SU1746133A1

SU1746133A1 - Radiating bunker

Info

Publication number: SU1746133A1
Application number: SU904797316A
Authority: SU
Inventors: Олег Евгеньевич Хлебников; Петр Петрович Полевой; Владимир Иванович Родионов
Original assignee: Институт технической теплофизики АН УССР
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1992-07-07

Abstract

Использование: термическа обработка полупрозрачных материалов. Сущность изобретени : дополнительный излучатель 6 вы- полнен в виде пакета световодов 7, установленных с образованием каналов дл отвода продуктов сгорани . При изменении расхода газовоздушной смеси происходит изменение интенсивностей излучени на основном 5 и дополнительном 6 излучател х в широком диапазоне волн инфракрасного излучени . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Use: thermal processing of translucent materials. The essence of the invention: additional emitter 6 is made in the form of a package of light guides 7 installed with the formation of channels for exhausting combustion products. When the flow rate of the gas-air mixture changes, the radiation intensities change on the main 5 and additional 6 radiators in a wide range of infrared radiation waves. 1 hp f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относится к газогорелочным устройствам, в частности к горелкам для получения инфракрасного излучения, широко применяемыми в технике, в частности, для термообработки полупрозрачных материалов (стекла, кварца, оптических кристаллов и т.п.).The invention relates to gas burner devices, in particular to burners for receiving infrared radiation, widely used in technology, in particular, for heat treatment of translucent materials (glass, quartz, optical crystals, etc.).

Известны излучающие горелки, содержащие газораспределительный корпус, камеру сгорания, нагреватель и холодный экран, выполненный из прозрачного в ИКобласти спектра материала, например фторопластовой пленки.Known emitting burners containing a gas distribution housing, a combustion chamber, a heater and a cold screen made of a spectrum of a material transparent in the infrared region, for example a fluoroplastic film.

Однако горелки имеют низкий коэффициент полезного действия, так как материал холодного экрана поглощает и рассеивает инфракрасное излучение в узком спектральном диапазоне.However, burners have a low efficiency, since the material of the cold screen absorbs and scatters infrared radiation in a narrow spectral range.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является радиационная горелка. Горелка имеет основную радиационную пластину из пористого огнеупорного материала, и дополнительную радиационную пластину, установленную на некотором расстоянии от основной в общей камере с патрубком подвода газовоздушной смеси. Повышение КПД достигается увеличением температуры дополнительной излучающей поверхности до 1200°С за счет частичного использования теплоты уходящих газов основной радиационной пластины на нагрев дополнительной пластины.Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a radiation burner. The burner has a main radiation plate of porous refractory material, and an additional radiation plate installed at some distance from the main in a common chamber with a pipe for supplying a gas-air mixture. An increase in efficiency is achieved by increasing the temperature of the additional radiating surface to 1200 ° C due to the partial use of the heat of the flue gases of the main radiation plate to heat the additional plate.

Недостатком известной горелки является ограничение функциональных возможностей излучения, связанное с отсутствием регулирования спектра излучения из-за постоянства спектральных характеристик излучающего материала. Для эффективного нагрева спектральная характеристика данного излучателя должна в каждом конкретном случае подбираться в строгом соответствии с оптическими характеристиками нагреваемого материала.A disadvantage of the known burner is the limitation of the functionality of the radiation associated with the lack of regulation of the radiation spectrum due to the constancy of the spectral characteristics of the emitting material. For effective heating, the spectral characteristic of this emitter should in each case be selected in strict accordance with the optical characteristics of the material being heated.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулирования спектра инфракрасного излучения.The aim of the invention is to expand the functionality by increasing the range of regulation of the spectrum of infrared radiation.

В излучающей горелке, содержащей корпус с патрубком подвода горючей смеси, основной и дополнительный излучатели, установленные с образованием камеры сгорания, дополнительный излучатель выполнен в виде пакета цилиндрических световодов, установленных параллельно продольной оси камеры сгорания с образованием продольных каналов для отвода продуктов сгорания.In a radiating burner containing a housing with a nozzle for supplying a combustible mixture, the main and additional emitters installed with the formation of the combustion chamber, the additional emitter is made in the form of a package of cylindrical optical fibers mounted parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber with the formation of longitudinal channels for removal of combustion products.

Световоды выполнены с диаметром, составляющим 0,02...0,25 от длины пакетами имеют суммарную площадь поперечных сечений, превышающую в 3...10 раз суммарную площадь проходных сечений продоль ных каналов.The fibers are made with a diameter of 0.02 ... 0.25 of the length of the packets and have a total cross-sectional area exceeding 3 ... 10 times the total area of the passage sections of the longitudinal channels.

На фиг.1 изображена излучающая горелка, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, дополнительный стержневой излучатель; на фиг.З - то же, дополнительный трубчатый излучатель.Figure 1 shows a radiating burner, General view; figure 2 is a section aa in figure 1, an additional rod emitter; in Fig.Z - the same, additional tubular emitter.

Горелка имеет корпус 1 с подводящим патрубком 2. В корпусе последовательно размещены рассекатель 3, распределительная камера 4, основной излучатель 5, выполненный из пористой огнеупорной керамики, 15 и дополнительный излучатель 6, изготовленный из кварцевых световодов 7. Между излучателями 5 и 6 образована камера 8 сгорания, ограниченная огнеупорными стенками 9. Световоды 7 образуют между собой зазоры 10 и выполнены либо в виде стержней (фиг.2), либо в виде полых трубок (фиг.З).The burner has a housing 1 with an inlet pipe 2. A divider 3, a distribution chamber 4, a main emitter 5 made of porous refractory ceramic, 15 and an additional emitter 6 made of quartz optical fibers 7 are sequentially placed in the housing. A chamber 8 is formed between the emitters 5 and 6 combustion, limited by the refractory walls 9. The fibers 7 form a gap 10 and are made either in the form of rods (figure 2), or in the form of hollow tubes (Fig.Z).

Температура световодов и, соответственно, интенсивность излучения дополни25 тельного излучателя 6 зависит от условий теплообмена световодов с газовым потоком. Каждый из световодов нагревается газовым потоком в основном через боковую поверхность при одновременном излуче30 нии через торцовую, поэтому температура световода зависит от соотношения тепловоспринимающей и теплоотдающей поверхностей, что определяется соотношением между диаметром и длиной световодов.The temperature of the optical fibers and, accordingly, the radiation intensity of the additional emitter 6 depends on the heat exchange conditions of the optical fibers with a gas stream. Each of the fibers is heated by the gas flow mainly through the side surface while simultaneously emitting through the end surface; therefore, the temperature of the fiber depends on the ratio of the heat-receiving and heat-releasing surfaces, which is determined by the ratio between the diameter and length of the fibers.

При соотношении больше 0,25, т.е. при малой длине световодов, потери теплоты через огнеупорные стенки становятся сопоставимыми с излучаемым потоком, что приводит к снижению КПД дополнительно40 го излучателя и, следовательно, к ограничению возможностей регулирования спектра всей горелки. При величине соотношения меньше 0,02 увеличение длины световодов) ухудшаются характеристики излучателя.With a ratio greater than 0.25, i.e. for a short fiber length, heat losses through the refractory walls become comparable with the emitted flux, which leads to a decrease in the efficiency of an additional 40 emitter and, therefore, to a limited ability to control the spectrum of the entire burner. When the ratio is less than 0.02, an increase in the length of the optical fibers), the characteristics of the emitter deteriorate.

Для эффективной работы излучающей горелки экспериментально установлено соотношение поперечного сечения световодов к живому сечению для прохода продуктов сгорания, равное 3-10. При вели50 чине меньше 3 наблюдается резкое уменьшение лучистого потока от дополнительного излучателя в связи с изменением режима течения в каналах и уменьшением коэффициентов теплоотдачи. А при величине боль55 ше 10 резко возрастает аэродинамическое сопротивление дополнительного излучателя при незначительном увеличении КПД горелки.For the efficient operation of the emitting burner, the ratio of the cross section of the optical fibers to the living section for the passage of combustion products is experimentally established, equal to 3-10. At a value of less than 3, a sharp decrease in the radiant flux from an additional emitter is observed due to a change in the flow regime in the channels and a decrease in the heat transfer coefficients. And at a value of greater than 10, the aerodynamic resistance of the additional emitter sharply increases with a slight increase in burner efficiency.

При работе устройства смесь газообразного топлива с окислителем поступает черезDuring operation of the device, a mixture of gaseous fuel with an oxidizing agent enters through

1746133 .1746133.

патрубок 2 в корпус 1, при этом рассекателем 3 и распределительной камерой 4 обеспечивается равномерное статическое давление на входе газов в излучатель 5, за счет чего газовоздушная смесь равномер- 5 ным потоком поступает в камеру 8 сгорания.a nozzle 2 into the housing 1, while the divider 3 and the distribution chamber 4 provide uniform static pressure at the gas inlet to the emitter 5, due to which the gas-air mixture enters the combustion chamber 8 in a uniform 5 stream.

Горение смеси происходит в основном на поверхности излучателя 5, за счет чего поверхность разогревается, и заканчивается перед дополнительным излучателем 6. 10 Продукты сгорания проходят в зазорах 10, нагревая световоды 7. Воспринятое световодами тепло частично пёреизлучается через их торцы на основной излучатель 5, повышая температуру его поверхности и ин- 15 тенсифицируя горение смеси. Остальная часть воспринятой световодом теплоты излучается через противоположные торцы.The combustion of the mixture occurs mainly on the surface of the emitter 5, due to which the surface heats up, and ends before the additional emitter 6. 10 The combustion products pass in the gaps 10, heating the optical fibers 7. The heat received by the optical fibers is partially radiated through their ends to the main radiator 5, increasing the temperature its surface and intensifying the combustion of the mixture. The rest of the heat absorbed by the light guide is radiated through opposite ends.

Излучаемый горелкой тепловой поток складывается из потока от излучателя 5 на длинах волн 0,8-3,5 мкм, проходящего по кварцевым световодам, и дополнительного потока на длинах волн свыше 3,5 мкм, излучаемого нагретыми кварцевыми световодами. 25The heat flux emitted by the burner is composed of the flux from the emitter 5 at wavelengths of 0.8-3.5 μm passing through the quartz optical fibers, and an additional stream at wavelengths greater than 3.5 μm emitted by the heated quartz optical fibers. 25

При необходимости изменить спектральную характеристику излучения горелки достаточно изменить расход через нее газовоздушной смеси. В частности, при увеличении расхода уменьшается нагрев основного 30 излучателя 5, что сопровождается снижением интенсивности излучения на длинах волн 0,8-3,5 мкм. Одновременно с этим увененного из стрежней, поэтому горелка может работать при меньших располагаемых напорах газа и воздуха. Однако при этом уменьшается интенсивность излучения дополнительного излучателя и возможности его регулирования, поэтому выбор варианта диктуется конкретными условиями эксплуатации горелки.If necessary, change the spectral characteristic of the burner radiation, it is enough to change the flow rate of the gas-air mixture through it. In particular, with an increase in flow rate, the heating of the main 30 emitter 5 decreases, which is accompanied by a decrease in the radiation intensity at wavelengths of 0.8-3.5 μm. At the same time, it is crowned from rods, so the burner can work with lower disposable gas and air pressure. However, this reduces the radiation intensity of the additional emitter and the possibility of its regulation, so the choice is dictated by the specific operating conditions of the burner.

По данным теоретических расчетов и проведенных экспериментальных исследований опытного образца излучающей горелки установлено, что использование изобретения в народном хозяйстве по сравнению с известными горелками фирмы Шванк ФРГ позволяет увеличить мощность теплового потока в 1,5- .1,8 раз· и снизить удельный расход топлива на 30% при одновременном увеличении надежности работы устройства, что обеспечивает получение 20 экономического эффекта.According to theoretical calculations and experimental studies of a prototype emitting burner, it was found that the use of the invention in the national economy in comparison with the well-known Schwank burners of the Federal Republic of Germany can increase the heat flux by 1.5- .1.8 times · and reduce specific fuel consumption by 30% while increasing the reliability of the device, which provides 20 economic benefits.

Claims

Claim

1. A radiating burner containing a housing with a nozzle for supplying a combustible mixture, the main and additional emitters installed with the formation of a combustion chamber, characterized in that, in order to expand functionality by increasing the range of regulation of the spectrum of infrared radiation, the additional emitter is made in the form of a package of cylindrical optical fibers mounted parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber with formation extends the temperature of the quartz emitter 6 and, accordingly, NOSTA radiation at wavelengths above 3.5 microns.

The operation of the burner, in which the additional emitter is made of tubes, is similar to that indicated and differs only in that the aerodynamic resistance of such an emitter has no channels for the removal of combustion products.

2. The burner according to claim 1, with the fact that the optical fibers are made with a diameter of 0.02-0.25 lengths of the packet and have a total cross-sectional area exceeding 3- 10 times the total cross-sectional area πρό- fez