volumetric permeable matrix 3 of PPM. The PPM structure is an interweaving of specifically oriented wire spirals, which, as a result of successive cold pressing in special molds, form an open-porous channel-type system permeable in all directions, providing the required mechanical, physical, hydrodynamic and other parameters.

Матрица из ППМ обладает упругостью, высокой термической и химической стойкостью, не чувствительна к ударам, не имеет склонности к растрескиванию при попадании на нагретую поверхность холодного продукта. Форма канала представляет собой щель переменного сечения между соседними проволочными витками. Матрица из ППМ, при прохождении через нее газовоздушной смеси, оказывает потоку минимальное гидравлическое сопротивление и одновременно способствует интенсивному перемешиванию сред и максимальной гомогенизации газовоздушной смеси (ГВС), а за счет теплопроводности металла обеспечивает предварительный подогрев входящей в ГВС и, соответственно, эффективное горение.The PPM matrix has elasticity, high thermal and chemical resistance, is not sensitive to impacts, and does not tend to crack when a cold product hits a heated surface. The shape of the channel is a slot of variable cross section between adjacent wire coils. The PPM matrix, when a gas-air mixture passes through it, provides a minimum hydraulic resistance to the flow and at the same time promotes intensive mixing of the media and maximum homogenization of the gas-air mixture (GAM), and due to the thermal conductivity of the metal, it provides preheating of the DHW entering and, accordingly, efficient combustion.

Кроме того, объемная трехмерная структура ППМ отличается весьма значительной протяженностью поровых каналов, что увеличивает путь и время прохождения ГВС через объем матрицы, следовательно, и время предпламенных реакций, обеспечивая тем самым лучшую полноту сгорания газовоздушной смеси и значительное снижение выбросов окиси углерода.In addition, the volumetric three-dimensional structure of PPM is characterized by a very significant length of pore channels, which increases the path and time of passage of hot water through the volume of the matrix, and hence the time of pre-flame reactions, thereby providing better combustion of the gas-air mixture and a significant reduction in carbon monoxide emissions.

Предповерхностное внутриканальное горение вызывает равномерный разогрев поверхности матрицы, до 50% энергии горения переходит в радиационное излучение металла проволоки, что существенно увеличивает КПД газового нагревателя.Pre-surface intra-channel combustion causes uniform heating of the matrix surface, up to 50% of the combustion energy is converted into radiation from the wire metal, which significantly increases the efficiency of the gas heater.

Интенсивный теплоотвод от фронта пламени внутрь объемной проволочной матрицы (эффект теплового фитиля) снижает температуру горения и тем самым существенно уменьшает выбросы окислов азота в атмосферу. По результатам испытаний в ГНУ ГОСНИТИ выявлено резкое сокращение токсичности отходящих газов (до 10 раз и более) при применении горелок с объемной трехмерной матрицей в сравнении с традиционными горелками «открытого пламени».Intensive heat removal from the flame front into the bulk wire matrix (thermal wick effect) lowers the combustion temperature and thereby significantly reduces the emissions of nitrogen oxides into the atmosphere. According to the results of tests at GNU GOSNITI, a sharp reduction in the toxicity of exhaust gases (up to 10 times or more) was revealed when using burners with a three-dimensional three-dimensional matrix in comparison with traditional "open flame" burners.

Известно, что малотоксичное горение свидетельствует о высоком качестве предпламенных реакций и высокой эффективности процесса горения в целом. Испытания в ГНУ ГОСНИТИ показали, что объемные трехмерные матрицы горелочных устройств экономят до 50% газа в сравнении с традиционными горелками «открытого пламени» и плоскими горелками ИК-горения микрофакельного типа, например, с керамическими пластинами.It is known that low-toxic combustion indicates the high quality of pre-flame reactions and the high efficiency of the combustion process as a whole. Tests at GNU GOSNITI have shown that three-dimensional three-dimensional arrays of burner devices save up to 50% of gas in comparison with traditional "open flame" burners and flat burners of IR-combustion microtorch type, for example, with ceramic plates.

Эластичность матрицы из ППМ позволяет компенсировать возникающие температурные деформации и тем самым снимает термические напряжения, увеличивая срок службы горелки.The elasticity of the PPM matrix makes it possible to compensate for the resulting temperature deformations and thereby relieves thermal stresses, increasing the life of the burner.

Дополнительный слой ППМ, который может быть расположен относительно излучающей матрицы с зазором и контактирующий с ней по периметру, служит для подогрева ГВС перед ее поступлением в зону горения с целью ускорения предпламенных реакций для повышения эффективности горения, а также для предотвращения «проскока пламени» в ГВС.An additional layer of PPM, which can be located relative to the radiating matrix with a gap and in contact with it along the perimeter, serves to heat the hot water supply before it enters the combustion zone in order to accelerate pre-ignition reactions to increase combustion efficiency, as well as to prevent "flame flash" in the hot water supply .

Газораспределительная пластина обеспечивает оптимальное направление и равномерную подачу газовоздушной смеси на матрицу.The gas distribution plate provides optimal direction and uniform supply of the gas-air mixture to the matrix.

Рекуперационная решетка извлекает из продуктов сгорания и передает к поверхности и в тело матрицы дополнительный тепловой поток за счет теплопроводности, а также обеспечивает дополнительный радиационный нагрев излучением от поверхностей теплопроводящих элементов, которые расположены в области продуктов сгорания.The recuperation grate extracts from the combustion products and transfers to the surface and into the body of the matrix an additional heat flux due to thermal conductivity, and also provides additional radiation heating by radiation from the surfaces of heat-conducting elements located in the area of the combustion products.

ППМ для горелок должен быть выполнен из жаропрочных, коррозионностойких материалов с высокой теплопроводностью. Предпочтительными материалами являются: антикоррозионные стали, медь, вольфрам, фехралевые сплавы.PPM for burners must be made of heat-resistant, corrosion-resistant materials with high thermal conductivity. Preferred materials are: anti-corrosion steels, copper, tungsten, fechral alloys.

Таким образом, решения, используемые в полезной модели, повышают эффективность горения и экологичность инфракрасной газовой горелки за счет применения в ее конструкции матрицы из ППМ, и тем самым обеспечивает достижение технического результата.Thus, the solutions used in the utility model increase the combustion efficiency and environmental friendliness of the infrared gas burner through the use of a PPM matrix in its design, and thereby ensure the achievement of the technical result.

Claims

1. An infrared gas burner, consisting of a hollow body with a supply for a gas-liquid mixture, on one side of which a volumetric permeable matrix is installed, and characterized in that the matrix consists of a layer of a wire-permeable material with channel porosity and representing an oriented plexus of metal wire spirals pressed together.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the volumetric permeable matrix has one or more additional layers of a wire-permeable material of different porosity.

3. The burner according to claim. 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material is made of anti-corrosion steel.

4. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material is made of copper.

5. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material is made of tungsten.

6. Burner according to claim. 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material is made of fechral alloy.

7. The burner according to claim. 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material is made of wire with a diameter of 0.02 to 1.0 mm.

8. Burner according to claim. 1 or 2, characterized in that the wire-permeable material has a porosity in the range from 10 to 90%.

9. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that a gas distribution plate is installed inside the housing.

10. The burner according to claim 1 or 2, characterized in that a recuperation grate is installed above the volumetric permeable matrix.