RU2358196C1

RU2358196C1 - Burner device

Info

Publication number: RU2358196C1
Application number: RU2008113721/06A
Authority: RU
Inventors: Евсей Аврумович Кордит (RU); Евсей Аврумович Кордит; Петр Евсеевич Кордит (RU); Петр Евсеевич Кордит
Original assignee: Евсей Аврумович Кордит; Петр Евсеевич Кордит
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-06-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering immediately dealing with burner devices and is to find application in automobile industry. The burner capacity increase is due to the following design solution. The burner device is designed to contain the following components: a furnace chamber with the perimetre limiting wall cylindrical-shaped and a central throughhole arranged in the butt limiting wall, an air delivery nozzle that coaxially along the axis penetrates into the furnace chamber, an evaporating capillary structure placed on the cylindrical limiting wall inside and a flame stabiliser. On the outside of the cylindrical limiting wall of the furnace chamber one finds a heat collector ring of a heat-resistant material as well as a heat transmitter ring and a heat transport cylinder, the both fabricated of a highly heat-conductive material. In terms of height the heat collector ring is positioned at a level between the evaporating capillary structure upper part and the flame stabiliser, while the heat transmitter ring - at the evaporating capillary structure lower part level. The heat transport cylinder upper part inside closely adjoins the heat collector ring outside with the heat transport cylinder inside lower part closely adjoining the heat transmitter ring outside.

EFFECT: burner capacity increase.

2 dwg

Description

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

Известна горелка испарительного типа (DE-OS 19529994 A1, 15.05.1996), которая содержит топочную камеру с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру, имеющей пористую обшивку с внутренней стороны корпуса, с торцевой ограничительной стенкой, в которой выполнено центральное отверстие с входящим коаксиально с осью в топочную камеру соплом подачи воздуха. Сопло подачи воздуха имеет радиальные выходы. Подача топлива происходит через штуцер свечи, установленный на наружном кожухе или через кольцевой канал в днище топочной камеры.Known burner type evaporator (DE-OS 19529994 A1, 05/15/1996), which contains a combustion chamber with a cylindrical boundary wall around the perimeter, having a porous casing on the inner side of the housing, with an end boundary wall in which there is a Central hole with the input coaxially with the axis into the combustion chamber with an air supply nozzle. The air nozzle has radial outlets. Fuel is supplied through a candle fitting mounted on the outer casing or through an annular channel in the bottom of the combustion chamber.

Недостатками данной конструкции горелочного устройства является, во-первых, возможность нагарообразования на пористом материале капиллярной структуры, непосредственно контактирующей с зоной горения, что снижает надежность работы горелочного устройства, во-вторых, недостаточно высокий уровень интенсивности горения и мощности.The disadvantages of this design of the burner device are, firstly, the possibility of carbon formation on the porous material of the capillary structure directly in contact with the combustion zone, which reduces the reliability of the burner device, and secondly, the insufficiently high level of combustion intensity and power.

В качестве прототипа выбрано горелочное устройство (патент РФ № 2181462), содержащее топочную камеру с соплом подачи воздуха с разнесенными по высоте одинаковыми по количеству продольными радиальными отверстиями, испарительную капиллярную структуру, цилиндрическую и торцевую ограничительные стенки.As a prototype, a burner device (RF patent No. 2181462) was selected, containing a combustion chamber with an air supply nozzle with longitudinal radial openings spaced apart in height, an evaporative capillary structure, a cylindrical and end boundary wall.

Недостатками данной конструкции горелочного устройства является низкая предельная мощность.The disadvantages of this design of the burner device is the low ultimate power.

Известно, что в горелках испарительного типа горючая смесь паров топлива и воздуха формируется в процессе горения. В горелочном устройстве - прототипе воздух поступает из сопла подачи воздуха, а пары жидкого топлива формируются с помощью капиллярной структуры, пропитанной жидким топливом под действием тепла от зоны горения. Интенсивность испарения жидкого топлива определяется величиной теплового потока от зоны горения. В результате испарения у поверхности капиллярной структуры формируется облако пара. В установившемся режиме наступает динамическое равновесие, при котором количество пара, сгорающего в паровоздушной горючей смеси, равно количеству испаряющегося топлива.It is known that in evaporative type burners a combustible mixture of fuel vapor and air is formed during combustion. In the prototype burner, air enters from the air supply nozzle, and liquid fuel vapors are formed using a capillary structure impregnated with liquid fuel under the influence of heat from the combustion zone. The rate of evaporation of liquid fuel is determined by the magnitude of the heat flux from the combustion zone. As a result of evaporation, a vapor cloud forms at the surface of the capillary structure. In steady state, dynamic equilibrium sets in, at which the amount of steam burning in the vapor-air combustible mixture is equal to the amount of evaporating fuel.

Необходимым условием повышения мощности горелочного устройства является согласованное увеличение количества воздуха и количество паров топлива. В известных устройствах сравнительно легко увеличить количество воздуха, поступающего в камеру сгорания, но сложно обеспечить соответствующее увеличение потока пара. Это связано, в частности, с тем, что при увеличении скорости испарения увеличивается плотность облака пара у поверхности капиллярной структуры и соответственно увеличиваются потери тепловой энергии при прохождении сквозь это облако теплового потока излучения из зоны горения.A prerequisite for increasing the power of the burner is a coordinated increase in the amount of air and the amount of fuel vapor. In known devices, it is relatively easy to increase the amount of air entering the combustion chamber, but it is difficult to provide a corresponding increase in steam flow. This is due, in particular, to the fact that with an increase in the evaporation rate, the density of the vapor cloud near the surface of the capillary structure increases and, accordingly, the loss of thermal energy when the heat flux passes through the cloud from the combustion zone increases.

Для повышения предельной мощности горелочных устройств необходимо обеспечить дополнительный по сравнению с известными устройствами поток тепла к капиллярной структуре, пропитанной жидким топливом. Одним из возможных решений данной проблемы является дополнительный нагрев капиллярной структуры с наружной стороны цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры. Техническим результатом данного изобретения является повышение предельной мощности горелочного устройства.To increase the ultimate power of the burner devices, it is necessary to provide an additional heat flux compared to the known devices to the capillary structure impregnated with liquid fuel. One of the possible solutions to this problem is the additional heating of the capillary structure from the outside of the cylindrical restrictive wall of the combustion chamber. The technical result of this invention is to increase the ultimate 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, в которой выполнено центральное отверстие, сопло подачи воздуха, входящее коаксиально по оси в топочную камеру, испарительную капиллярную структуру, размещенную на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки, стабилизатор пламени, что с наружной стороны цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры размещено теплосъемное кольцо из жаростойкого материала, а также теплопередающее кольцо и теплотранспортный цилиндр, изготовленные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, причем теплосъемное кольцо расположено по высоте на уровне между верхней частью испарительной капиллярной структуры и стабилизатором пламени, а теплопередающее кольцо расположено на уровне нижней части испарительной капиллярной структуры, внутренняя поверхность верхней части теплотранспортного цилиндра прижата к внешней поверхности теплосъемного кольца, а нижняя часть внутренней поверхности теплотранспортного цилиндра прижата к внешней поверхности теплопередающего кольца.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, an air supply nozzle entering coaxially axially into the combustion chamber, an evaporative capillary structure located on the inside cylindrical restriction wall, flame stabilizer, that on the outside of the cylindrical restrictive wall of the combustion chamber is placed a heat-removing ring from a heat-resistant material, as well as a heat transfer ring and a heat transfer cylinder made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, the heat transfer ring being located in height at a level between the upper part of the evaporative capillary structure and the flame stabilizer, and the heat transfer ring is located at the level of the lower part of the evaporative capillary structure, the inner surface of the upper part of the heat transfer cylinder is pressed against the outer surface of the heat-removing ring, and the lower part of the inner nney teplotransportnogo surface of the cylinder is pressed against the outer surface of the heat transfer ring.

На фиг.1 представлено предлагаемое горелочное устройство, состоящее из топочной камеры с цилиндрической ограничительной стенкой по периметру (1), с торцевой ограничительной стенкой (2), в которой выполнено центральное отверстие с соплом подачи воздуха (3), входящим коаксиально по оси топочную камеру, стабилизатора пламени (4), на внутренней стороне цилиндрической ограничительной стенки расположена испарительная капиллярная структура (5), теплосъемного кольца (6), теплопередающего кольца (7), теплотранспортного цилиндра (8).Figure 1 presents the proposed burner device, consisting of a combustion chamber with a cylindrical restrictive wall around the perimeter (1), with an end restrictive wall (2), in which a central hole is made with an air supply nozzle (3) that coaxially enters the combustion chamber along the axis flame stabilizer (4), on the inner side of the cylindrical restrictive wall there is an evaporative capillary structure (5), a heat removal ring (6), a heat transfer ring (7), a heat transfer cylinder (8).

Устройство работает следующим образом: испарение жидкого топлива в испарительной капиллярной структуре (5) обеспечивается действием двух потоков тепла (фиг.2). Поток Q₁ - тепло, поступающее из зоны горения, поток Q₂ - тепло, поступающее от нагретого до высокой температуры кольцевого участка цилиндрической ограничительной стенки (1). Возможности роста потока Q₁ ограничены экранирующим действием парового облака, образующегося у поверхности испарительной капиллярной структуры (5). Возможности роста потока Q₂ ограничены низким коэффициентом теплопроводности используемых жаростойких сталей и технологическими ограничениями на допустимую толщину ограничительной цилиндрической стенки топочной камеры (1). В предлагаемой конструкции горелочного устройства, кроме двух отмеченных потоков тепла, подводимых к испарительной капиллярной структуре (5), дополнительно формируется третий поток тепла Q₃. Теплосъемное кольцо (6) нагревается от участка цилиндрической ограничительной стенки (1), расположенного над испарительной капиллярной структурой (5), и соответстующий тепловой поток посредством теплотранспортного цилиндра (8) и теплопередающего кольца (7) передается к испарительной капиллярной структуре (5). В результате обеспечивается дополнительный нагрев жидкого топлива и соответственно интенсивность парообразования, что ведет к повышению предельной мощности горелочного устройства. Необходимость использования теплосъемного кольца (6) из жаростойкого сплава обусловлена тем, что наиболее подходящие для изготовления теплотранспортного цилиндра (8) сравнительно дешевые и технологичные материалы, обладающие высокой теплопроводностью, например алюминий, характеризуются низкой температурой плавления, и при непосредственном контакте с наружной поверхностью цилиндрической ограничительной стенки топочной камеры (1) участки теплотранспортного цилиндра (8) могут расплавиться. Наличие между цилиндрической ограничительной стенкой (1) и теплотранспортным цилиндром (8) теплосъемного кольца (6) приводит к снижению температуры теплотранспортного цилиндра (8). Чем больше толщина теплосъемного кольца (6), тем меньше предельная температура в области соприкосновения теплопередающего кольца (7) с теплотранспортным цилиндром (8). Например, при толщине теплосъемного кольца (6) 1,5 мм эта температура не превышает 500°С при самых высоких мощностях работы топочной камеры. Это служит гарантией, что теплотранспортный цилиндр (8) не расплавится.The device operates as follows: the evaporation of liquid fuel in the evaporative capillary structure (5) is ensured by the action of two heat fluxes (figure 2). The flow Q ₁ is the heat coming from the combustion zone, the flow Q ₂ is the heat coming from the annular portion of the cylindrical restrictive wall heated to high temperature (1). The growth possibilities of the flow Q _{1 are} limited by the screening action of the vapor cloud formed at the surface of the evaporative capillary structure (5). The growth possibilities of Q ₂ flow are limited by the low coefficient of thermal conductivity of the used heat-resistant steels and technological restrictions on the permissible thickness of the restrictive cylindrical wall of the combustion chamber (1). In the proposed design of the burner device, in addition to the two marked heat fluxes supplied to the evaporative capillary structure (5), a third heat flux Q _{3 is} additionally formed. The heat-removing ring (6) is heated from the portion of the cylindrical restriction wall (1) located above the evaporative capillary structure (5), and the corresponding heat flux is transferred to the evaporative capillary structure (5) by means of the heat transfer cylinder (8) and heat transfer ring (7). As a result, additional heating of liquid fuel and, accordingly, the rate of vaporization are provided, which leads to an increase in the ultimate power of the burner device. The need to use a heat-removing ring (6) from a heat-resistant alloy is due to the fact that the most suitable materials for manufacturing a heat transfer cylinder (8) are relatively cheap and technologically advanced materials with high thermal conductivity, for example, aluminum, have a low melting point, and in direct contact with the outer surface of the cylindrical the walls of the combustion chamber (1), sections of the heat transfer cylinder (8) can melt. The presence of a heat-removing ring (6) between the cylindrical restrictive wall (1) and the heat transfer cylinder (8) reduces the temperature of the heat transfer cylinder (8). The larger the thickness of the heat-removing ring (6), the lower the limit temperature in the area of contact of the heat transfer ring (7) with the heat transfer cylinder (8). For example, with a heat-removing ring thickness (6) of 1.5 mm, this temperature does not exceed 500 ° C at the highest operating powers of the combustion chamber. This ensures that the heat transfer cylinder (8) does not melt.

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, an air supply nozzle entering coaxially axially into the furnace chamber, an evaporative capillary structure located on the inner side of the cylindrical restrictive wall and a flame stabilizer characterized in that on the outside of the cylindrical restrictive wall of the combustion chamber there is a heat-removing ring made of heat-resistant material la, as well as a heat transfer ring and a heat transfer cylinder, made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, moreover, the heat transfer ring is located in height at a level between the upper part of the evaporative capillary structure and the flame stabilizer, and the heat transfer ring is located at the level of the lower part of the evaporative capillary structure, inner surface the upper part of the heat transfer cylinder is pressed against the outer surface of the heat-removing ring, and the lower part of the inner surface of the heats The transport cylinder is pressed against the outer surface of the heat transfer ring.