RU2788014C1

RU2788014C1 - Oil and waste oil burner

Info

Publication number: RU2788014C1
Application number: RU2022101197A
Authority: RU
Inventors: Катрин Ж. ШАНЬО
Original assignee: Катрин Ж. ШАНЬО
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2023-01-16

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of energy. A burner capable of burning oil or other heavy oil fuel from a fuel source, wherein the burner contains a combustion chamber surrounded by a wall containing thermal insulation, while the burner contains a fuel-air injector tube extending from the outer open end through the wall and open to the combustion chamber at the inner open end, an oil supply tube having an outer end for connection to the fuel source and passing into the inner part of the fuel-air injector tube and through it to the inner open end of the oil supply tube, located next to the inner end of the fuel-air injector tube, a Venturi insert fixed in the fuel-air injector tube and having an opening located outside of the inner open end of the oil supply tube, and a combustion air supply system including a blower and a recuperator having chambers arranged in a row separated by an impermeable common heat-conducting wall, and the blower is connected to the air inlet for combustion by the first of the specified recuperator chambers, moreover, the outer open end of the fuel-air injector tube is connected to the exhaust port for the combustion air of the first recuperator chamber, and the second of these recuperator chambers has an inlet for the exhaust gas connected to the combustion chamber and an outlet for the exhaust gas, and the combustion air supply system is designed to pass the exhaust gaseous combustion products through the second chamber of the recuperator and heat transfer through a common heat-conducting wall to the incoming air for combustion, flowing through the first chamber of the recuperator and through the tube of the fuel-air injector.

EFFECT: invention makes it possible to create a burner running on heavy oil, to increase the reliability of its operation.

20 cl, 20 dwg

Description

[0001] Настоящее изобретение относится к горелке для генерирования тепла при высоких температурах с использованием в качестве ее топлива различных типов нефти и тяжелого отработанного масла. Может использоваться целый ряд масел, включая различные биодизельные топлива, такие как B99, и отработанное растительное масло. Предпочтительный вариант осуществления горелки разработан специально для питания двигателя Стирлинга, но может обеспечивать тепло и для других применений, таких как, например, другие двигатели внешнего сгорания, отопление жилого помещения или нагрев воды для коммунально-бытового или иного водоснабжения.[0001] The present invention relates to a burner for generating heat at high temperatures using various types of oil and heavy waste oil as its fuel. A range of oils can be used, including various biodiesel fuels such as B99 and used vegetable oil. The preferred embodiment of the burner is designed specifically to power a Stirling engine, but can provide heat for other applications such as, for example, other external combustion engines, residential heating, or domestic or other water heating.

[0002] В известном уровне техники представлено множество масляных горелок различных видов. Нефть и тяжелые отработанные масла сжигать особенно трудно из-за их низкой летучести и высокой вязкости. Их высокая вязкость затрудняет их распыление. Их низкая летучесть затрудняет их воспламенение. Кроме того, их характеристики также затрудняют их сжигание таким образом, чтобы их сгорание создавало высокую температуру, такую как температура, равная или превышающая 1150°C для двигателя Стирлинга при температуре головки порядка 500°C.[0002] In the prior art, there are many different types of oil burners. Petroleum and heavy waste oils are particularly difficult to burn due to their low volatility and high viscosity. Their high viscosity makes them difficult to spray. Their low volatility makes them difficult to ignite. In addition, their characteristics also make it difficult to burn them in such a way that their combustion generates a high temperature, such as a temperature equal to or greater than 1150°C for a Stirling engine at a head temperature of about 500°C.

[0003] Еще одной проблемой, с которой часто сталкиваются в случае горелок, сжигающих такие тяжелые масла, является то, что они обычно требуют периодической чистки или ремонта через относительно короткие промежутки времени, что делает их непрерывную работу практически неосуществимой или по меньшей мере дорогостоящей. Особенно трудно сжигать такие масла при температурах, необходимых, чтобы сделать работу двигателя Стирлинга практически осуществимой и эффективной. Двигатели Стирлинга требуют температур горелки порядка 1100-1400°C. Экспериментальным путем оказалось невозможным заставить известные масляные горелки работать для привода двигателя Стирлинга. В форсунках, использовавшихся в известных масляных горелках, возле выпуска отверстия форсунки образовывались отложения обуглившегося вещества, которые обычно вызывали забивание форсунки, когда горелку выключали. Известные горелки на тяжелых маслах обычно требуют, чтобы масло подавалось в форсунку под высоким давлением от 30 фунтов-сил/кв. дюйм или выше и обычно 100 фунтов-сил/кв. дюйм. Для этого требуется насос, который может подавать масло под требуемым давлением. Такие насосы требуют многочисленных частей, форсунки часто требуют нагревателей масла, и они работают при высоком давлении, и все это вместе снижает надежность и приводит к более частому обслуживанию, чем для насосов, работающих при низком давлении.[0003] Another problem often encountered with burners burning such heavy oils is that they typically require periodic cleaning or repair at relatively short intervals, making continuous operation impractical or at least costly. It is especially difficult to burn such oils at the temperatures necessary to make the operation of the Stirling engine practical and efficient. Stirling engines require burner temperatures in the order of 1100-1400°C. Experimentally, it has proved impossible to make known oil burners work to drive a Stirling engine. In the nozzles used in known oil burners, char deposits formed near the outlet of the nozzle opening, which usually caused the nozzle to clog when the burner was turned off. Prior art heavy oil burners typically require oil to be supplied to the burner at a high pressure of 30 psi or more. inch or higher and typically 100 lbf/sq. inch. This requires a pump that can supply oil at the required pressure. Such pumps require numerous parts, nozzles often require oil heaters, and they operate at high pressure, all of which reduce reliability and result in more frequent maintenance than for pumps operating at low pressure.

[0004] Еще одна проблема, связанная с известными горелками на тяжелых маслах, это воспламенение топлива. В известных масляных горелках обычно используются электрические искровые или дуговые воспламенители. Они хорошо работают в случае более легких масел, таких как широко используемые для бытовых отопительных печей. Однако экспериментальным путем было установлено, что нефть и тяжелое отработанное масло электрические воспламенители надежно воспламенять не будут.[0004] Another problem associated with prior art heavy oil burners is fuel ignition. Known oil burners typically use electric spark or arc igniters. They work well with lighter oils, such as those commonly used for domestic heating stoves. However, it has been experimentally established that oil and heavy waste oil will not reliably ignite electric igniters.

[0005] Поэтому целью и признаком настоящего изобретения является создание горелки на тяжелом масле, которая может достигать высоких температур, не требует форсунки для распыления и выпускания масляного топлива в горелку, не требует насоса, работающего при высоком давлении, может надежно воспламеняться и будет работать несколько месяцев без обслуживания. Эта цель настоящего изобретения достигается путем использования сочетания конструктивных элементов, взаимодействующих для создания горелки на тяжелом масле, которая надежно работает, обеспечивает необходимые высокие температуры, и все это при необычайно продолжительном среднем времени работы между операциями по техническому обслуживанию.[0005] Therefore, it is an object and feature of the present invention to provide a heavy oil burner that can reach high temperatures, does not require a nozzle to atomize and discharge fuel oil into the burner, does not require a pump operating at high pressure, can be reliably ignited, and will operate several months without service. This objective of the present invention is achieved by using a combination of structural elements that interact to create a heavy oil burner that operates reliably, provides the required high temperatures, all with an unusually long average run time between maintenance operations.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0006] Настоящее изобретение представляет собой горелку, способную сжигать нефть или иное тяжелое масло и имеющую камеру сгорания, окруженную стенкой с термоизоляцией. Трубка топливно-воздушного инжектора проходит через стенку и открыта в камеру сгорания. Трубка подачи масла проходит по внутренней части трубки топливно-воздушного инжектора до внутреннего открытого конца, расположенного рядом с внутренним концом трубки топливно-воздушного инжектора. Вставка Вентури закреплена в трубке топливно-воздушного инжектора и имеет отверстие, расположенное снаружи от открытого внутреннего конца трубки подачи масла. Система подачи воздуха для сжигания, содержащая воздуходувку и рекуператор, передает тепло выходящих газообразных продуктов сгорания поступающему воздуху, поддерживающему горение, вдуваемому через рекуператор и трубку топливно-воздушного инжектора в камеру сгорания.[0006] The present invention is a burner capable of burning oil or other heavy oil and having a combustion chamber surrounded by a thermally insulated wall. The fuel-air injector tube passes through the wall and is open into the combustion chamber. The oil supply tube extends along the inside of the fuel/air injector tube to an inner open end adjacent to the inside end of the fuel/air injector tube. The venturi insert is fixed in the air-fuel injector tube and has an opening located outside the open inner end of the oil feed tube. The combustion air supply system, comprising a blower and a heat exchanger, transfers the heat of the exhaust gaseous products of combustion to the incoming combustion air blown through the heat exchanger and the fuel-air injector tube into the combustion chamber.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ НА ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХBRIEF DESCRIPTION OF SEVERAL VIEWS ON GRAPHIC MATERIALS

[0007] Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.[0007] FIG. 1 is a perspective view of a preferred embodiment of the present invention.

[0008] Фиг. 2 представляет собой другой вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления, но если смотреть со стороны, противоположной стороне вида на фиг. 1.[0008] FIG. 2 is another perspective view of the preferred embodiment, but when viewed from the opposite side of the view in FIG. 1.

[0009] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления, подобный виду на фиг. 1, но с удалением некоторых компонентов, чтобы показать внутренние компоненты.[0009] FIG. 3 is a perspective view of a preferred embodiment similar to that of FIG. 1, but with some components removed to show the internals.

[0010] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления, если смотреть под другим углом и ближе и подробнее, с удалением некоторых компонентов, чтобы показать внутренние компоненты.[0010] FIG. 4 is a perspective view of the preferred embodiment, viewed from a different angle and closer and in greater detail, with some components removed to show internal components.

[0011] Фиг. 5 представляет собой вертикальный разрез по оси камеры сгорания по линии 5-5 на фиг. 1.[0011] FIG. 5 is a vertical section along the axis of the combustion chamber along line 5-5 in FIG. 1.

[0012] Фиг. 6 представляет собой покомпонентный вид керамических и изолирующих компонентов, окружающих камеру сгорания и закрывающих ее конец, противоположный двигателю Стирлинга.[0012] FIG. 6 is an exploded view of the ceramic and insulating components surrounding the combustion chamber and sealing off the end opposite the Stirling engine.

[0013] Фиг. 7 представляет собой покомпонентный вид, подобный виду на фиг. 6, но в перспективе, на котором показан конец керамических и изолирующих компонентов, окружающих камеру сгорания и закрывающих ее конец, противоположный двигателю Стирлинга.[0013] FIG. 7 is an exploded view similar to that of FIG. 6, but in perspective, showing the end of the ceramic and insulating components surrounding the combustion chamber and closing its end opposite the Stirling engine.

[0014] Фиг. 8 представляет собой покомпонентный вид, подобный виду на фиг. 6, но в перспективе, на котором показан конец, противоположный концу, показанному на фиг. 7, на котором показаны керамические и изолирующие компоненты, окружающие камеру сгорания и закрывающие ее конец, противоположный двигателю Стирлинга.[0014] FIG. 8 is an exploded view similar to that of FIG. 6, but in perspective showing the end opposite the end shown in FIG. 7 showing the ceramic and insulating components surrounding the combustion chamber and covering the end opposite the Stirling engine.

[0015] Фиг. 9 представляет собой вид сбоку узла торцевой крышки в соответствии с настоящим изобретением.[0015] FIG. 9 is a side view of an end cap assembly in accordance with the present invention.

[0016] Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе узла торцевой крышки, показанного на фиг. 9.[0016] FIG. 10 is a perspective view of the end cap assembly shown in FIG. nine.

[0017] Фиг. 11 представляет собой покомпонентный вид узла торцевой крышки с вкладышем изложницы, посаженным в кольцевой канавке узла торцевой крышки.[0017] FIG. 11 is an exploded view of the end cap assembly with a mold liner seated in the annular groove of the end cap assembly.

[0018] Фиг. 12 представляет собой вид в поперечном вертикальном разрезе перпендикулярно центральной оси камеры сгорания по линии 12-12 на фиг. 5 с удалением некоторых частей, чтобы показать нижележащие части.[0018] FIG. 12 is a vertical cross-sectional view perpendicular to the central axis of the combustion chamber taken along line 12-12 in FIG. 5 with some parts removed to show the underlying parts.

Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе камеры сгорания с удалением некоторых частей, чтобы показать нижележащие части.Fig. 13 is a perspective view of a combustion chamber with some parts removed to show the underlying parts.

[0020] Фиг. 14 представляет собой вид в перспективе с одной стороны предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения с удалением некоторых частей, чтобы показать внутренние части.[0020] FIG. 14 is a one side perspective view of a preferred embodiment of the present invention with some parts removed to show the internals.

[0021] Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе со стороны, противоположной стороне вида на фиг. 14, на котором показан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения с удалением некоторых частей, чтобы показать внутренние части.[0021] FIG. 15 is a perspective view from the side opposite the view in FIG. 14 showing a preferred embodiment of the present invention with some parts removed to show the internals.

[0022] Фиг. 16 представляет собой поперечный разрез, выполненный перпендикулярно центральной оси камеры сгорания и в плоскости, проходящей через вторую кольцевую камеру нагрева воздуха для сжигания рекуператора по линии 16-16 на фиг. 5.[0022] FIG. 16 is a cross section taken perpendicular to the central axis of the combustion chamber and in a plane passing through the second annular combustion air heating chamber of the recuperator along line 16-16 in FIG. five.

[0023] Фиг. 17 представляет собой вид в вертикальном разрезе по центральной оси камеры сгорания, иллюстрирующий поток горячих газообразных продуктов сгорания и поступающего воздуха для сжигания через рекуператор по линии 5-5 на фиг. 1.[0023] FIG. 17 is a vertical sectional view along the central axis of the combustion chamber illustrating the flow of hot combustion gases and incoming combustion air through the recuperator along line 5-5 in FIG. 1.

[0024] Фиг. 18 представляет собой вид сбоку рекуператора по предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.[0024] FIG. 18 is a side view of a recuperator according to a preferred embodiment of the present invention.

[0025] Фиг. 19 представляет собой вид в перспективе смотровой заглушки предпочтительного варианта осуществления, на котором виден наружный конец смотровой заглушки.[0025] FIG. 19 is a perspective view of the peep plug of the preferred embodiment showing the outer end of the peep plug.

[0026] Фиг. 20 представляет собой вид в перспективе смотровой заглушки предпочтительного варианта осуществления, на котором виден внутренний конец смотровой заглушки.[0026] FIG. 20 is a perspective view of the peep plug of the preferred embodiment showing the inner end of the peep plug.

[0027] При описании предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, который иллюстрируется на графических материалах, для ясности будет использоваться специальная терминология. Однако при этом не преследуется цель ограничить настоящее изобретение специальными терминами, выбранными таким образом, и следует понимать, что каждый специальный термин включает все технические эквиваленты, используемые подобным образом для достижения подобной цели.[0027] In describing the preferred embodiment of the present invention as illustrated in the drawings, specific terminology will be used for clarity. However, it is not intended to limit the present invention to the specific terms thus chosen, and it is to be understood that each specific term includes all technical equivalents used in a similar manner to achieve a similar purpose.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0028] Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения имеет пять основных компонентов, каждый с несколькими подкомпонентами, и именно конструкция этих компонентов и взаимодействие между ними позволяют достичь целей настоящего изобретения. Основными компонентами являются:[0028] The preferred embodiment of the present invention has five main components, each with several sub-components, and it is the design of these components and the interaction between them that achieves the objectives of the present invention. The main components are:

[0029] (1) вихревая горелка;[0029] (1) swirl burner;

[0030] (2) система подачи воздуха и топлива, содержащая трубку топливно-воздушного инжектора, трубку подачи масла, элемент Вентури и их взаимодействие с камерой сгорания горелки;[0030] (2) an air and fuel supply system comprising an air-fuel injector tube, an oil supply tube, a venturi element and their interaction with a burner combustion chamber;

[0031] (3) рекуператор для предварительного нагрева поступающего воздуха, поддерживающего горение;[0031] (3) a recuperator for preheating the incoming combustion air;

[0032] (4) газопламенный воспламенитель и его взаимодействие с конструкциями для впрыскивания и смешивания воздуха и топлива и с камерой сгорания горелки; и[0032] (4) the flame igniter and its interaction with air and fuel injection and mixing structures and with the burner combustion chamber; and

[0033] (5) двигатель Стирлинга и его взаимодействие с горелкой.[0033] (5) Stirling engine and its interaction with the burner.

[0034] Прилагаемые графические материалы и последующее описание описывают предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может реализовываться с альтернативными конструкциями, отличающимися от конструктивных элементов предпочтительного варианта осуществления. Для лучшей иллюстрации конструктивных элементов предпочтительного варианта осуществления на некоторых фигурах графических материалов некоторые части убраны, чтобы показать внутренние части, которые иначе были бы полностью или частично скрыты убранными частями. Хотя ссылочные позиции используются для ссылки на комплектующие детали, не все ссылочные позиции показаны на всех фигурах.[0034] The accompanying drawings and the following description describe a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention may be implemented with alternative designs other than those of the preferred embodiment. To better illustrate the structural elements of the preferred embodiment, in some of the drawings, certain parts have been removed to show internal parts that would otherwise be completely or partially hidden by the removed parts. Although reference numerals are used to refer to component parts, not all reference numerals are shown in all figures.

[0035] ОБЗОР КОМПОНЕНТОВ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ[0035] OVERVIEW OF THE COMPONENTS OF THE PREFERRED EMBODIMENT

[0036] Вначале будет описано взаимодействие между основными компонентами предпочтительного варианта осуществления, а затем более подробно будут описаны подкомпоненты основных компонентов. Расположение основных компонентов лучше всего проиллюстрировано на фиг. 1-4. На графических материалах несколько фигур имеют компоненты, убранные, чтобы показать компоненты, которые иначе были бы скрыты убранными компонентами.[0036] First, the interaction between the main components of the preferred embodiment will be described, and then the subcomponents of the main components will be described in more detail. The location of the main components is best illustrated in Fig. 1-4. In the artwork, several shapes have components removed to show components that would otherwise be hidden by the removed components.

[0037] Вихревая горелка 10 опирается на стойку 12. Масло, используемое в качестве топлива, содержится топливном баке 14. Топливный бак 14 не герметизирован от атмосферы, и поэтому содержащееся в нем масло находится под атмосферным давлением. Топливо из бака 14 передается через прозрачный шланг 16 бака в насос 18. Масло перекачивается по шлангу 20 насоса в трубку 22 топливно-воздушного инжектора, из которой топливно-воздушная смесь впрыскивается в горелку 10.[0037] The swirl burner 10 is supported by a column 12. The oil used as fuel is contained in the fuel tank 14. The fuel tank 14 is not sealed from the atmosphere, and therefore the oil contained therein is at atmospheric pressure. The fuel from the tank 14 is transferred through the transparent hose 16 of the tank to the pump 18. The oil is pumped through the hose 20 of the pump into the tube 22 of the fuel-air injector, from which the fuel-air mixture is injected into the burner 10.

[0038] Воздух для поддерживания горения вдувается из внешней атмосферы и через рекуператор 26 воздуходувкой 24. Рекуператор 26 представляет собой противоточный теплообменник, передающий тепло от горячих газообразных продуктов сгорания в поступающий воздух, поддерживающий горение, по мере того как газообразные продукты сгорания выходят из горелки, протекают через рекуператор 26 и затем выбрасываются в окружающую атмосферу. Газообразные продукты сгорания и поступающий воздух протекают через отдельные камеры в теплообменник, так что эти газы не смешиваются. При работе в установившемся режиме после зажигания и нагревания горелки воздух, поддерживающий горение, обычно при температуре в диапазоне 130-200°C выдувается из рекуператора 26 по воздуховоду 28, присоединенному к трубному фитингу, который представляет собой тройник 30. Тройник 30 присоединен к концу трубки 22 топливно-воздушного инжектора. Небольшая трубка 32 подачи масла герметично подсоединена через самый наружный конец тройника 30 и проходит во внутреннюю часть трубки 22 топливно-воздушного инжектора и по ней. Предварительно нагретый воздух, поддерживающий горение, из воздуховода 28 закачивается в трубку 22 топливно-воздушного инжектора и по ней в камеру сгорания горелки 10, как будет подробнее описано ниже.[0038] The combustion air is blown from the outside atmosphere and through the heat exchanger 26 by blower 24. The heat exchanger 26 is a counterflow heat exchanger that transfers heat from the hot combustion gases to the incoming combustion air as the combustion gases exit the burner, flow through the heat exchanger 26 and then are released into the surrounding atmosphere. The combustion gases and the incoming air flow through separate chambers into the heat exchanger so that these gases do not mix. In steady state operation, after ignition and heating of the burner, combustion air, typically at a temperature in the range of 130-200°C, is blown out of the heat exchanger 26 through an air duct 28 connected to a tube fitting, which is a tee 30. The tee 30 is attached to the end of the tube 22 fuel-air injectors. A small oil supply tube 32 is sealed through the outermost end of the tee 30 and extends into and through the interior of the air/fuel injector tube 22. The preheated combustion air from the duct 28 is pumped into the air/fuel injector tube 22 and through it into the combustion chamber of the burner 10, as will be described in more detail below.

[0039] Для зажигания смеси масляного топлива и воздуха для сжигания, когда она первоначально впрыскивается в камеру 81 сгорания при пуске, предусмотрено пропановое запальное устройство 36. Камера 81 сгорания лучше всего видна на фиг. 5 и представляет собой цилиндрическое пространство или объем, являющийся внутренней частью цилиндрической сердцевины 34 горелки. Хотя запальное устройство 36 воспламенителя было описано как «пропановое» запальное устройство, в качестве источника топлива воспламенителя могут также использоваться другие горючие газы, такие как бутан или природный газ. Запальное устройство 36 воспламенителя имеет керамическую трубку 38 запального устройства с керамическим стабилизатором 40 пламени на своем внутреннем конце и узлом 42 электронного зажигания и электромагнитного клапана на своем наружном конце для инициирования и прекращения подачи газа в запальное устройство 36 и для зажигания его пламени под управлением системы управления. Газовое топливо для запального устройства 36 воспламенителя подается из топливного бака 44 воспламенителя по топливному шлангу 46 воспламенителя к электромагнитному клапану 42.[0039] A propane igniter 36 is provided to ignite the fuel oil/combustion air mixture when it is initially injected into combustion chamber 81 at start-up. Combustion chamber 81 is best seen in FIG. 5 and represents the cylindrical space or volume that is the interior of the cylindrical core 34 of the burner. Although the igniter igniter 36 has been described as a "propane" igniter, other combustible gases such as butane or natural gas can also be used as the igniter fuel source. The igniter igniter 36 has a ceramic igniter tube 38 with a ceramic flame stabilizer 40 at its inner end and an electronic ignition and solenoid valve assembly 42 at its outer end for initiating and stopping the gas supply to the igniter 36 and for igniting its flame under control of the control system. . Gas fuel for the ignition device 36 of the igniter is supplied from the fuel tank 44 of the igniter through the fuel hose 46 of the igniter to the solenoid valve 42.

[0040] Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения является особенно преимущественным для подачи питания на двигатель Стирлинга. Двигатели Стирлинга особенно желательны, когда они приводят в действие генератор переменного тока или электрический генератор для подачи электрической энергии, хотя они могут использоваться также для приведения в действие других нагрузок, таких как водяной насос или холодильная установка. Конструкция двигателя 50 Стирлинга, используемого с предпочтительным вариантом осуществления, сама по себе не является частью настоящего изобретения. Горелка в соответствии с настоящим изобретением нагревает сплошную металлическую теплораспределительную головку 48, которая окружает внутреннюю головку 84 на горячем принимающем тепло конце двигателя 50 Стирлинга. Предпочтительная теплораспределительная головка 48 покрыта оболочкой из нержавеющей стали, которая заполнена медью. Теплораспределительная головка 48 принимает тепло из камеры 81 сгорания, защищает нижележащую металлическую внутреннюю головку 84 двигателя 50 Стирлинга и проводит тепло из камеры 81 сгорания во внутреннюю головку 84 двигателя Стирлинга. Внутренняя головка 84 является частью герметично уплотненного кожуха для двигателя Стирлинга, известного специалистам в области техники, связанной с двигателем Стирлинга. Теплораспределительная головка 48 проходит в сердцевину 56 горелки и обдается горячими газообразными продуктами сгорания, когда газообразные продукты сгорания закручиваются вихрем по спирали в камере 81 сгорания и продвигаются в продольном направлении по камере 81 сгорания от внутреннего конца трубки 22 топливно-воздушного инжектора в сторону теплораспределительной головки 48 и проходят ее. Как будет видно, горячие газообразные продукты сгорания протекают к теплораспределительной головке 48 и вокруг нее, а затем выходят из камеры сгорания в рекуператор 26 и проходят через него. Хотя значительное количество тепла передается посредством принудительной конвекции от газообразных продуктов сгорания, обдающих теплораспределительную головку 48, тепло в теплораспределительную головку 48 передается в основном излучением, в том числе излучением от внутренней стенки сердцевины 34 горелки. Поэтому теплораспределительная головка 48 проходит в камеру 81 сгорания почти всей своей длиной и расположена соосно в сердцевине 34 горелки. Из рекуператор 26 газообразные продукты сгорания вытекают по выпускной трубке 52 в окружающую атмосферу. Радиатор 54 присоединен к системе охлаждения двигателя Стирлинга и предназначен для передачи тепла, выделяемого двигателем Стирлинга в окружающую атмосферу.[0040] A preferred embodiment of the present invention is particularly advantageous for energizing a Stirling engine. Stirling engines are especially desirable when they drive an alternator or electric generator to supply electrical power, although they can also be used to drive other loads such as a water pump or refrigeration plant. The design of the Stirling engine 50 used with the preferred embodiment is not in itself part of the present invention. A burner in accordance with the present invention heats a solid metal heat distribution head 48 that surrounds an inner head 84 at the hot heat receiving end of the Stirling engine 50. The preferred heat distribution head 48 is sheathed in stainless steel which is filled with copper. The heat distribution head 48 receives heat from the combustion chamber 81, protects the underlying metal inner head 84 of the Stirling engine 50, and conducts heat from the combustion chamber 81 to the inner head 84 of the Stirling engine. The inner head 84 is part of a hermetically sealed Stirling engine housing known to those skilled in the art related to the Stirling engine. The heat distribution head 48 extends into the burner core 56 and is exposed to hot combustion gases as the combustion gases are swirled in a spiral in the combustion chamber 81 and move longitudinally through the combustion chamber 81 from the inner end of the air-fuel injector tube 22 towards the heat distribution head 48 and go through it. As will be seen, the hot combustion gases flow to and around the heat distribution head 48 and then exit the combustion chamber into and through the heat exchanger 26. Although a significant amount of heat is transferred by forced convection from the combustion gases flowing over the heat distribution head 48, the heat in the heat distribution head 48 is transferred mainly by radiation, including radiation from the inner wall of the core 34 of the burner. Therefore, the heat distribution head 48 extends into the combustion chamber 81 for almost its entire length and is positioned coaxially in the core 34 of the burner. From the heat exchanger 26, the combustion gases flow through the exhaust pipe 52 into the surrounding atmosphere. The radiator 54 is connected to the cooling system of the Stirling engine and is designed to transfer heat generated by the Stirling engine to the surrounding atmosphere.

[0041] ВИХРЕВАЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ ГОРЕЛКА[0041] VORTEX CERAMIC BURNER

[0042] Камера 81 сгорания горелки окружена тремя цилиндрическими прилегающими керамическими теплоизоляционными слоями, которые охвачены цилиндрическим корпусом 62 из нержавеющей стали. Изоляционные слои и корпус 62 предпочтительно являются соосными. Со ссылкой, в частности, на фиг. 5-11, самый внутренний керамический слой горелки представляет собой внутреннюю сердцевину 56, образующую внутреннюю стенку камеры 81 сгорания. Цилиндрическая внутренняя сердцевина 56 представляет собой трубку, желательно образованную литьем на внутреннюю стенку вкладыша 58 изложницы. Вкладыш 58 изложницы представляет собой цилиндрическую керамическую трубку, которая в проиллюстрированном предпочтительном варианте осуществления содержит два доступных на рынке вкладыша изложницы, обычно используемых в сталелитейной промышленности для образования вкладыша изложницы в форме для отливки металлических деталей. Они расположены соосно вокруг общей центральной оси и примыкают конец к концу. Предпочтительные вкладыши 58 изложницы имеют цилиндрическую стенку толщиной приблизительно 15-20 мм.[0042] The combustion chamber 81 of the burner is surrounded by three cylindrical adjacent ceramic thermal insulation layers, which are covered by a cylindrical stainless steel body 62. The insulating layers and housing 62 are preferably coaxial. With reference in particular to FIG. 5-11, the innermost ceramic layer of the burner is the inner core 56 forming the inner wall of the combustion chamber 81. The cylindrical inner core 56 is a tube, desirably molded onto the inner wall of the mold insert 58. The mold insert 58 is a cylindrical ceramic tube which in the illustrated preferred embodiment contains two commercially available mold inserts commonly used in the steel industry to form a mold insert in a metal casting mold. They are located coaxially around a common central axis and adjoin end to end. Preferred mold liners 58 have a cylindrical wall thickness of approximately 15-20 mm.

[0043] Внутренняя сердцевина 56 горелки представляет собой очень легкое изолирующее керамическое изделие, отлитое из мелкозернистого керамического порошка, продаваемого под товарным знаком RESCOR 740 или RESCOR 750 компанией Cotronics Corp, штат Нью-Джерси, США. Порошок RESCOR 740 является более предпочтительным, поскольку имеет более низкую плотность и более низкую теплопроводность, что делает его лучшим изолятором. Могут, однако, использоваться другие подходящие изолирующие керамические материалы с низкой теплопроводностью, которые могут выдерживать указанные температуры горелки. Керамический материал для образования внутренней сердцевины 56 должен иметь теплопроводность менее 10 БТЕ дюйм/(ч⋅фут²⋅°F), более предпочтительно менее 4 БТЕ дюйм/(ч⋅фут²⋅°F) и наиболее предпочтительно теплопроводность 1 БТЕ дюйм/(ч⋅фут²⋅°F) или менее. Хотя использование керамики, пригодной к литью, является подходящим способом изготовления, использование керамики, пригодной к литью, является необязательным. Внутренняя сердцевина должна представлять собой керамическое изделие с низкой теплопроводностью для обеспечения высоких изолирующих характеристик и низкой тепловой массы, чтобы сократить до минимума время, необходимое для нагрева горелки до ее рабочей температуры в установившемся состоянии, и быть достаточно долговечным и значительно не повреждаться при температурах горелки.[0043] The inner core 56 of the burner is a very light insulating ceramic product molded from fine ceramic powder sold under the trademark RESCOR 740 or RESCOR 750 by Cotronics Corp, NJ, USA. RESCOR 740 powder is preferred because it has a lower density and lower thermal conductivity making it a better insulator. However, other suitable insulating ceramic materials with low thermal conductivity may be used which can withstand the specified burner temperatures. The ceramic material for forming the inner core 56 should have a thermal conductivity of less than 10 Btu in/(h⋅ft ² ⋅°F), more preferably less than 4 Btu in/(h⋅ft ² ⋅°F), and most preferably a thermal conductivity of 1 Btu in/( h⋅ft ² ⋅°F) or less. Although the use of castable ceramics is a suitable manufacturing method, the use of castable ceramics is optional. The inner core should be a low thermal conductivity ceramic to provide high insulating performance and low thermal mass to minimize the time required to heat the burner to its steady state operating temperature and be sufficiently durable to not be significantly damaged at burner temperatures.

[0044] Для того чтобы отлить внутреннюю сердцевину 56, во вкладыше 58 изложницы с использованием сегмента трубки из ПВХ создают внутреннюю стенку формы. Собранная трубка из ПВХ поддерживается соосно во вкладыше 58 изложницы так, что она находится на расстоянии приблизительно 10-12 мм от внутренней стенки вкладыша 58 изложницы. Порошок RESCOR объединяют с жидким активатором и керамическую смесь заливают между трубкой из ПВХ и вкладышем 58 изложницы. После того как смесь за ночь затвердеет, внутреннюю стенку формы извлекают. Как результат этого процесса, внутренняя сердцевина 56 и вкладыш 58 изложницы скрепляются как единое тело, имеющее общую толщину стенки приблизительно 25-32 мм. Затем их помещают в печь для отверждения внутренней сердцевины 56. Как следствие этого процесса получают внутреннюю сердцевину, имеющую достаточно легкую тепловую массу, которая будет достаточно быстро нагреваться для лучшего обеспечения инициирования и поддерживания горения. Внутренняя сердцевина 56 работает при температуре 1000-1150°C.[0044] In order to cast the inner core 56, an inner wall of the mold is formed in the mold insert 58 using a PVC tube segment. The assembled PVC tube is supported coaxially in the mold liner 58 such that it is approximately 10-12 mm from the inner wall of the mold liner 58 . The RESCOR powder is combined with the liquid activator and the ceramic mixture is poured between the PVC tube and the mold insert 58 . After the mixture hardens overnight, the inner wall of the mold is removed. As a result of this process, the inner core 56 and the mold insert 58 are bonded as a single body having a total wall thickness of approximately 25-32 mm. They are then placed in an inner core curing oven 56. As a consequence of this process, an inner core is obtained having a sufficiently light thermal mass that will heat up quickly enough to better initiate and sustain combustion. The inner core 56 operates at a temperature of 1000-1150°C.

[0045] Третий и наружный концентрический цилиндрический керамический теплоизоляционный слой 60 получают путем намотки мягкой теплоизоляционной накладки из глинозема толщиной 1 дюйм приблизительно четыре-пять раз вокруг вкладыша 58 изложницы. Теплоизоляционная накладка из глинозема выдерживает температуры свыше 2000°C. Наружный изоляционный слой 60 наматывают достаточное количество раз, чтобы наружный диаметр наружного изоляционного слоя 60 был примерно равным внутреннему диаметру корпуса 62 из нержавеющей стали, образующего твердый защитный кожух для горелки. Наружный изоляционный слой 60 могут несколько сжимать, чтобы собранные три слоя изоляции поддерживались в устойчивой коаксиально отцентрированной конфигурации.[0045] A third and outer concentric cylindrical ceramic thermal insulation layer 60 is produced by winding a 1 inch thick soft alumina thermal insulation pad approximately four to five times around the mold liner 58. The alumina heat insulating lining withstands temperatures over 2000°C. The outer insulation layer 60 is wrapped a sufficient number of times so that the outside diameter of the outer insulation layer 60 is approximately equal to the inside diameter of the stainless steel housing 62 forming a solid protective casing for the burner. The outer insulation layer 60 may be compressed somewhat so that the assembled three insulation layers are maintained in a stable coaxially centered configuration.

[0046] Со ссылкой, в частности, на фиг. 9 и 10, конец горелки, противоположный двигателю 50 Стирлинга, закрыт узлом 64 торцевой крышки. Узел 64 торцевой крышки имеет керамическую торцевую плиту 66, изготовленную из мягкого высокотемпературного изоляционного картона из глинозема, называемого «пенокартоном», доступного на рынке в виде массы для картона. Торцевая плита 66 имеет кольцевую периферию и центральное отверстие 68. На токарном станке на одной поверхности торцевой плиты 66 вытачивают кольцевой коаксиальный паз 70. Кольцевой паз 70 механически обрабатывают до радиальной толщины, и его внутреннюю и наружную цилиндрические стенки располагают так, что объединенные внутренняя керамическая сердцевина 56 и вкладыш 58 изложницы точно входят в кольцевой паз 70.[0046] Referring in particular to FIG. 9 and 10, the end of the burner opposite the Stirling engine 50 is closed by the end cap assembly 64. The end cap assembly 64 has a ceramic end plate 66 made from soft high temperature alumina insulating paperboard, referred to as "foamboard", available in the market as a paste for paperboard. The end plate 66 has an annular periphery and a central hole 68. An annular coaxial groove 70 is machined on one surface of the end plate 66 on a lathe. 56 and the mold insert 58 exactly fit into the annular groove 70.

[0047] Со ссылкой, в частности, на фиг. 5 и 9-11, торцевую стенку камеры 81 сгорания получают литьем элемента 72 торцевой стенки камеры сгорания шляпообразной формы из той самой вышеописанной изолирующей керамики RESCOR. Элемент 72 торцевой стенки отливают in situ (на месте) в центральном отверстии 68 торцевой плиты 66, используя литейную форму подходящей формы и обрабатывая его таким же образом, как описано выше, для образования единого тела, содержащего торцевую плиту 66 и элемент 72 торцевой стенки. Элемент 72 торцевой стенки отливают таким, что из внутренней поверхности торцевой плиты 66 в осевом направлении выступает кольцеобразная фланцевая часть. Наружная периферия кольцеобразной фланцевой части элемента 72 торцевой стенки имеет такой диаметр, что она скользит, плотно прилегая, в цилиндрическую внутреннюю стенку внутренней сердцевины 56. Концы внутренней сердцевины 56 и вкладыша 58 изложницы закреплены в кольцевом пазу 70 на дне кольцевого паза 70 в торцевой плите 66. Для того чтобы обеспечить, что конец единой конструкции сцепленных внутренней сердцевины 56 и вкладыша 58 изложницы плотно входит в кольцевой паз 70 торцевой плиты 66, внутренний диаметр и наружный диаметр единой конструкции должны соответствовать внутреннему и наружному диаметрам кольцевого паза 70.[0047] Referring in particular to FIG. 5 and 9-11, the end wall of the combustion chamber 81 is obtained by casting a hat-shaped element 72 of the end wall of the combustion chamber from the same RESCOR insulating ceramic described above. The end wall element 72 is cast in situ (in situ) in the central hole 68 of the end plate 66 using a suitable mold and machined in the same manner as described above to form a single body containing the end plate 66 and the end wall element 72. The end wall element 72 is cast such that an annular flange portion protrudes axially from the inner surface of the end plate 66 . The outer periphery of the annular flange portion of the end wall member 72 has a diameter such that it slides snugly into the cylindrical inner wall of the inner core 56. The ends of the inner core 56 and the mold insert 58 are fixed in an annular groove 70 at the bottom of an annular groove 70 in the end plate 66 In order to ensure that the end of the integral structure of the interlocking inner core 56 and mold insert 58 fits snugly into the annular groove 70 of the end plate 66, the inner diameter and outer diameter of the integral structure must match the inner and outer diameters of the annular groove 70.

[0048] Предпочтительно центральное отверстие через элемент 72 торцевой стенки сужается в виде усеченного конуса, чтобы смотровую заглушку 74 можно было вставить в центральное отверстие и легко вынуть из него. Смотровая заглушка 74 подробнее описана ниже с описанием газопламенного воспламенителя. Для обеспечения дополнительной термоизоляции может предусматриваться пенокартонный диск 67 (фиг. 11), коаксиальный с торцевой плитой 66 и наружный по отношению к ней. Он имеет центральное отверстие для обеспечения доступа к смотровой заглушке 74.[0048] Preferably, the central opening through the end wall member 72 tapers into a frusto-conical shape so that the inspection plug 74 can be inserted into and easily removed from the central opening. Sight plug 74 is described in more detail below with a description of the flame igniter. To provide additional thermal insulation, a foamboard disk 67 (FIG. 11) coaxial with and external to the end plate 66 may be provided. It has a central hole to allow access to the 74 inspection plug.

[0049] На конце со стороны двигателя 50 Стирлинга единой конструкции, образованной внутренней сердцевиной 56 и вкладышем 58 изложницы, сцепленными вместе, кольцевой зазор 98 (фиг. 5 и 17) предусмотрен вокруг теплораспределительной головки 48 между теплораспределительной головкой 48 и внутренней сердцевиной 56. В варианте осуществления настоящего изобретения кольцевой зазор может, например, составлять 8-10 мм. Кольцевой зазор должен быть симметричным, чтобы обеспечить симметричное вытекание горячих газообразных продуктов сгорания вокруг теплораспределительной головки 48 двигателя Стирлинга для поддерживания и выравнивания теплопередачи или ее равномерного распределения при вытекании газов из камеры 81 сгорания и в рекуператор 26. Для способствования поддержанию плавного симметричного потока конец сердцевины 34 горелки со стороны двигателя выполняют с симметричным концом, закругленным на его внутренней кромке.[0049] At the end on the side of the Stirling engine 50 of a single structure, formed by the inner core 56 and the mold liner 58 interlocked together, an annular gap 98 (FIGS. 5 and 17) is provided around the heat distribution head 48 between the heat distribution head 48 and the inner core 56. In embodiment of the present invention, the annular gap may, for example, be 8-10 mm. The annular gap must be symmetrical to allow symmetrical outflow of hot combustion gases around the heat distribution head 48 of the Stirling engine to maintain and equalize heat transfer or distribute it evenly as gases flow out of the combustion chamber 81 and into the recuperator 26. To help maintain a smooth symmetrical flow, the end of the core 34 burners on the engine side are made with a symmetrical end rounded at its inner edge.

[0050] ВПРЫСК И СМЕШИВАНИЕ ВОЗДУХА И ТОПЛИВА[0050] INJECTION AND MIXING OF AIR AND FUEL

[0051] Фиг. 12 и 13 лучше всего иллюстрируют деталь конструкции подачи воздуха и топлива в камеру 81 сгорания. На этих фигурах представлены виды в поперечном разрезе перпендикулярно продольной оси горелки 10. Кроме того, на фиг. 12 и 13 часть вкладыша 58 изложницы, наружного изоляционного слоя 60 и корпуса 62 удалена, чтобы показать трубку 22 топливно-воздушного инжектора. На фиг. 12 этот разрез выполнен по оси по центру трубки 22 топливно-воздушного инжектора, чтобы показать ее внутреннюю часть.[0051] FIG. 12 and 13 best illustrate the design detail of the air and fuel supply to the combustion chamber 81. These figures show cross-sectional views perpendicular to the longitudinal axis of the burner 10. In addition, FIG. 12 and 13, a portion of the mold liner 58, outer insulation layer 60, and housing 62 has been removed to show the air/fuel injector tube 22. In FIG. 12, this section is made axially down the center of the fuel/air injector tube 22 to show its interior.

[0052] Трубка 22 топливно-воздушного инжектора проходит вдоль отверстия, просверленного через наружный корпус 62 и изоляционные слои 56, 58 и 60. Трубка 22 топливно-воздушного инжектора выставлена параллельно касательной к кольцеобразному поперечному сечению внутренней сердцевины 56, образующей камеру 81 сгорания. Трубка 22 топливно-воздушного инжектора расположена на расстоянии в радиальном направлении наружу от центра камеры 81 сгорания и предпочтительно размещена так, что воображаемое продолжение трубки топливно-воздушного инжектора в камеру сгорания по существу прилегает к внутренней поверхности внутренней сердцевины 56. Такие ориентация и расположение трубки 22 топливно-воздушного инжектора обеспечивают поступление смеси топлива и воздуха, которая будет вытекать из трубки 22 топливно-воздушного инжектора в камеру 81 сгорания, по касательной в камеру сгорания для образования закручивающегося вихревого потока. Предпочтительная трубка 22 топливно-воздушного инжектора имеет внутренний диаметр 22 мм. Внутренний конец 76 трубки 22 топливно-воздушного инжектора обрезан и по форме выполнен таким, что находится по существу заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью внутренней сердцевины 56. Трубка 22 топливно-воздушного инжектора может заканчиваться во внутренней сердцевине 56, так что она слегка утоплена относительно внутренней поверхности внутренней сердцевины 56, но все же находиться по существу заподлицо с ней. «По существу заподлицо» и «слегка утоплена» означают, что любое отличие от «точно заподлицо» или «без утапливания» и величина утапливания или отступления от «точно заподлицо» оказывают лишь несущественное или незначительное влияние на работу горелки.[0052] The fuel/air injector tube 22 extends along a hole drilled through the outer casing 62 and the insulation layers 56, 58, and 60. The fuel/air injector tube 22 is aligned tangentially to the annular cross section of the inner core 56 forming the combustion chamber 81. The air/fuel injector tube 22 is located radially outward from the center of the combustion chamber 81 and is preferably positioned such that the imaginary extension of the air/fuel injector tube into the combustion chamber substantially abuts the inner surface of the inner core 56. Such orientation and location of the tube 22 of the air/fuel injector provide the fuel/air mixture that will flow from the fuel/air injector tube 22 into the combustion chamber 81 tangentially into the combustion chamber to form a swirling vortex flow. The preferred air/fuel injector tube 22 has an internal diameter of 22 mm. Inner end 76 of air/fuel injector tube 22 is cut and shaped to be substantially flush with the inner cylindrical surface of inner core 56. Air/fuel injector tube 22 may terminate in inner core 56 such that it is slightly recessed relative to the inner surface. inner core 56, but still be substantially flush with it. "Substantially flush" and "slightly recessed" mean that any difference from "exactly flush" or "no recession" and the amount of recession or deviation from "exactly flush" have only a minor or negligible effect on the operation of the burner.

[0053] Масляное топливо поставляется в трубку 22 топливно-воздушного инжектора по трубке 32 подачи масла, как описано выше. Трубка 32 подачи масла лучше всего видна на фиг. 12. Трубный фитинг-тройник 30 проиллюстрирован в разрезе на фиг. 12. Трубка 32 подачи масла проходит в продольном направлении по существу по всей длине трубки 22 топливно-воздушного инжектора до изогнутого вниз конца 78. Трубка 32 подачи масла не имеет на своем конце форсунок и не имеет встроенных элементов форсунки, таких как пазы или иные контуры, чтобы вызывать коническое расхождение масла на выходе или завихрение или вращение существующего потока масла, которые форсунки обычно имеют, чтобы разбивать масло на мелкие частицы. Хотя такие форсунки можно использовать, экспериментальным путем было установлено, что в них нет необходимости. Предпочтительная трубка 32 подачи масла имеет и внутренний диаметр 0,085 дюйма.[0053] Oil fuel is supplied to the air-fuel injector tube 22 via the oil supply tube 32 as described above. The oil supply tube 32 is best seen in FIG. 12. A tee tube fitting 30 is illustrated in section in FIG. 12. Oil supply tube 32 extends longitudinally for substantially the entire length of air/fuel injector tube 22 until downwardly curved end 78. Oil supply tube 32 does not have nozzles at its end and does not have built-in nozzle features such as grooves or other contours. to cause a conical divergence of the oil at the outlet, or the swirl or rotation of the existing oil flow, which nozzles usually have, in order to break the oil into small particles. Although such nozzles can be used, it has been experimentally found that they are not necessary. The preferred oil supply tube 32 also has an internal diameter of 0.085 inches.

[0054] Трубка 22 топливно-воздушного инжектора имеет также вставку 80 для образования элемента Вентури на внутреннем конце 76 трубки 22 топливно-воздушного инжектора. Вставка 80 Вентури имеет цилиндрическую периферию для надежного расположения во внутреннем конце 76 трубки 22 топливно-воздушного инжектора, но раньше по потоку (снаружи) от открытого конца трубки 32 подачи масла. Вставка 80 Вентури имеет центральное отверстие 82, предпочтительно имеющее диаметр в диапазоне 9-14 мм и наиболее предпочтительно 10 мм. Изогнутый вниз конец 78 трубки 32 подачи масла предпочтительно выровнен по радиусу трубки 22 топливно-воздушного инжектора и предпочтительно заканчивается на продольной оси трубки 22 топливно-воздушного инжектора. Цель такого расположения заключается в выравнивании конца 78 трубки 32 подачи масла поперечно центральной оси отверстия 82 вставки 80 Вентури, чтобы масляное топливо выходило из трубки 32 подачи масла в направлении, поперечном и предпочтительно перпендикулярном центральной оси отверстия 82 в месте дальше по потоку в аксиальном направлении от центрального отверстия 82.[0054] The air-fuel injector tube 22 also has an insert 80 for forming a Venturi element at the inner end 76 of the air-fuel injector tube 22. The venturi insert 80 has a cylindrical periphery to securely locate in the inner end 76 of the fuel/air injector tube 22, but earlier downstream (outside) of the open end of the oil supply tube 32. The venturi insert 80 has a central opening 82 preferably having a diameter in the range of 9-14 mm and most preferably 10 mm. The downwardly curved end 78 of the oil supply tube 32 is preferably aligned with the radius of the fuel/air injector tube 22 and preferably terminates on the longitudinal axis of the fuel/air injector tube 22. The purpose of this arrangement is to align the end 78 of the oil supply tube 32 transverse to the central axis of the opening 82 of the venturi insert 80 so that the oil fuel exits the oil supply tube 32 in a direction transverse and preferably perpendicular to the central axis of the opening 82 at a location axially downstream of central hole 82.

[0055] При работе горелки в установившемся режиме насос 18 перекачивает масляное топливо по трубке 32 подачи масла в камеру сгорания во внутренней сердцевине 56, и одновременно с этим в горелку по трубке 22 топливно-воздушного инжектора вдувается нагретый воздух для сжигания. Насос 18 дозирует расход масляного топлива. При опытной эксплуатации манометр на масляном насосе 18, рассчитанный на давление насоса по меньшей мере 50 фунтов-сил/кв. дюйм, не дает показаний давления. Поэтому ясно, что давление поступающего топлива составляет 1 фунт-сила/кв. дюйм или менее. Поступающий с высокой скоростью воздух для сжигания закачивается через отверстие 82 непосредственно перед введением топлива в горелку на конце 78 трубки 32 подачи масла. Вставка 80 Вентури создает область значительно пониженного давления на открытом конце трубки 32 подачи масла. Как результат, поступающее масляное топливо распыляется посредством совокупного эффекта пониженного давления дальше по ходу потока от отверстия 82 и эффекта воздуха, проходящего с высокой скоростью через открытый конец трубки 32 подачи масла. Именно сочетание выпускного отверстия для топлива без форсунки, его расположения рядом с внутренней стенкой внутренней сердцевины 56, потока воздуха по касательной по трубке 22 топливно-воздушного инжектора и отверстия 82, расположенного непосредственно раньше по ходу потока от выпускного отверстия для топлива, обеспечивает эффективное распыление масляного топлива. Это сочетание особенно эффективно для пуска горелки. Кроме того, расширение воздуха на конце 78 выпускного отверстия для топлива также снижает температуру конца 78 трубки 32 подачи масла, что помогает предотвратить нарастание сажи на конце 78.[0055] When the burner is in steady state operation, the pump 18 pumps oil fuel through the oil supply tube 32 into the combustion chamber in the inner core 56, and at the same time, heated combustion air is blown into the burner through the air-fuel injector tube 22. The pump 18 doses the oil fuel consumption. During trial operation, the pressure gauge on the oil pump 18, rated for a pump pressure of at least 50 psi. inch, does not give pressure readings. Therefore, it is clear that the pressure of the incoming fuel is 1 lbf/sq. inch or less. The high-velocity combustion air is pumped through opening 82 just before fuel is introduced into the burner at the end 78 of the oil supply tube 32 . The venturi insert 80 creates an area of significantly reduced pressure at the open end of the oil supply tube 32 . As a result, incoming oil fuel is atomized through the combined effect of reduced pressure downstream of orifice 82 and the effect of air passing at high speed through the open end of oil supply tube 32. It is the combination of the fuel outlet without the injector, its location adjacent to the inner wall of the inner core 56, the tangential air flow along the fuel/air injector tube 22, and the hole 82 immediately upstream of the fuel outlet that provides efficient atomization of the oil. fuel. This combination is especially effective for starting the burner. In addition, expansion of the air at the end 78 of the fuel outlet also lowers the temperature of the end 78 of the oil supply tube 32, which helps prevent soot buildup at the end 78.

[0056] Выпускное отверстие для масла на конце 78 трубки 32 подачи масла и вставка 80 Вентури расположены на внутреннем конце трубки 22 топливно-воздушного инжектора. При работе в установившемся режиме такое расположение обеспечивает мгновенное инициирование горения при поступлении топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Такое расположение предотвращает возникновение горения в трубке 22 топливно-воздушного инжектора. Поскольку конец трубки 22 топливно-воздушного инжектора находится заподлицо или почти заподлицо с внутренней поверхностью внутренней сердцевины 56, смесь распыленных топлива и воздуха для сжигания поступает в камеру сгорания сразу же после распыления. Кроме того, поскольку трубка 22 топливно-воздушного инжектора расположена по касательной, как описано выше, эта смесь сразу же входит в контакт с горячей внутренней поверхностью внутренней сердцевины 56 и сразу же двигается в спиральном вихревом потоке, как описано выше. Представляется вполне вероятным, однако, что выпускное отверстие для топлива и отверстие вставки Вентури вряд ли бы работали по-прежнему эффективно, если бы отверстие находилось в пределах 2 см от конца трубки 22 топливно-воздушного инжектора.[0056] An oil outlet at the end 78 of the oil supply tube 32 and a venturi insert 80 are located at the inner end of the air-fuel injector tube 22. When operating in steady state, this arrangement provides instant initiation of combustion when the fuel-air mixture enters the combustion chamber. This arrangement prevents the occurrence of combustion in the tube 22 of the air-fuel injector. Because the end of the fuel/air injector tube 22 is flush or nearly flush with the inner surface of the inner core 56, the mixture of atomized fuel and combustion air enters the combustion chamber immediately after atomization. In addition, since the fuel/air injector tube 22 is tangentially disposed as described above, this mixture immediately comes into contact with the hot inner surface of the inner core 56 and immediately moves in a helical vortex flow as described above. It seems likely, however, that the fuel outlet port and the venturi insert port would not likely still function effectively if the port were within 2 cm of the end of the fuel/air injector tube 22.

[0057] Кроме того, трубка 22 топливно-воздушного инжектора расположена над центром цилиндрической камеры 81 сгорания, таким образом сужающийся конец трубки проходит под углом с наклоном, располагающим выступающий сужающийся конец трубки 22 топливно-воздушного инжектора на верхней стороне трубки 22 топливно-воздушного инжектора. Тем самым обеспечивается, что масло, выпускаемое из внутреннего конца 78 трубки 32 подачи масла, не может падать на внутреннюю стенку трубки 22 топливно-воздушного инжектора, а вместо этого протекает прямо в вихревой поток.[0057] In addition, the fuel/air injector tube 22 is positioned above the center of the cylindrical combustion chamber 81, so that the tapered end of the tube extends at an angle with a slope positioning the protruding tapered end of the air/fuel injector tube 22 on the upper side of the air/fuel injector tube 22 . This ensures that the oil discharged from the inner end 78 of the oil supply tube 32 cannot fall onto the inner wall of the fuel/air injector tube 22, but instead flows directly into the vortex flow.

[0058] Отношение внутренних диаметров трубки 22 топливно-воздушного инжектора и отверстия 82 вставки Вентури определяет снижение давления, вызванное элементом Вентури. Таким образом, размеры, указанные для этих диаметров, можно изменять в большую и меньшую сторону для большей или меньшей скорости подачи топлива. Расходы воздуха и топлива для горелки в соответствии с настоящим изобретением сохраняются близкими или обычно близкими к стехиометрическому соотношению, равному приблизительно 16:1. Однако желательно работать в режиме чуть более бедной смеси во избежание отложений сажи и для поддержания низкого уровня выбросов монооксида углерода и диоксида углерода. Опытным путем расход топлива был установлен равным приблизительно 0,95 литров/час. Естественно, расход топлива можно изменять для повышения или снижения расходов топлива и воздуха. В ходе опытов поступающий воздух для сжигания предварительно нагревали в рекуператоре 26 до температуры приблизительно 145°C. Также установлено, что в наиболее часто используемых температурных условиях масляное топливо не требует предварительного нагрева и хорошо работает при температурах порядка 15-20°C. Естественно, при арктических температурах некоторый предварительный нагрев мог бы быть желательным. Тепло для этого легко доступно от газообразных продуктов сгорания, выпускаемых из рекуператора 26, а также от тепла, выделяющегося из двигателя Стирлинга.[0058] The ratio of the inside diameters of the fuel/air injector tube 22 and the venturi opening 82 determines the pressure drop caused by the venturi element. Thus, the dimensions indicated for these diameters can be changed up and down for higher or lower fuel delivery rates. The flow rates of air and fuel for the burner in accordance with the present invention are kept close to, or typically close to, a stoichiometric ratio of approximately 16:1. However, it is desirable to run slightly leaner to avoid soot deposits and to keep carbon monoxide and carbon dioxide emissions low. Empirically, the fuel consumption was set to approximately 0.95 liters/hour. Naturally, the fuel consumption can be changed to increase or decrease the fuel and air consumption. During the experiments, the incoming combustion air was preheated in the heat exchanger 26 to a temperature of approximately 145°C. It has also been found that under the most commonly used temperature conditions, the fuel oil does not require preheating and performs well at temperatures in the order of 15-20°C. Naturally, at arctic temperatures, some preheating might be desirable. The heat for this is readily available from the combustion gases discharged from the recuperator 26 as well as from the heat released from the Stirling engine.

[0059] РЕКУПЕРАТОР[0059] HEAT EXCHANGER

[0060] Рекуператор 26 и части, связанные с ним, лучше всего проиллюстрированы на фиг. 14-18. На этих фигурах несколько компонентов предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения убраны, чтобы показать компоненты, которые будут описываться. Хотя использование рекуператора для работы горелки не является обязательным, оно является крайне предпочтительным, поскольку повышает эффективность горения горелки.[0060] The recuperator 26 and parts associated with it are best illustrated in FIG. 14-18. In these figures, several components of the preferred embodiment of the present invention have been omitted to show the components that will be described. Although the use of a heat exchanger for the operation of the burner is not mandatory, it is highly preferred as it increases the combustion efficiency of the burner.

[0061] В общих чертах, рекуператор представляет собой противоточный теплообменник с общей стенкой в виде плоской пластины, передающий тепло от горячих выходящих газообразных продуктов сгорания поступающему воздуху для поддерживания горения. Он расположен смежно с концом камеры 81 сгорания, противоположным концу, где смесь топлива и воздуха для сжигания поступает с высокой скоростью по трубке 22 топливно-воздушного инжектора. Рекуператор 26 имеет две расположенные в ряд кольцевые камеры 100 и 102, окружающие внутреннюю головку 84 двигателя 50 Стирлинга и отделенные друг от друга непроницаемой общей теплопроводящей стенкой 104 (фиг. 16). Первая камера 100 рекуператора (фиг. 17, 18) образует кольцевой проход, через который протекают горячие газообразные продукты сгорания, которые затем вытекают из выпускной трубки 52. Вторая камера 102 рекуператора представляет собой кольцевой проход 102, смежный в осевом направлении с первой камерой 100 и расположенный в пути подачи воздуха для сжигания между воздуходувкой 24 и воздуховодом 28.[0061] In general terms, a recuperator is a common-wall, flat-plate counterflow heat exchanger that transfers heat from hot exhaust combustion gases to incoming air to support combustion. It is located adjacent to the end of the combustion chamber 81 opposite the end where the mixture of fuel and combustion air enters at high speed through the tube 22 of the fuel-air injector. The recuperator 26 has two annular chambers 100 and 102 arranged in a row, surrounding the inner head 84 of the Stirling engine 50 and separated from each other by an impermeable common heat-conducting wall 104 (Fig. 16). The first recuperator chamber 100 (FIGS. 17, 18) forms an annular passage through which hot combustion gases flow, which then flow out of the exhaust pipe 52. The second recuperator chamber 102 is an annular passage 102 axially adjacent to the first chamber 100 and located in the combustion air supply path between blower 24 and duct 28.

[0062] Пулевидная теплораспределительная головка 48, окружающая внутреннюю головку 84 двигателя 50 Стирлинга, проходит большую часть пути во внутреннюю сердцевину 56, образующую камеру 81 сгорания. Как показано на фиг. 17, зазор 98 (показанный с указывающими поток стрелками) образован между периферийным ободком 97 теплораспределительной головки 48, внутренней поверхностью внутренней сердцевины 56 и внутренней концевой поверхностью 99 рекуператора 22, ограничивающей камеру 81 сгорания. Перегретые газообразные продукты сгорания выходят из камеры 81 сгорания через зазор 98 по пути, показанному указывающими поток стрелками на фиг. 17, и поступают в более близкую кольцевую камеру 100 рекуператора 26. Газообразные продукты сгорания циркулируют по более близкой кольцевой камере 100 в контакте с общей стенкой 104 и затем по выпускной трубке 52 выбрасываются в атмосферу.[0062] The bullet-shaped heat distribution head 48 surrounding the inner head 84 of the Stirling engine 50 extends most of the way into the inner core 56 forming the combustion chamber 81. As shown in FIG. 17, a gap 98 (shown with flow-indicating arrows) is formed between the peripheral rim 97 of the heat distribution head 48, the inner surface of the inner core 56, and the inner end surface 99 of the heat exchanger 22 delimiting the combustion chamber 81. Superheated combustion gases exit combustion chamber 81 through gap 98 along the path shown by the flow indicating arrows in FIG. 17 and enter the closer annular chamber 100 of the recuperator 26. The combustion gases circulate through the closer annular chamber 100 in contact with the common wall 104 and are then discharged into the atmosphere through the exhaust pipe 52.

[0063] Воздух из воздуходувки 24 по впускному трубопроводу 103 для воздуха поступает во вторую кольцевую камеру 102, циркулирует по кольцевой камере 102 и по воздуховоду 28 вытекает в трубку 22 топливно-воздушного инжектора. Как проиллюстрировано на фиг. 16, во втором проходе 102 предпочтительно установлено спиральное направляющее ребро 128 для направления поступающего воздуха для сжигания по спирали в проходе 102, чтобы тем самым дополнительно повысить эффективность передачи тепла.[0063] The air from the blower 24 enters the second annular chamber 102 through the air inlet duct 103, circulates through the annular chamber 102, and flows out through the air duct 28 into the air-fuel injector tube 22. As illustrated in FIG. 16, a helical guide fin 128 is preferably provided in the second passage 102 for guiding the incoming combustion air in a spiral in the passage 102, thereby further improving the heat transfer efficiency.

[0064] Таким образом рекуператор 26 передает тепло от выходящих газообразных продуктов сгорания, вытекающих из горелки, поступающему воздуху для сжигания из воздуходувки 24 при протекании воздуха для сжигания в трубку 22 топливно-воздушного инжектора. Предварительное нагревание воздуха для сжигания посредством рекуператора 26 значительно повышает эффективность генерирования тепла от сгорания в камере 81 сгорания.[0064] In this manner, the heat exchanger 26 transfers heat from the exhaust gases flowing from the burner to the incoming combustion air from the blower 24 while the combustion air flows into the air-fuel injector tube 22. The preheating of the combustion air by means of the recuperator 26 greatly improves the efficiency of combustion heat generation in the combustion chamber 81 .

[0065] ГАЗОПЛАМЕННЫЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ[0065] GAS IGNITOR

[0066] Газопламенный воспламенитель был частично описан ранее в обзоре настоящего изобретения. Воспламенитель был разработан, поскольку было установлено, что обычная система зажигания с искровым разрядом, используемая для масляных горелок, неэффективна для зажигания тяжелого масла. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения масляное топливо зажигается газовым пламенем.[0066] The flame igniter was partially described earlier in the review of the present invention. The igniter was developed because the conventional spark ignition system used for oil burners was found to be inefficient for igniting heavy oil. Therefore, in the preferred embodiment of the present invention, the oil fuel is ignited by a gas flame.

[0067] Фиг. 19 и 20 более подробно иллюстрируют смотровую заглушку 74 вместе с компонентами запального устройства 36 воспламенителя, формованными в смотровую заглушку 74. Смотровая заглушка 74 формована из керамики, обладающей такими же характеристиками, что и сердцевина 34 горелки, и предпочтительно из того же материала. Трубка 38 запального устройства вместе со своим стабилизатором 40 пламени формована по центру в смотровой заглушке 74 и проходит через нее. Предпочтительно стабилизатор 40 пламени формован в смотровой заглушке 74 и его внутренний конец оканчивается на внутренней поверхности (находится заподлицо с ней) смотровой заглушки 74. Трубка 38 запального устройства проходит в осевом направлении наружу из смотровой заглушки 74 в соединение с узлом 42 электронного зажигания и электромагнитного клапана для соединения с топливным шлангом 46 воспламенителя и топливным баком 44 воспламенителя (на фиг. 19 и 20 не показаны). В смотровую заглушку 74 сформованы также две керамические трубки 132 и 134, содержащие оптические датчики 130, контролирующие наличие горения в камере сгорания. Поскольку оптические датчики доступны на рынке, оптические датчики 130 и связанная с ними печатная плата не показаны. Однако желательно, чтобы сами оптические датчики были вставлены в наружный конец каждой из керамических трубок 132 и 134 и установлены в нем так, чтобы они находились на линии прямой видимости внутренней части камеры 81 сгорания. Связанные с ними печатные платы установлены на концах керамических трубок 132 и 134 и предпочтительно имеют термоизоляцию. Керамические трубки 132 и 134 проходят наружу из смотровой заглушки 74 и в воздух на расстояние, достаточное для поддерживания оптических датчиков 130 и связанной с ними печатной платы при температуре, которая при работе горелки не повредит их.[0067] FIG. 19 and 20 illustrate the peep plug 74 in greater detail, together with the igniter igniter components 36 molded into the peep plug 74. The peep plug 74 is molded from ceramic having the same characteristics as the burner core 34, and preferably from the same material. The igniter tube 38, together with its flame stabilizer 40, is molded centrally in and extends through the inspection plug 74. Preferably, flame stabilizer 40 is molded into peep plug 74 and its inner end terminates on (flush with) the interior surface of peep plug 74. Pilot tube 38 extends axially outward from peep plug 74 into connection with electronic ignition and solenoid valve assembly 42 for connection with the fuel hose 46 of the igniter and the fuel tank 44 of the igniter (not shown in Fig. 19 and 20). Also molded into the inspection plug 74 are two ceramic tubes 132 and 134 containing optical sensors 130 that monitor the presence of combustion in the combustion chamber. Since optical sensors are commercially available, the optical sensors 130 and their associated circuit board are not shown. However, it is desirable that the optical sensors themselves be inserted into the outer end of each of the ceramic tubes 132 and 134 and installed in it so that they are in line of sight of the inside of the combustion chamber 81. The associated circuit boards are mounted on the ends of the ceramic tubes 132 and 134 and are preferably thermally insulated. The ceramic tubes 132 and 134 extend out of the viewing plug 74 and into the air for a distance sufficient to maintain the optical sensors 130 and their associated circuit board at a temperature that will not damage them when the burner is operating.

[0068] Для того чтобы инициировать газовое пламя, предлагается известная электронная система зажигания, которая является очень эффективной. Для того чтобы подготовить горелку к сжиганию масла, запускают в работу воздуходувку и открывают клапан в верхней части бака 44 с пропаном. Затем для инициирования потока газа по трубке 38 запального устройства и из стабилизатора 40 пламени запального устройства 36 воспламенителя открывают клапанную часть узла 42 электронного зажигания и электромагнитного клапана. Затем приводят в действие электронный воспламенитель для создания искры, поджигающей газообразный пропан. После того как оптические датчики 130 подтверждают наличие газового пламени, приводится в действие масляный насос 18 и начинает впрыскивание и распыление масляного топлива из трубки 22 топливно-воздушного инжектора. Для достижения лучшего сгорания желательно вначале впрыскивать масло с расходом топлива, превышающим используемый для работы в установившемся режиме, а затем, после того как сердцевина 34 горелки нагрелась, уменьшить расход топлива для работы в установившемся режиме. Опытным путем установлено, что масляное топливо начинает гореть в течение 30 секунд или менее после момента его первоначального впрыскивания, и внутренняя поверхность внутренней сердцевины 56 может нагреваться до приблизительно 800°C. Работа в установившемся режиме обычно происходит при температуре 800-1100°C в зависимости от требований к эксплуатации.[0068] In order to initiate a gas flame, a known electronic ignition system is proposed, which is very efficient. In order to prepare the burner for burning oil, start the blower and open the valve at the top of the propane tank 44. Then, to initiate the flow of gas through the tube 38 of the ignition device and from the flame stabilizer 40 of the ignition device 36 of the igniter, the valve part of the assembly 42 of the electronic ignition and the electromagnetic valve is opened. The electronic igniter is then fired to create a spark that ignites the propane gas. After the optical sensors 130 confirm the presence of a gas flame, the oil pump 18 is activated and the injection and atomization of oil fuel from the air-fuel injector tube 22 starts. To achieve better combustion, it is desirable to first inject oil with a fuel flow rate higher than that used for steady state operation, and then, after the burner core 34 has warmed up, reduce the fuel flow rate for steady state operation. It has been empirically found that the fuel oil begins to burn within 30 seconds or less after its initial injection, and the inner surface of the inner core 56 can be heated up to approximately 800°C. Steady-state operation typically occurs at 800-1100°C, depending on application requirements.

[0069] Пара оптических датчиков 130 следит за камерой 81 сгорания по керамическим трубкам 132 и 134 и распознает, горит ли пропановое запальное устройство 36 воспламенителя. После того как пропановое запальное устройство 36 воспламенителя зажглось и прошло достаточное количество времени, чтобы масляное топливо загорелось, например 30 секунд, запальное устройство 36 воспламенителя выключается. После того как пропановое запальное устройство 36 воспламенителя выключилось, оптические датчики 130 распознают, горит ли горелка так, что сжигает масло. Если оптические датчики 130 распознают, что пламя по-прежнему присутствует, пусковая последовательность заканчивается. Если оптические датчики 130 распознают, что пламя погасло, система останавливается и пусковую последовательность можно повторить.[0069] A pair of optical sensors 130 monitors the combustion chamber 81 through the ceramic tubes 132 and 134 and recognizes whether the propane igniter igniter 36 is lit. After the propane igniter igniter 36 has ignited and sufficient time has elapsed for the fuel oil to ignite, such as 30 seconds, the igniter igniter 36 is turned off. After the propane igniter igniter 36 has turned off, the optical sensors 130 sense whether the burner is lit to burn oil. If the optical sensors 130 recognize that the flame is still present, the firing sequence ends. If the optical sensors 130 sense that the flame has gone out, the system is stopped and the start sequence can be repeated.

[0070] Единственными задействованными устройствами являются масляный насос 18, воздуходувка 24 и узел 42 электронного зажигания и электромагнитного клапана. Затем может использоваться электронная система программируемого управления, управляющая всеми ими. Единственной необходимой входной информацией для электронной системы программируемого управления является сигнал от оптических датчиков 130. Система управления может автоматически повторно запустить пусковую последовательность, если оптические датчики 130 распознают, что горение масла не началось. Конечно, в качестве источников входной информации для системы управления могут использоваться дополнительные датчики, такие как, например, датчик уровня топлива, для обнаружения низкого уровня масла в топливном баке 14. В качестве источников входной информации для системы управления могут подключаться датчики температуры для определения температуры горелки с целью регулирования расхода масла или остановки в случае аномально высокой температуры.[0070] The only devices involved are the oil pump 18, the blower 24, and the electronic ignition and solenoid valve assembly 42. An electronic programmable control system can then be used to control all of them. The only required input to the electronic programmable control system is a signal from the optical sensors 130. The control system may automatically restart the start sequence if the optical sensors 130 recognize that the oil has not started burning. Of course, additional sensors can be used as sources of input to the control system, such as, for example, a fuel level sensor to detect a low oil level in the fuel tank 14. Temperature sensors can be connected as sources of input to the control system to determine the temperature of the burner. to regulate oil consumption or stop in case of abnormally high temperature.

[0071] Ожидается, что вышеописанная горелка в соответствии с настоящим изобретением часто будет непрерывно работать неделями, а в некоторых случаях применения - годами. Альтернативно, например, если двигатель Стирлинга генерирует электрическую энергию, не требующуюся непрерывно, горелка может эксплуатироваться периодически, в том числе под автоматическим управлением электронного контроллера или, конечно, под ручным управлением. По расчетам, учитывая относительно короткую продолжительность работы газового воспламенителя, горелка, как ожидается, может работать год или более, пока имеет подачу масла, даже при частых периодических включениях и выключениях.[0071] It is expected that the above-described burner in accordance with the present invention will often be continuously operated for weeks, and in some applications for years. Alternatively, for example, if the Stirling engine generates electrical energy not required continuously, the burner can be operated intermittently, including automatically controlled by an electronic controller, or, of course, manually controlled. It has been calculated, given the relatively short life of the gas igniter, that the burner can be expected to operate for a year or more as long as it has an oil supply, even with frequent on and off cycles.

[0072] ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ[0072] POSITION LIST

[0073] 10 - Горелка[0073] 10 - Burner

[0074] 12 - Поддерживающая стойка[0074] 12 - Support post

[0075] 14 - Топливный бак[0075] 14 - Fuel tank

[0076] 16 - Шланг бака[0076] 16 - Tank Hose

[0077] 18 - Масляный насос[0077] 18 - Oil pump

[0078] 20 - Шланг насоса[0078] 20 - Pump Hose

[0079] 22 - Трубка топливно-воздушного инжектора[0079] 22 - Air-fuel injector tube

[0080] 24 - Воздуходувка[0080] 24 - Blower

[0081] 26 - Рекуператор[0081] 26 - Recuperator

[0082] 28 - Воздуховод (от рекуператора)[0082] 28 - Duct (from heat exchanger)

[0083] 30 - Трубный фитинг-тройник[0083] 30 - Tee pipe fitting

[0084] 32 - Впускная масляная трубка[0084] 32 - Oil inlet pipe

[0085] 34 - Сердцевина горелки[0085] 34 - Burner core

[0086] 36 - Запальное устройство воспламенителя[0086] 36 - Igniter Igniter

[0087] 38 - Трубка запального устройства[0087] 38 - Igniter Tube

[0088] 40 - Стабилизатор пламени (для запального устройства воспламенителя)[0088] 40 - Flame stabilizer (for igniter igniter)

[0089] 42 - Узел электронного зажигания и электромагнитного клапана[0089] 42 - Electronic ignition and solenoid valve assembly

[0090] 44 - Топливный бак воспламенителя[0090] 44 - Igniter fuel tank

[0091] 46 - Топливный шланг воспламенителя[0091] 46 - Igniter Fuel Hose

[0092] 48 - Теплораспределительная головка (двигателя Стирлинга)[0092] 48 - Heat distribution head (Stirling engine)

[0093] 50 - Двигатель Стирлинга[0093] 50 - Stirling engine

[0094] 52 - Выпускная трубка (для газообразных продуктов сгорания)[0094] 52 - Exhaust pipe (for combustion gases)

[0095] 54 - Радиатор[0095] 54 - Radiator

[0096] 56 - Внутренняя сердцевина горелки[0096] 56 - Inner burner core

[0097] 58 - Вкладыш изложницы[0097] 58 - Mold insert

[0098] 60 - Наружный изоляционный слой[0098] 60 - Outer insulation layer

[0099] 62 - Корпус[0099] 62 - Housing

[00100] 64 - Узел торцевой крышки[00100] 64 - End cap assembly

[00101] 66 - Торцевая плита[00101] 66 - End plate

[00102] 67 - Изолирующий пенокартонный диск[00102] 67 - Insulating foam pad

[00103] 68 - Центральное отверстие торцевой плиты[00103] 68 - End plate center hole

[00104] 70 - Кольцевой паз торцевой плиты[00104] 70 - End plate annular groove

[00105] 72 - Элемент торцевой стенки камеры сгорания[00105] 72 - Combustion chamber end wall element

[00106] 74 - Смотровая заглушка[00106] 74 - Inspection plug

[00107] 76 - Внутренний конец трубки топливно-воздушного инжектора[00107] 76 - Inner end of air-fuel injector tube

[00108] 78 - Изогнутый вниз конец трубки подачи масла[00108] 78 - Bent down end of the oil supply tube

[00109] 80 - Вставка для образования элемента Вентури[00109] 80 - Venturi insert

[00110] 81 - Камера сгорания[00110] 81 - Combustion chamber

[00111] 82 - Отверстие вставки Вентури[00111] 82 - Venturi insert hole

[00112] 84 - Внутренняя головка двигателя Стирлинга[00112] 84 - Stirling engine inner head

[00113] 97 - Ободок теплораспределительной головки (двигателя Стирлинга)[00113] 97 - Heat distribution head rim (Stirling engine)

[00114] 98 - Зазор[00114] 98 - Gap

[00115] 99 - Внутренняя концевая поверхность рекуператора[00115] 99 - Inner end surface of the heat exchanger

[00116] 100 и 102 - Расположенные в ряд коаксиальные кольцевые камеры рекуператора[00116] 100 and 102 - In-line coaxial annular recuperator chambers

[00117] 103 - Впускной трубопровод для воздуха, поддерживающего горение[00117] 103 - Combustion air intake manifold

[00118] 104 - Непроницаемая общая стенка коаксиальных камер рекуператора[00118] 104 - Impenetrable common wall of the coaxial chambers of the recuperator

[00119] 128 - Спиральное направляющее ребро в рекуператоре[00119] 128 - Spiral guide fin in recuperator

[00120] 130 - Оптические датчики[00120] 130 - Optical sensors

[00121] 132 и 134 - Керамические трубки для оптических датчиков.[00121] 132 and 134 - Ceramic tubes for optical sensors.

Claims

1. A burner capable of burning oil or other heavy oil fuel from a fuel source, the burner comprising a combustion chamber surrounded by a wall containing thermal insulation, the burner comprising:

(a) a fuel/air injector tube extending from the outer open end through the wall and open into the combustion chamber at the inner open end;

(b) an oil supply tube having an outer end for connection to a fuel source and extending into and along the inside of the air-fuel injector tube to an inner open end of the oil supply tube adjacent the inner end of the air-fuel injector tube;

(c) a venturi inserted into the air-fuel injector tube and having an opening located outside the inner open end of the oil supply tube; and

(d) a combustion air supply system comprising a blower and a heat exchanger having chambers arranged in a row separated by an impermeable common heat-conducting wall, the blower being connected to the combustion air inlet of the first of said chambers of the heat exchanger, wherein the outer open end of the fuel-air tube of the injector is connected to the combustion air outlet of the first recuperator chamber, the second of said recuperator chambers having an exhaust gas inlet connected to the combustion chamber and an exhaust gas outlet, the combustion air supply system being configured to pass the outgoing gaseous products combustion through the second chamber of the heat exchanger and heat transfer through the common heat-conducting wall to the incoming combustion air flowing through the first chamber of the heat exchanger and through the tube of the fuel-air injector.

2. The burner according to claim 1, characterized in that

(a) the combustion chamber wall has a cylindrical inner surface; and

(b) the fuel-air injector tube is aligned tangent to and adjacent to the cylindrical inner surface of the combustion chamber wall and is designed to inject fuel and air into the combustion chamber along the cylindrical inner surface and create a vortex flow through the combustion chamber.

3. The burner according to claim 2, characterized in that

(a) the fuel/air injector tube is positioned such that, in the operating orientation of the combustion chamber, the inner end of the fuel/air injector tube is at the top of the combustion chamber and is cut and shaped such that its inner open end follows the contour of the cylindrical inner surface of the chamber wall combustion;

(b) the venturi insert is within 2 cm of the inner end of the inner end of the air-fuel injector tube; and

(c) The oil supply tube has a downwardly turned bend between the venturi insert and the inner open end of the oil supply tube.

4. The burner according to claim 3, characterized in that the oil supply tube does not have nozzles at its inner open end and does not have nozzle elements built in to cause a divergence of the outgoing fuel stream.

5. The burner according to claim 1, characterized in that the fuel-air injector tube is located near the first end wall of the combustion chamber, and at the same time the gas ignition device of the igniter passes through the wall of the combustion chamber near the first end wall and is intended for initial ignition of the fuel, coming out of the oil supply pipe.

6. The burner according to claim 5, characterized in that a viewing hole is made through the first end wall of the combustion chamber, and a removable viewing plug is inserted into the viewing hole, and at the same time, a gas ignition device of the igniter passes through the viewing plug.

7. The burner according to claim 6, characterized in that the gas ignition device of the igniter has a ceramic flame stabilizer in the viewing plug at the inner end of the gas ignition device of the igniter, and the flame stabilizer has an inner end flush with the inner surface of the viewing plug.

8. The burner according to claim 7, characterized in that at least one ceramic tube also passes through the inspection plug, and the ceramic tube has an optical sensor in the line of sight of the inside of the combustion chamber, designed to monitor the presence of combustion in the combustion chamber.

9. A swirl burner for supplying heat to a heat-absorbing load, the swirl burner comprising:

(a) a cylindrical combustion chamber having opposite ends and surrounded by ceramic thermal insulation forming a cylindrical inner wall;

(b) a fuel inlet tube and an air inlet tube for injecting fuel and combustion air into a first of opposite ends of the combustion chamber in a spiral flow direction along the cylindrical inner wall of the combustion chamber to a second of opposite ends;

(c) a gas igniter igniter extending into the combustion chamber at a first of the opposite ends of the combustion chamber and for igniting the injected fuel;

(d) a recuperator at a second of opposite ends of the combustion chamber, the recuperator having chambers arranged in a row separated by an impermeable common heat-conducting wall, the air inlet tube being connected to the combustion air outlet of the first of the chambers, the second of the chambers having an inlet for exhaust gases connected to the combustion chamber, and an outlet for exhaust gases, and the recuperator is designed to receive the flow of exiting combustion gases through the second chamber and transfer heat through a common heat-conducting wall to the incoming combustion air flowing through the first chamber and through the inlet air tube; and

(e) a blower having an inlet and having an outlet connected to the combustion air inlet of the first of said chambers.

10. Swirl burner according to claim 9, characterized in that the heat-absorbing load is located near the second of the opposite ends of the combustion chamber and inside the heat exchanger with a gap for the flow of hot gaseous combustion products around the heat-absorbing load and into the exhaust gas inlet of the second of the heat exchanger chambers.

11. A swirl burner according to claim 10, characterized in that the heat absorbing load comprises a Stirling engine extending into the combustion chamber.

12. A swirl burner according to claim 11, characterized in that the Stirling engine has an internal head located near the second of the opposite ends of the combustion chamber, and the heat-absorbing load further comprises a heat distribution head surrounding the internal head of the Stirling engine and passing into the combustion chamber, and the heat distribution the head is located in the combustion chamber for blowing the gaseous products of combustion flowing into the recuperator, and for receiving thermal radiation from the inner walls of the combustion chamber.

13. A vortex burner according to claim 12, characterized in that the impermeable common heat-conducting wall of the heat exchanger is a stainless steel wall.

14. A burner having a tubular combustion chamber surrounded by and containing the following components:

(a) a mold insert;

(b) an inner core forming an inner wall of the combustion chamber coaxial with the mold liner, the inner core being molded onto the inner surface of the mold liner from fine ceramic powder and having a thermal conductivity of less than 10 Btu inch/(h⋅ft ² ⋅°F);

(c) an outer ceramic heat-insulating layer, which is a heat-insulating alumina patch, coaxially wound on the mold liner; and

(d) a steel body surrounding an alumina heat shield.

15. The burner according to claim 14, characterized in that the heat-insulating lining extends continuously from the mold insert to the steel body.

16. The burner according to claim 14, characterized in that the ceramic end wall of the combustion chamber is tightly fitted to the end of the coaxial mold insert, the inner core and the outer ceramic thermal insulation, and the end wall has an annular groove, and the annular groove has an inner diameter equal to the inner diameter of the inner core, and has an outer diameter equal to the outer diameter of the mold liner, for precise entry of the inner core and mold liner into the annular groove.

17. Burner according to claim 14, characterized in that it additionally contains a hole through the end wall and a manually removable inspection plug installed in this hole.

18. Burner according to claim 14, characterized in that the thermal conductivity of the inner core is less than 4 Btu inch/(h⋅ft ^2⋅ °F).

19. The burner according to claim 14, characterized in that the housing is a stainless steel housing.

20. A burner according to claim 14, characterized in that the burner comprises a second mold, the molds being arranged coaxially around a common central axis and adjoining end to end.