RU2206825C1

RU2206825C1 - Burner unit

Info

Publication number: RU2206825C1
Application number: RU2002117032A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Кордит; В.В. Никонов; П.Е. Кордит
Original assignee: Кордит Евсей Аврумович
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: power engineering; motor-car industry. SUBSTANCE: burner unit is provided with newly introduced vortex generator and air feed nozzle coaxially disposed inside main air feed nozzle so that it projects from the latter, at least one row of slits being made on its projecting side surface. Additional- nozzle vortex generator is mounted under main-nozzle vortex generator. Proposed design enables organization of air jets in upper part of combustion chamber from air flow different from that used to form air jets in lower part of combustion chamber. EFFECT: enhanced power capacity and completeness of fuel combustion. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности. The invention relates to the field of energy, in particular to burners, and can be used in the automotive industry.

В качестве аналога было выбрано устройство "Камера сгорания горелки для отопительного прибора транспортного средства или для фильтра для улавливания частиц отработанных газов" фирмы J. Eberspacher PCT/DE 95/00614 от 06.05.95 г. , которое имеет торцевую ограничительную стенку, круговую ограничительную стенку, штуцер для размещения свечи накаливания и штуцер для подачи необходимого для сгорания воздуха, изготовленные методом точного литья. Сопло для подачи воздуха имеет продольные прорези, с постоянной или изменяющейся к низу шириной. Данная камера сгорания выполнена по принципу испарительной камеры, т. е. имеет пористую футеровку из различных материалов. На пути потока, необходимого для сгорания воздуха, перед штуцером для подачи воздуха предусмотрено устройство для создания завихрения потока - завихритель. The device “Burner combustion chamber for a vehicle’s heater or for a filter for collecting exhaust gas particles” from J. Eberspacher PCT / DE 95/00614 dated 05/06/95, which has an end boundary wall, a circular boundary wall, was chosen as an analogue , a fitting for placing a glow plug and a fitting for supplying the necessary air for combustion, made by precision casting. The air nozzle has longitudinal slots with a constant or variable bottom width. This combustion chamber is made according to the principle of an evaporation chamber, i.e., has a porous lining of various materials. On the path of the flow necessary for combustion of air, in front of the nozzle for supplying air, a device is provided for creating a swirl of the flow - a swirl.

Однако при эксплуатации данному устройству присуще образование углесодержащих отложений, кроме того, в камере сгорания имеются зоны с низким содержанием кислорода, что также приводит к образованию углесодержащих отложений, следовательно, снижаются интенсивность горения, мощность и кпд горелки. Кроме того, данная камера сгорания может быть вмонтирована в линию отвода отработавших газов в качестве фильтра для улавливания сажи, который через определенные промежутки времени должен очищаться от отфильтрованных частиц. Такая унификация данного устройства приводит к значительному усложнению конструкции горелочного устройства [1]. However, the operation of this device is characterized by the formation of carbonaceous deposits, in addition, there are zones with a low oxygen content in the combustion chamber, which also leads to the formation of carbonaceous deposits, therefore, the burning intensity, power and efficiency of the burner are reduced. In addition, this combustion chamber can be mounted in the exhaust line as a filter for trapping soot, which at certain intervals must be cleaned of filtered particles. Such a unification of this device leads to a significant complication of the design of the burner device [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является горелочное устройство [2], содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха, воздух в которое подается завихрителем. С внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура, формирователь вихревых потоков, штуцер для установки свечи, жаровая труба и стабилизатор пламени, завихритель. На боковой поверхности сопла подачи воздуха выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла подачи воздуха одинаковых по количеству и симметрично размещенных продольных радиальных отверстий, причем каждое отверстие верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий. Формирователь вихревых потоков расположен между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, размещенной как на цилиндрической, так и на торцевой ограничительных стенках топочной камеры. Формирователь вихревых потоков газоплотно или с зазором прилегает нижним основанием к испарительной капиллярной структуре, размещенной на торцевой поверхности топочной камеры, а верхним - к стабилизатору пламени. The closest technical solution to the proposed invention, selected as a prototype, is a burner device [2] containing a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, with an end boundary wall in which a central hole is made with a feed nozzle coaxially entering the axis of the combustion chamber air into which air is supplied by a swirl. On the inside of the cylindrical restrictive wall there is an evaporative capillary structure, a vortex flow former, a fitting for installing a candle, a flame tube and a flame stabilizer, a swirl. On the lateral surface of the air supply nozzle, at least two rows of longitudinally distributed radial holes of equal in number and symmetrically placed longitudinal radial openings are spaced apart along the height of the air supply nozzle, each opening of the upper row being placed on a line equidistant from the two nearest lower holes. The vortex flow generator is located between the air supply nozzle and the evaporative capillary structure located both on the cylindrical and on the end boundary walls of the combustion chamber. The vortex flow generator is tightly or with a gap adjacent the lower base to the evaporative capillary structure located on the end surface of the combustion chamber, and the upper one to the flame stabilizer.

Эффективность процесса горения в горелочных устройствах испарительного типа определяется пространственной структурой и энергией воздушных струй, вытекающих из отверстий на боковой поверхности сопла подачи воздуха. Реализуемое в прототипе расположение щелей позволяет достигать максимальной для каждой скорости воздушных струй степени турбулизации и перемешивания горючей смеси. The efficiency of the combustion process in evaporative-type burners is determined by the spatial structure and energy of the air jets flowing from the openings on the side surface of the air supply nozzle. Implemented in the prototype, the location of the slots allows you to achieve the maximum degree of turbulence and mixing of the combustible mixture for each speed of air jets.

Однако конструкция сопла, используемая в данном горелочном устройстве, приводит к тому, что струи, выходящие из нижних рядов щелей, обладают большей энергией, чем струи, выходящие их верхних рядов. Это обусловлено тем, что по мере продвижения закрученного внутри сопла подачи воздуха потока происходит частичное вытекания через нижние ряды щелей и торможение, вследствие трения на внутренней поверхности сопла. Соответственно, перемешивание и турбулизация в зоне горения у верхних рядов щелей оказываются менее эффективными, чем у нижних. В случае, когда мощность горелочного устройства сравнительно невысока, и сгорание горючей смеси происходит преимущественно в области нижних рядов отверстий, воздушные струи верхних рядов выполняют, в основном, функцию дожигания сгоревшей смеси. However, the nozzle design used in this burner device leads to the fact that the jets leaving the lower rows of slots have more energy than the jets leaving their upper rows. This is due to the fact that as the flow swirls inside the nozzle, air flows partially out through the lower rows of slots and braking due to friction on the inner surface of the nozzle. Accordingly, mixing and turbulization in the combustion zone at the upper rows of cracks are less effective than at the lower ones. In the case when the power of the burner device is relatively low, and the combustion of the combustible mixture occurs mainly in the region of the lower rows of holes, the air jets of the upper rows mainly perform the function of afterburning the burned mixture.

Однако, если увеличить количество топлива, вводимого в камеру, и соответственно количество нагнетаемого воздушного потока, то доля несгоревшей горючей смеси в области нижних щелей увеличивается. Кроме того, при этом увеличивается общее давление в камере сгорания, что приводит к тому, что низкоэнергетические струи верхних слоев не могут обеспечить полное перемешивание и дожигание горючей смеси. However, if you increase the amount of fuel introduced into the chamber, and accordingly the amount of forced air flow, then the proportion of unburned combustible mixture in the region of the lower slots increases. In addition, this increases the total pressure in the combustion chamber, which leads to the fact that the low-energy jets of the upper layers cannot provide complete mixing and afterburning of the combustible mixture.

Недостатком данного горелочного устройства являются низкая мощность и полнота сгорания топлива. The disadvantage of this burner device is the low power and completeness of fuel combustion.

Техническим результатом данного горелочного устройства является повышение мощности и полноты сгорания топлива. The technical result of this burner device is to increase the power and completeness of fuel combustion.

Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха, на боковой поверхности которого выполнено не менее двух рядов разнесенных по высоте сопла одинаковых по количеству и симметрично размещенных продольных щелевых отверстий, причем каждое отверстие верхнего ряда размещено на линии, равноудаленной от двух ближайших нижних отверстий, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, расположенный между соплом подачи воздуха и испарительной капиллярной структурой, размещенной как на цилиндрической, так и на торцевой ограничительных стенках топочной камеры, штуцер для установки свечи, жаровую трубу и стабилизатор, дополнительно содержит завихритель и сопло подачи воздуха, размещенное соосно внутри основного сопла подачи воздуха, выступающее из него, причем на его боковой выступающей поверхности выполнено не менее одного ряда щелевых отверстий, завихритель дополнительного сопла размещен под завихрителем основного сопла. The technical result is achieved in that the burner device comprising a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, with an end boundary wall in which a central hole is made with an air supply nozzle coaxially entering the axis of the combustion chamber with at least two rows on its side surface spaced along the height of the nozzle are the same in number and symmetrically placed longitudinal slotted holes, with each hole in the upper row placed on the line, equidistant from the two nearest lower holes, an air flow swirl, a vortex flow generator located between the air supply nozzle and the evaporative capillary structure located both on the cylindrical and on the end boundary walls of the combustion chamber, a fitting for installing a candle, a heat pipe and a stabilizer, in addition contains a swirl and an air supply nozzle placed coaxially inside the main air supply nozzle, protruding from it, and at least about a power series of slotted holes, a swirler additional nozzle is placed under the main nozzle swirler.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого устройства, включающая топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру 1 и торцевой ограничительной стенкой 2, основное сопло подачи воздуха 3, испарительную капиллярную структуру 4, расположенную с внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки, формирователь вихревых потоков 5, штуцер для установки свечи 6, жаровую трубу 7, стабилизатор пламени 8, завихритель основного сопла 9, дополнительное сопло подачи воздуха 10 и завихритель дополнительного сопла подачи воздуха 11. The drawing shows the design of the proposed device, including a combustion chamber with a cylindrical restrictive wall around the perimeter 1 and the end restrictive wall 2, the main nozzle of the air supply 3, an evaporative capillary structure 4 located on the inside of the cylindrical restrictive wall, vortex flow former 5, fitting for installation candles 6, flame tube 7, flame stabilizer 8, swirl of the main nozzle 9, additional nozzle for air supply 10 and the swirl of the additional nozzle under ACHI AIR 11.

Для повышения мощности горелочного устройства, с соблюдением условия полного сгорания горючей смеси в камере сгорания, необходимо, чтобы скорость и энергия воздушных струй в верхней и нижней зонах горения камеры сгорания были примерно равны. Для этого необходимо, чтобы струи воздуха, вводимые в верхнюю и нижнюю части зоны горения, формировались из различных, воздушных потоков. To increase the power of the burner device, subject to the conditions of complete combustion of the combustible mixture in the combustion chamber, it is necessary that the speed and energy of the air jets in the upper and lower combustion zones of the combustion chamber are approximately equal. For this, it is necessary that the air jets introduced into the upper and lower parts of the combustion zone are formed from various air streams.

Необходимость обеспечения полноты сгорания топлива именно в камере сгорания обусловлена тем, что после выхода из камеры поток продуктов сгорания попадает в короткую жаровую трубу, которую пересекает весьма быстро, поскольку движется прямолинейно. Далее поток взаимодействует с разветвленной холодной поверхностью теплообменника. В результате этого поток газов охлаждается и через выхлопную трубу выходит наружу. The need to ensure complete combustion of fuel precisely in the combustion chamber is due to the fact that after exiting the chamber, the flow of combustion products enters a short flame tube, which crosses very quickly because it moves in a straight line. Further, the flow interacts with the branched cold surface of the heat exchanger. As a result, the gas stream is cooled and exits through the exhaust pipe.

Снижение температуры в теплообменнике, например, для предпусковых автомобильных подогревателей происходит от 1200^oС на выходе из жаровой трубы до 500 - 400^oС на выходе из теплообменника.The temperature decrease in the heat exchanger, for example, for pre-start automobile heaters, occurs from 1200 ^o C at the exit of the flame tube to 500 - 400 ^o C at the exit of the heat exchanger.

С учетом резкого снижения температуры в теплообменнике, причем на сравнительно малом участке пути (длина теплообменника для разных моделей отопителей этого типа находится в пределах 20... 35 см), дожигание не сгоревшей в камере сгорания горючей смеси практически не происходит. Следовательно, на стенках теплообменника выделяется большое количество углесодержащих отложений. Оставшаяся часть непрореагировавших компонентов выбрасывается в окружающую среду. Given the sharp decrease in temperature in the heat exchanger, and on a relatively small portion of the path (the length of the heat exchanger for different models of heaters of this type is within 20 ... 35 cm), the afterburning of a combustible mixture not burnt in the combustion chamber practically does not occur. Therefore, a large amount of carbonaceous deposits is released on the walls of the heat exchanger. The remainder of the unreacted components is released into the environment.

Таким образом, неполное сгорание топлива в камере сгорания существенно снижает ресурс горелочных устройств за счет забивания теплообменника сажистыми соединениями и способствует загрязнению окружающей среды. Thus, incomplete combustion of fuel in the combustion chamber significantly reduces the resource of burner devices due to clogging of the heat exchanger with soot compounds and contributes to environmental pollution.

Предлагаемая конструкция позволяет формировать воздушные струи в верхней части камеры сгорания не из того потока, из которого формируются струи в нижней части камеры сгорания. Известно, что практически вся масса закрученного потока локализована вблизи внутренней поверхности сопла. Соответственно, если ввести внутрь соосно с основным соплом дополнительные сопло, меньшего диаметра с завихрителем, расположенным под основным завихрителем, то на движение закрученного потока в основном сопле это не окажет существенного влияния. Внутри же дополнительного сопла сформируется свой закрученный поток. Так как высота дополнительного сопла больше основного, то благодаря этому закрученный поток в верхней части камеры будет трансформирован в совокупность высокоэнергетических воздушных струй, вытекающих из щелевых отверстий, выполненных на боковой поверхности дополнительного сопла. The proposed design allows the formation of air jets in the upper part of the combustion chamber not from the stream from which the jets are formed in the lower part of the combustion chamber. It is known that almost the entire mass of the swirling flow is localized near the inner surface of the nozzle. Accordingly, if an additional nozzle of a smaller diameter with a swirl located under the main swirl is inserted coaxially with the main nozzle, this will not have a significant effect on the movement of the swirling flow in the main nozzle. Inside the additional nozzle, its own swirling flow will form. Since the height of the additional nozzle is greater than the main one, this means that the swirling flow in the upper part of the chamber will be transformed into a set of high-energy air jets flowing from slotted holes made on the side surface of the additional nozzle.

В процессе работы в камеру сгорания поступают пары топлива, генерируемые капиллярной структурой испарительного элемента, и струи воздуха из щелей боковой поверхности "вихревого" сопла подачи воздуха. Термин "вихревое сопло" в данном случае означает, что внутрь подается закрученный поток, перемещающийся в виде прижатого к внутренней поверхности сопла завихренного потока. During operation, fuel vapors generated by the capillary structure of the evaporation element and air jets from the slots of the side surface of the "vortex" air supply nozzle enter the combustion chamber. The term "vortex nozzle" in this case means that a swirling flow is supplied inside, moving in the form of a swirling stream pressed against the inner surface of the nozzle.

Конструкция щелей выбрана таким образом, что истекающие из них струи имеют форму узких высокоскоростных прямолинейно движущихся потоков воздуха, проникающих в зону горения. The design of the slots is chosen in such a way that the jets flowing from them have the form of narrow, high-speed, rectilinearly moving air flows penetrating the combustion zone.

В ряде случаев, характерных для сравнительно маломощных горелочных устройств, с небольшим диаметром камеры, воздушные струи пронизывают всю зону горения, и, отражаясь от поверхности формирователя вихревых потоков, образуют высокотурбулизованные зоны, в которых происходит эффективное смешивание и сгорание горючей смеси. In a number of cases characteristic of relatively low-power burner devices with a small chamber diameter, air jets penetrate the entire combustion zone, and, being reflected from the surface of the vortex flow former, form highly turbulent zones in which efficient mixing and combustion of the combustible mixture takes place.

В более мощных горелочных устройствах наряду с локальными вихревыми зонами, образованными отраженными от формирователя вихревых потоков струями, формируются закрученные потоки, вращающиеся вокруг сопла. Причем для повышения эффективности горения закрученные потоки, формируемые основным и дополнительным соплами подачи воздуха, могут быть закручены в противоположных направлениях. In more powerful burner devices, along with local vortex zones formed by jets reflected from the vortex flow former, swirl flows rotating around the nozzle are formed. Moreover, to increase combustion efficiency, swirling flows formed by the primary and secondary air supply nozzles can be swirled in opposite directions.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. "Камера сгорания горелки для отопительного прибора транспортного средства или для фильтра для улавливания частиц отработанных газов" фирмы J. Eberspacher PCT/DE 95/00614 от 06.05.95.SOURCES OF INFORMATION
1. "Burner combustion chamber for a vehicle heater or for a filter for trapping exhaust particles" from J. Eberspacher PCT / DE 95/00614 of 05/06/95.

2. Е.А. Кордит. Патент РФ 2181462 по заявке 2001113644/06 от 23.05.2001 "Горелочное устройство". 2. E.A. Cordite. RF patent 2181462 on the application 2001113644/06 dated 05/23/2001 "Burner device".

Claims

A burner device comprising a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, with an end boundary wall in which a central hole is made with an air supply nozzle that coaxially enters with the axis into the furnace chamber and has at least two rows of identical nozzles spaced apart in height along the height the number and symmetrically placed longitudinal slotted holes, with each hole of the upper row placed on a line equidistant from the two nearest lower holes air flow specifier, vortex generator, located between the air supply nozzle and the evaporative capillary structure located both on the cylindrical and on the end boundary walls of the combustion chamber, an evaporative capillary structure, a fitting for installing a candle, a heat pipe are located on the inside of the cylindrical restrictive wall and a flame stabilizer, characterized in that it further comprises a swirl and an air supply nozzle placed coaxially inside the main supply nozzle Air protruding therefrom, wherein the at least one row of slotted holes, and additional nozzle swirler is located under the main nozzle swirler formed on a side surface serving.