Изобретение относится к способам и устройствам для сжигания газообразного топлива, в частности к горелкам для сжигания топлива с использованием капиллярного эффекта, а именно, например, для приготовления пищи и отопления.The invention relates to methods and devices for burning gaseous fuels, in particular burners for burning fuel using the capillary effect, namely, for example, for cooking and heating.
В настоящее время в качестве энергии, например, для приготовления пищи с помощью традиционной газовой плиты используется углеводородное сырье (например, газ метан), которое не является экологически чистым, кроме того, для его потребления требуется транспортировка и устройства преобразования давления, т.е. обладает значительной себестоимостью при использовании. Самое главное, что запасы его ограничены, поэтому предлагается альтернативный вариант, это - использование водорода, получаемого способом разложения водопроводной воды непосредственно на месте приготовления, например, пищи или отопления дома (см. патент России №2456377). Кроме того, для водорода, имеющего теплотворную способность, превышающую теплотворную способность применяемых газов, не совсем подходят существующие горелки, используемые для бытовых нужд, они с целью увеличения КПД не могут размещаться внутри объема воды, например в водогрейных котлах, поэтому не обеспечивают подачу тепловой энергии для высокоэффективного разложения воды согласно вышеуказанному патенту.Currently, energy, for example, for cooking using a traditional gas stove, uses hydrocarbon raw materials (for example, methane gas), which is not environmentally friendly, in addition, transportation and pressure conversion devices are required for its consumption, i.e. has a significant cost in use. Most importantly, its reserves are limited, so an alternative option is proposed, this is the use of hydrogen obtained by the decomposition of tap water directly at the place of preparation, for example, food or heating a house (see Russian patent No. 2456377). In addition, for hydrogen having a calorific value greater than the calorific value of the gases used, existing burners used for domestic purposes are not entirely suitable; they cannot be placed inside the volume of water, for example, in boilers, in order to increase the efficiency, therefore they do not provide heat energy for highly efficient decomposition of water according to the above patent.
Целью изобретения является увеличение КПД водонагревательных устройств.The aim of the invention is to increase the efficiency of water heating devices.
Указанная цель достигается тем, что при работе горелки используется принцип фитиля, в качестве которого служит, например, пористая керамика, обладающая эффектом продольной (осевой) проницаемости для газов.This goal is achieved by the fact that when the burner is operated, the principle of a wick is used, for example, porous ceramics having the effect of longitudinal (axial) permeability to gases.
Предлагаемая подводная горелка, см. фиг 1, содержит котел 8, заполненный проточной водопроводной водой, имеющий варочную поверхность 13 для приготовления пищи. Внутри котла размещен перевернутый стакан 1 (может иметь замкнутый объем), внутри которого коаксиально расположены внутренняя огнеупорная керамическая (фаянсовая) глухая трубка 2 и такая же труба 4 большего диаметра. Промежуток между трубкой и трубой заполнен пористым проницаемым огнеупорным керамическим составом (фаянсом), играющим роль фитиля 3, имеющего цилиндрическую форму, подающего кислород в камеру сгорания 15 для поддержания горения водорода. Трубка 2 наполовину заполнена таким же составом, играющим роль фитиля 9, а потому имеет трубчатую форму, обеспечивающую подачу водорода сначала в камеру воспламенения 6, а затем в камеру сгорания 15. Фитили герметично изолированы друг от друга и от внешней среды трубкой 2 и трубой 4. Не заполненный объем трубки 2 в средней части сообщается через отверстие 7 (которое может содержать клапан подачи воды в трубку 2) с объемом котла 8, а верхняя не заполненная полость на некотором расстоянии от фитиля сообщается посредством отверстия 7 с полостью водяного котла и с помощью отверстий 12, расположенных выше отверстия 7 и камеры воспламенения 6, с объемом камеры сгорания 15. Камера воспламенения 6 трубки 2 через отверстие 10 связана с пористым керамическим составом 3 трубы 4. Напротив отверстия 10 расположен узел 5 искрового зажигания. Линия 11 определяет уровень воды в трубке 2, которая служит в качестве затвора, предотвращающего обратную реакцию горения водорода. В случае превышения давления в стакане 1 предусмотрены клапана 16. Котел 8 может иметь демфирующее устройство, содержащее гибкую оболочку (условно не показано).The proposed underwater burner, see FIG. 1, comprises a boiler 8 filled with running tap water having a cooking surface 13 for cooking. An inverted cup 1 is placed inside the boiler (it may have a closed volume), inside of which an internal refractory ceramic (faience) blind pipe 2 and the same pipe 4 of a larger diameter are coaxially located. The gap between the tube and the tube is filled with a porous permeable refractory ceramic composition (faience), playing the role of a wick 3 having a cylindrical shape, supplying oxygen to the combustion chamber 15 to maintain the combustion of hydrogen. The tube 2 is half-filled with the same composition, which plays the role of a wick 9, and therefore has a tubular shape, providing hydrogen supply first to the ignition chamber 6 and then to the combustion chamber 15. The wicks are hermetically isolated from each other and from the external environment by the tube 2 and pipe 4 The unfilled volume of the tube 2 in the middle part is communicated through the opening 7 (which may include a valve for supplying water to the tube 2) with the volume of the boiler 8, and the upper unfilled cavity at some distance from the wick is communicated through the opening 7 with the cavity of the boiler and through holes 12 disposed above the opening 7 and ignition chamber 6, the volume of the combustion chamber 15. The ignition chamber 6 of the tube 2 through the opening 10 is connected with the porous ceramic tube 4. The structure 3 opposite the opening 10 is located part 5 of the spark plug. Line 11 determines the water level in the tube 2, which serves as a shutter that prevents the reverse reaction of hydrogen combustion. In case of excess pressure in the glass 1, valves 16 are provided. The boiler 8 may have a damping device containing a flexible shell (not shown conditionally).
Работа устройства заключается в том, что при открытии запорных органов для подачи воздуха (кислорода) и водорода, и при некотором их избыточном давлении, регулируемом условным проходом запорных органов, избыточное количество кислорода по фитилю 3 попадает в объем стакана 1, вытесняя оттуда воду. Вода, проходя через отверстия 12 и 7 в трубке 2, устанавливается на уровне линии 11. Водород, подымаясь по фитилю 9, проходит водяной затвор и попадает в камеру воспламенения 6, где из-за нехватки кислорода с помощью узла зажигания 5 происходит его неполное сгорание. Выделяемое незначительное количество тепловой энергии при этом не может вывести узел зажигания 5 из строя. Кислород для неполного сгорания попадает в камеру воспламенения через отверстие 10. Полное сгорание водорода происходит в камере сгорания 15 при избыточном количестве кислорода. Количество подаваемых в камеру сгорания газов может регулироваться структурой фитилей и давлением газов.The operation of the device consists in the fact that when the shut-off organs are opened to supply air (oxygen) and hydrogen, and at some excess pressure, regulated by the conditional passage of the shut-off organs, the excess amount of oxygen through the wick 3 enters the volume of the cup 1, displacing water from there. Water passing through holes 12 and 7 in the tube 2 is set at line 11. Hydrogen rising through the wick 9 passes through the water lock and enters the ignition chamber 6, where due to lack of oxygen using the ignition unit 5, it is incompletely combusted . The insignificant amount of thermal energy released cannot bring the ignition unit 5 out of operation. Oxygen for incomplete combustion enters the ignition chamber through the opening 10. Complete combustion of hydrogen occurs in the combustion chamber 15 with an excess of oxygen. The amount of gas supplied to the combustion chamber can be controlled by the structure of the wicks and the gas pressure.
Способ изготовления фитилей, на фиг.1 поз. 9, 3, совместно с периферийными слоями, поз 2, 4, заключается в том, что фитили формуются из сырой огнеупорной керамической (фаянсовой) массы, содержащей органические включения, например муку, манную крупу, древесные опилки и т.д., равномерно распределенные по объему массы. Из указанной массы послойно формуют фитиль, форма которого представляет, например, поз. 9, причем внутри фитиля между слоями находятся нити, расположенные параллельно его оси. На сформованный таким образом фитиль, из чистой массы без включений, формуют герметичную оболочку, представляющую поз. 2, причем пустотелый объем поз. 2, отверстия 7 и 10 могут быть заполнены, например, деревом. Указанные операции повторяют до образования сборки, состоящей из деталей 9, 2, 3, 4, после чего производят сушку указанной сборки с последующим обжигом по известной технологии. В процессе обжига органические включения сгорают, образуя продукты горения, которые, выходя наружу, формируют осевую проницаемость для газов у готовых деталей. Очевидно, что проницаемость фитилей зависит от количества органических включений их размеров и толщины нитей. При значительном объеме формуемого изделия может наблюдаться брак изделий, выражающийся в виде трещин. Для исключения брака следует формование с последующей сушкой и обжигом производить пооперационно, т.е. после каждой операции формования последовательно производить сушку и обжиг с одновременным увеличением времени сушки и с низким градиентом температур нагревания при обжиге. Кроме того, для определения требуемой проницаемости фитиля, а значит и производительности горения создают опытные образцы фитилей с различным процентным содержанием органики и нитей, после чего по горению факела определяют требуемый образец с последующим запуском его в серийное производство.A method of manufacturing wicks, figure 1 pos. 9, 3, together with the peripheral layers, poses 2, 4, consists in the fact that the wicks are formed from a crude refractory ceramic (faience) mass containing organic inclusions, such as flour, semolina, sawdust, etc., evenly distributed by volume of mass. From the specified mass, a wick is molded in layers, the shape of which is, for example, pos. 9, and inside the wick between the layers there are threads located parallel to its axis. On the wick thus formed, from a clean mass without inclusions, an airtight shell is formed representing pos. 2, and the hollow volume of the pos. 2, openings 7 and 10 can be filled, for example, with wood. These operations are repeated until the formation of the assembly, consisting of parts 9, 2, 3, 4, and then produce the drying of the specified assembly, followed by firing according to known technology. In the firing process, organic inclusions burn up, forming combustion products, which, going out, form the axial gas permeability of the finished parts. It is obvious that the permeability of wicks depends on the number of organic inclusions of their size and thickness of the threads. With a significant volume of the molded product, product defects can be observed, expressed in the form of cracks. To exclude marriage, molding should be followed by drying and firing to be performed step by step, i.e. after each molding operation, sequentially carry out drying and firing with a simultaneous increase in drying time and with a low gradient of heating temperatures during firing. In addition, to determine the required wick permeability, and hence the burning performance, prototype wicks with various percentages of organics and filaments are created, after which the required sample is determined by burning the torch and then put into serial production.
Изобретение может найти широкое применение, например, при резке и сварке металлов, как на Земле, так и в космосе, в бытовой технике, при отоплении домов и бань. Фитильную горелку можно использовать в устройствах горения вечных огней и факелов, в турпоходах, для приготовления пищи, при оказании энергетической помощи людям, оказавшимся в критических чрезвычайных ситуациях. Так использование изобретения в промышленности, например на Конаковской ГРЭС, трубы которой сейчас выбрасывают более 70 процентов тепловой энергии, при использовании предлагаемого изобретения, наконец, не будут дымить, и в окружающих лесах снова будет расти можжевельник.The invention can be widely used, for example, in cutting and welding metals, both on Earth and in space, in household appliances, in heating homes and baths. The wick burner can be used in burning devices of eternal lights and torches, in camping trips, for cooking, while providing energy assistance to people who find themselves in critical emergency situations. So the use of the invention in industry, for example, at Konakovskaya TPP, whose pipes now emit more than 70 percent of thermal energy, when using the invention, will finally not smoke, and juniper will again grow in the surrounding forests.