RU2209372C1

RU2209372C1 - Burner apparatus

Info

Publication number: RU2209372C1
Application number: RU2002120585A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Кордит
Original assignee: Кордит Евсей Аврумович
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: power engineering, namely burner apparatuses used in automobile making industry, particularly autonomous preliminary heaters. SUBSTANCE: apparatus includes in addition annular substrate arranged between end limiting wall and evaporation capillary structure. Annular substrate along its inner diameter adjoins gas-tightly to lateral surface of nozzle for feeding air and along its outer diameter it adjoins to cylindrical limiting wall. There is gap between inner side of cylindrical limiting wall and cylindrical portion of evaporation capillary structure. Substrate has at side adjoining to end limiting wall of fire box at least two through ducts passing from outer end surface until inner end surface of annular substrate. At outer end of substrate in wall separating cavities of ducts from cavity formed between inner cylindrical surface of fire box and outer surface of cylindrical portion of capillary structure of evaporation member there are openings for connecting said cavities. On lateral surface of nozzle for feeding air in zone of adjoining to ducts substrate has slit-type openings. EFFECT: increased power of burner apparatus. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам, и может быть использовано в автомобильной промышленности, а именно для создания независимых предпусковых подогревателей. The invention relates to the field of energy, in particular to burners, and can be used in the automotive industry, namely to create independent pre-heater.

Известна испарительная горелка отопителя, патент DE 4003090 C1, фирмы WEBASTO [1], а именно горелка встроенного отопителя автомобиля, работающего на жидком топливе. Между передней стенкой опорной конструкции для корпуса с адсорбирующей поверхностью, к которому подается горючее, и корпусом с адсорбирующей поверхностью расположен делительный диск с отверстиями, причем отверстия равномерно распределены по всей поверхности диска. Такая конструкция позволяет достичь равномерного распределения топлива на основе капиллярного эффекта между опорной конструкцией и делительным диском. Диск выполнен из стали при помощи перфорирования и имеет толщину ~ 0,1 мм. Known evaporative burner heater, patent DE 4003090 C1, company WEBASTO [1], namely, the burner of the built-in heater of a car running on liquid fuel. Between the front wall of the supporting structure for a housing with an absorbent surface to which fuel is supplied, and a housing with an absorbent surface there is a dividing disk with holes, the holes being evenly distributed over the entire surface of the disk. This design allows you to achieve a uniform distribution of fuel based on the capillary effect between the supporting structure and the dividing disk. The disk is made of steel by perforation and has a thickness of ~ 0.1 mm.

Данное устройство позволяет улучшить характеристики горения при равномерном распределении горючего и выработанного тепла через корпус с адсорбирующей поверхностью, особенно на начальной стадии. This device allows to improve combustion characteristics with a uniform distribution of fuel and generated heat through the housing with an absorbent surface, especially at the initial stage.

Недостатком данного устройства является то, что увеличение количества подаваемого топлива и соответствующего количества воздуха приводит к повышению мощности тепловыделения в выхлопных газах, количества непрореагировавших компонентов горючей смеси и сажистых выделений, а следовательно, снижает уровень мощности горелочного устройства. The disadvantage of this device is that an increase in the amount of fuel supplied and the corresponding amount of air leads to an increase in heat dissipation in the exhaust gases, the amount of unreacted components of the combustible mixture and soot emissions, and therefore reduces the power level of the burner device.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является горелочное устройство [2], представленное на (фиг.1), содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру (1), с торцевой ограничительной стенкой (2), в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха (3), воздух в которое подается завихрителем (9). С внутренней стороны цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура (4), формирователь вихревых потоков (5), штуцер для установки свечи (6), жаровая труба (7), стабилизатор пламени (8), завихритель(9). The closest technical solution to the proposed invention, selected as a prototype, is a burner device [2], shown in (Fig. 1), containing a combustion chamber with a cylindrical restrictive wall around the perimeter (1), with an end restrictive wall (2), which has a Central hole with coaxial inlet with the axis in the combustion chamber air supply nozzle (3), the air into which is supplied by a swirl (9). An evaporative capillary structure (4), a vortex flow former (5), a fitting for installing a candle (6), a flame tube (7), a flame stabilizer (8), and a swirler (9) are located on the inner side of the cylindrical boundary wall.

Недостатками технического решения, выбранного в качестве прототипа, является то, что полное сгорание горючей смеси и отсутствие сажистых выделений на выходе из камеры сгорания обеспечивается только при низкой мощности тепловыделения. При увеличении подачи топлива и, соответственно, количества воздуха одновременно с ростом мощности тепловыделения в выхлопных газах возрастает количество непрореагировавших компонентов горючей смеси и сажистых выделений. Эти факторы ограничивают допустимый уровень мощности горелочного устройства. The disadvantages of the technical solution, selected as a prototype, is that the complete combustion of the combustible mixture and the absence of soot emissions at the outlet of the combustion chamber is ensured only at low heat output. With an increase in the fuel supply and, correspondingly, in the amount of air, the amount of unreacted components of the combustible mixture and soot emissions increases simultaneously with the increase in heat dissipation in the exhaust gases. These factors limit the permissible power level of the burner.

Одним из основных требований, предъявляемых к горелочным устройствам, применяемым, в частности, в автомобильных подогревателях, является полнота сгорания горючей смеси в пределах топочной камеры. В противном случае не прореагировавшие в топочной камере компоненты горючего, во-первых, образуют на стенках теплообменника сажистые выделения, которые ухудшают теплопроизводительность отопителя, во-вторых, приводят к существенному повышению вредных веществ в выхлопных газах. Соответственно, для повышения мощности горелочного устройства существует два пути: либо при сохранении удельной мощности тепловыделения увеличивать размеры топочной камеры, либо при сохранении размеров топочной камеры увеличивать удельную мощность тепловыделения. Для горелочных устройств, применяемых в автомобильных предпусковых отопителях, существуют жесткие ограничения на габаритные размеры. Соответственно, для этих случаев основным направлением развития является разработка горелочных устройств с повышенной удельной мощностью. One of the main requirements for burner devices used, in particular, in automobile heaters, is the completeness of combustion of the combustible mixture within the combustion chamber. Otherwise, the components of the fuel that did not react in the combustion chamber, firstly, form sooty emissions on the walls of the heat exchanger, which impair the heating performance of the heater, and secondly, lead to a significant increase in harmful substances in the exhaust gases. Accordingly, there are two ways to increase the power of the burner device: either, while maintaining the specific heat output, increase the size of the combustion chamber, or while maintaining the dimensions of the combustion chamber, increase the specific heat output. For burners used in automotive pre-heater, there are strict restrictions on the overall dimensions. Accordingly, for these cases, the main direction of development is the development of burner devices with increased specific power.

В известных горелочных устройствах испарительного типа лимитирующим фактором является скорость смешения паров жидкого топлива, заполняющего капиллярную структуру испарительного элемента с воздухом. In known evaporative type burner devices, the limiting factor is the rate of mixing of the liquid fuel vapor filling the capillary structure of the evaporation element with air.

Интенсивность испарения определяется прежде всего температурой, но образующийся при нагреве жидкого топлива пар не весь переходит в зону горения. Часть пара из образующегося у поверхности жидкости парового облака конденсируется и возвращается в жидкое состояние. The evaporation rate is determined primarily by temperature, but not all of the vapor generated during heating of the liquid fuel passes into the combustion zone. Part of the vapor from the vapor cloud formed near the surface of the liquid condenses and returns to the liquid state.

В зависимости от скорости диффузии молекул пара и характера воздушных струй, осуществляющих конвективное перемешивание верхних слоев парового облака, устанавливается динамическое равновесие между потоками пара, переходящего в зону горения, и потока пара, возвращающегося в жидкое состояние. Depending on the rate of diffusion of the vapor molecules and the nature of the air jets convectively mixing the upper layers of the steam cloud, a dynamic equilibrium is established between the flows of steam entering the combustion zone and the stream of steam returning to the liquid state.

Для увеличения потока пара, поступающего в рабочий объем топочной камеры, известны различные технические решения. Например, увеличивают суммарную площадь поверхности испаряющейся жидкости за счет уменьшения диаметра используемых для создания испарительного элемента проволочек и плотности их упаковки. Или же повышают энергию и турбулентность воздушных струй, "сдувающих" верхние слои парового облака. To increase the flow of steam entering the working volume of the combustion chamber, various technical solutions are known. For example, increase the total surface area of the evaporating liquid by reducing the diameter of the wires used to create the evaporative element and the density of their packaging. Or they increase the energy and turbulence of air jets that "blow off" the upper layers of the steam cloud.

Однако в существующих устройствах потенциал этих возможностей практически исчерпан. В частности, уменьшение диаметра проволочек и плотности их упаковки в испарительном элементе приводит к его быстрому засорению. Повышение скорости воздушных струй ограничено возрастанием аэродинамического сопротивления закручиванию воздушных потоков и их постепенному вытеканию из отверстий в сопле подачи воздуха. However, in existing devices, the potential of these capabilities is almost exhausted. In particular, a decrease in the diameter of the wires and the density of their packaging in the evaporation element leads to its rapid clogging. The increase in the speed of air jets is limited by the increase in aerodynamic resistance to twisting of the air flows and their gradual flow out of the holes in the air supply nozzle.

Новые возможности повышения удельной мощности горелочных устройств связаны с использованием пара, формируемого на стороне, противоположной той, что примыкает к зоне реакции, и вводом этого потока пара непосредственно в закрученный воздушный поток внутри сопла подачи воздуха. New possibilities for increasing the specific power of burner devices are associated with the use of steam generated on the side opposite to that adjacent to the reaction zone, and the introduction of this steam stream directly into the swirling air stream inside the air supply nozzle.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение мощности горелочного устройства. The technical result of the invention is to increase the power of the burner device.

Технический результат достигается тем, что горелочное устройство, содержащее топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой, на которой размещен участок торцевой испарительной капиллярной структуры, в торцевой ограничительной стенке 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, завихритель потока воздуха, формирователь вихревых потоков, штуцер для установки свечи, жаровую трубу и стабилизатор пламени, дополнительно содержит кольцевую подложку, размещенную между торцевой ограничительной стенкой и торцевым участком испарительной капиллярной структурой, причем по внутреннему диаметру кольцевая подложка газоплотно примыкает к боковой поверхности сопла подачи воздуха, а по внешнему примыкает к цилиндрической ограничительной стенке, между внутренней стороной цилиндрической ограничительной стенки и цилиндрическим участком испарительной капиллярной структуры образован зазор, в теле подложки со стороны, прилегающей к торцевой ограничительной стенке топочной камеры, выполнены не менее двух сквозных каналов от внешней до внутренней торцевой поверхности кольцевой подложки, у внешнего торца в стенке, отделяющей полости каналов от полости, заключенной между внутренней цилиндрической поверхностью топочной камеры и наружной поверхностью цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, выполнены отверстия, соединяющие эти полости, а на боковой поверхности сопла подачи воздуха в области примыкания к каналам в подложке выполнены щелевые отверстия. 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 on which a portion of the end evaporative capillary structure is placed, a central hole is made in the end boundary wall with a feed nozzle coaxially with the axis entering the furnace chamber air, on the side surface of which at least two rows of nozzles spaced along the height of the same number and symmetrically placed longitudinal slotted openings, an air flow swirl, a vortex flow former, a candle fitting, a heat pipe and a flame stabilizer, further comprises an annular substrate located between the end boundary wall and the end portion of the evaporative capillary structure, and the inner diameter is gas tight adjacent to the lateral one surface of the air supply nozzle, and on the outside adjacent to the cylindrical boundary wall, between the inner side of the cylindrical ogre of the boundary wall and the cylindrical section of the evaporative capillary structure, a gap is formed, at least two through channels from the outer to the inner end surface of the annular substrate are made from the side adjacent to the end boundary wall of the combustion chamber, at the outer end in the wall separating the channel cavities from cavity enclosed between the inner cylindrical surface of the combustion chamber and the outer surface of the cylindrical section of the capillary structure of the evaporation element, holes are connected connecting these cavities, and on the side surface of the air supply nozzle in the area adjacent to the channels in the substrate, slotted holes are made.

На фиг.2 изображено предлагаемое горелочное устройство. Figure 2 shows the proposed burner device.

(1) - топочная камера с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, с торцевой ограничительной стенкой (2) и торцевой капиллярной структурой, дополнительная полость (5), образованная стенкой и цилиндрической капиллярной структурой (4), в торцевой стенке выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха (3), воздух в которое подается завихрителем (10), формирователь вихревых потоков (6), жаровая труба (7), стабилизатор пламени (8), кольцевая подложка (9), сквозные каналы в кольцевой подложке (11), (12) - отверстия, соединяющие каналы подложки с дополнительной полостью (5), (13) - щелевые отверстия, соединяющие каналы с внутренней поверхностью сопла подачи воздуха (3), штуцер для установки свечи (14). (1) - a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, with an end boundary wall (2) and an end capillary structure, an additional cavity (5) formed by a wall and a cylindrical capillary structure (4), a central hole is made in the end wall with an incoming coaxially with an axis into the combustion chamber by an air supply nozzle (3), air into which is supplied by a swirl (10), vortex flow former (6), flame tube (7), flame stabilizer (8), annular substrate (9), through channels in the annular the substrate (11), (12) - holes connecting the channels of the substrate with the additional cavity (5), (13) - slotted holes connecting the channels to the inner surface of the air supply nozzle (3), fitting for installing the candle (14).

Работа предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с циклограммой, представленной на фиг.3. В момент запуска t₀ включается воздухонагнетательное устройство на максимальной мощности и до момента t₁ осуществляется продувка топочной камеры, после чего мощность воздухонагнетательного устройства уменьшается до небольшой величины и до момента t₅ (при котором регистрируется факт воспламенения) остается постоянной.The operation of the proposed device is carried out in accordance with the sequence diagram presented in figure 3. At the start time t _{0, the} air blower is turned on at maximum power, and until the moment t ₁ , the combustion chamber is purged, after which the power of the air blower is reduced to a small amount and remains constant until t ₅ (at which ignition is detected).

После завершения продувки (момент времени t₁) начинается разогрев свечи накаливания, который продолжается до момента времени t₂.After the purge is completed (time t ₁ ), the glow plug starts heating, which continues until time t ₂ .

После разогрева свечи накаливания до максимальной температуры (момент времени t₂) в момент времени t₃ включается топливный насос и при средней мощности работает до момента t₄.After warming up the glow plug to the maximum temperature (time t ₂ ) at the time t _{3, the} fuel pump is switched _on and at medium power it works until t ₄ .

При этом происходит насыщение топливом капиллярной структуры испарительного элемента. In this case, the capillary structure of the evaporation element is saturated with fuel.

В момент возгорания воздушной смеси происходит отключение свечи накаливания, начинается синхронное нарастание мощности воздухонагнетательного устройства и топливного насоса. At the moment of ignition of the air mixture, the glow plug turns off, the synchronous increase in the power of the air-blowing device and the fuel pump begins.

В процессе выхода горелочного устройства на стационарный режим происходит постепенный разогрев всех элементов топочной камеры, в том числе и цилиндрического участка капиллярной структуры испарительного элемента, расположенного за формирователем вихревых потоков (6). При достижении температуры испарения с этого участка капиллярной структуры начинается интенсивное испарение. В объеме топочной камеры в процессе горения создается повышенное давление, препятствующее просачиванию пара из дополнительной полости (5) в рабочий объем топочной камеры. Через отверстия (12) пар проникает в полость в канале (11) и далее к щелевому отверстию (13) на боковой поверхности сопла подачи воздуха (3). Закрученный в сопле подачи воздуха поток воздуха создает эффект эжектирования ("подсасывания") пара из канала (11). Перемешиваясь с потоком воздуха, пары топлива образуют смесь, которая вытекает из щелей сопла подачи воздуха в состоянии, требующем меньшего времени для дальнейшего насыщения парами топлива до образования горючей смеси. Соответственно, увеличивается интенсивность горения и общая мощность тепловыделения горелочного устройства. In the process of the burner device entering stationary mode, all elements of the combustion chamber are gradually heated, including the cylindrical section of the capillary structure of the evaporation element located behind the vortex flow former (6). When the evaporation temperature is reached, intensive evaporation begins from this section of the capillary structure. During combustion, increased pressure is created in the volume of the combustion chamber, which prevents steam from seeping from the additional cavity (5) into the working volume of the combustion chamber. Through the holes (12), steam penetrates into the cavity in the channel (11) and then to the slotted hole (13) on the side surface of the air supply nozzle (3). The air flow swirling in the air supply nozzle creates the effect of ejection (“suction”) of the steam from the channel (11). When mixed with the air stream, the fuel vapor forms a mixture that flows out of the slots of the air supply nozzle in a state requiring less time for further saturation of the fuel vapor with the formation of a combustible mixture. Accordingly, the burning intensity and the total heat dissipation of the burner device increase.

Источники информации
1. Патент DE 4003090 C1, фирмы WEBASTO.Sources of information
1. Patent DE 4003090 C1, company WEBASTO.

2. E.A. Кордит. Патент РФ 2181462 "Горелочное устройство". 2. E.A. Cordite. RF patent 2181462 "Burner device".

Claims

A burner device comprising a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, with an end boundary wall on which the end section of the evaporative capillary structure is located, in the end boundary wall there is a central hole with an air supply nozzle coaxially entering the axis of the combustion chamber, on the side surface of which no less than two rows of nozzles spaced apart in height and equal in number and symmetrically placed in longitudinal slotted holes are made, a swirler air flow, vortex flow former, candle fitting, flame tube and flame stabilizer, characterized in that it further comprises an annular substrate located between the end boundary wall and the end portion of the evaporative capillary structure, and the inner diameter is gas tight adjacent to the side surface the air supply nozzle, and externally adjacent to the cylindrical restrictive wall, between the inner side of the cylindrical restrictive wall and qi a gap is formed in the cylindrical section of the evaporative capillary structure, at least two through channels from the outer to the inner end surface of the annular substrate are made in the body of the substrate from the side adjacent to the end boundary wall of the combustion chamber, at the outer end in the wall separating the cavity of the channels from the cavity enclosed between the inner cylindrical surface of the combustion chamber and the outer surface of the cylindrical section of the capillary structure of the evaporation element, holes are made, guides these cavities, and the side surface of the air supply nozzle in the region of adjacency to the channels in the substrate formed slotted holes.