WO2023277724A1 - Pulsating combustion apparatus with increased efficiency - Google Patents

Pulsating combustion apparatus with increased efficiency Download PDF

Info

Publication number
WO2023277724A1
WO2023277724A1 PCT/RU2021/000282 RU2021000282W WO2023277724A1 WO 2023277724 A1 WO2023277724 A1 WO 2023277724A1 RU 2021000282 W RU2021000282 W RU 2021000282W WO 2023277724 A1 WO2023277724 A1 WO 2023277724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
helmholtz resonator
combustion
air
chamber
tube
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000282
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Ильгиз Амирович Ямилев
Original Assignee
Ильгиз Амирович Ямилев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ильгиз Амирович Ямилев filed Critical Ильгиз Амирович Ямилев
Priority to PCT/RU2021/000282 priority Critical patent/WO2023277724A1/en
Priority to CN202180099604.4A priority patent/CN117501046A/en
Publication of WO2023277724A1 publication Critical patent/WO2023277724A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

Definitions

  • the invention relates to the field of energy and can be used in heating systems, in particular in water heaters or boilers, in recovery systems operating on the combustion of associated gas, in power generation systems.
  • Pulsed combustion devices are widely known, containing a combustion chamber, an ignition device, fuel supply devices, air supply devices and exhaust channels for removing combustion products. Such devices have high efficiency, but create significant noise and vibration. Attempts are being made to further increase efficiency, in addition, attempts are being made to reduce noise and vibration. The increase in efficiency and the problem of reducing noise and vibration in pulsating combustion devices were solved in different ways.
  • the pulsating combustion device contains an air supply silencer and an exhaust gas silencer, which are combined into a two-cylinder housing, consisting of an outer and an inner cylinder, which are divided into low-frequency and high-frequency noise reduction chambers.
  • the air damper enclosure is covered with sound-absorbing material, and the flue gas duct contains a gas-to-gas heat exchanger.
  • a silencer is installed in the flue gas outlet channel, consisting of two chambers connected by a pipe. To increase the efficiency of the pulsating combustion device and to reduce the noise level, these cavities are placed in a vessel with a coolant.
  • a muffler is installed in the air supply channel, on one side connected to the fan, on the other side with an air chamber enclosing the air valve and having inner and outer walls, the space between which is filled with sand.
  • a device for pulsating combustion in which Helmholtz resonators with a natural resonant frequency below the frequency of working combustion pulsations are used in the flue gas outlet channel and in the air supply channel to increase efficiency and reduce noise. Additionally, the efficiency is increased by the location of the pipes of the Helmholtz resonators of the smoke channel inside the pipes of the Helmholtz resonators for air supply and / or the location of the pipes of the Helmholtz resonators for air supply inside the pipes of the Helmholtz resonators of the smoke channel (WO 2020117087, pub. 11.06.2020).
  • the technical problem solved by the invention is a further increase in the efficiency of the pulsating combustion device.
  • FIG. 1 shows the proposed apparatus with the location of the tube of the Helmholtz resonator of the smoke channel in the tube of the Helmholtz resonator of the air channel.
  • FIG. 2 shows the proposed apparatus with the arrangement of several tubes of the Helmholtz resonator of the smoke channel in the tube of the Helmholtz resonator of the air channel.
  • FIG. 3 shows the proposed apparatus with the arrangement of several tubes of the Helmholtz resonator of the air channel in the tube of the Helmholtz resonator of the smoke channel.
  • FIG. 4 shows a graph of the efficiency of the apparatus as a function of the area of heat exchange between the flue gas flow and the air flow.
  • FIG. 5 shows the proposed apparatus with a hole in the chamber of the Helmholtz resonator, which reduces the quality factor of the Helmholtz resonator.
  • FIG. 6 shows a fragment of the proposed apparatus with an element that improves the start of the pulsating combustion apparatus.
  • the pulsating combustion device comprises a combustion chamber 3 placed in a vessel 1 with a coolant 2 and a resonant pipe 4 connected to the combustion chamber 3.
  • An assembly for separate air and combustible gas supply is connected to the combustion chamber 3, containing an air duct 5 with holes 6 for the passage of combustible gas.
  • an air check valve 7 and a combustible gas check valve 8 are connected.
  • the check valve 8 of combustible gas is located in the chamber 9 of the fence.
  • the first Helmholtz resonator 10 is installed, formed by the smoke chamber 11 and the chimney 12 located after it.
  • the Helmholtz resonator 10 has its own resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1.
  • the air and combustible gas supply unit is located in the air chamber 13 , with which an air pipe 14 is connected.
  • the chamber 13 and the pipe 14 form a second Helmholtz resonator 15, which also has its own resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1.
  • the chimney 12 is located in the air pipe 14.
  • the chamber 11 is directly connected to the resonant pipe 4.
  • the air chamber 13 is connected to the air and gas supply unit through the air check valve 7.
  • the efficiency of the pulsating combustion device depends on the temperature of the flue gases released into the atmosphere. The lower this temperature, the higher the efficiency.
  • the temperature of the air entering combustion is lower than the temperature of the coolant, so the presence of heat exchange between the air and flue streams lowers the temperature of the flue gases at the outlet, which increases the efficiency, as indicated in W02020117087. Increasing the area of heat exchange between air and smoke flows leads to an additional increase in efficiency.
  • the first Helmholtz resonator 16, formed by the chamber 17 and the chimneys 18 located after it, has a natural resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1
  • Smoke pipes 18 are located inside the air pipe 21. This design allows you to significantly increase the area of heat exchange between smoke and air flows without reducing the flow velocity and without creating conditions for standing waves in pipes 18 and 21.
  • the air and combustible gas supply unit consists of a pre-mixing chamber 22 and a combustible mixture channel 23.
  • the air and gas check valve 24 and the combustible gas check valve 25 are connected to the air and gas supply unit.
  • flame arresters 27 as in US 5106292, flame arresters as in JPH 03225101, flame retardant generator as in FR 0856440 can be installed.
  • the chamber 17 is directly connected to the resonant tube 28.
  • the chamber 20 is connected to the air and combustible gas supply unit by means of a check valve 24 for air.
  • the air check valve 35 may have chambers at the inlet and outlet, as in JPH03225101A.
  • a chamber with a pipe form a third Helmholtz resonator 36 (resonators) with a natural resonant frequency above the combustion pulsation frequency, and chambers connected by holes form low-pass filters 37.
  • the air pipes 34 are located inside the chimney 31. This solution allows to obtain an efficiency increase similar to that shown in FIG. 2.
  • the smoke chamber 30 is connected to the resonant pipes 38 by means of a transition element 39, which may be a low-pass filter in the form of a chamber with an outlet, or may be a fourth Helmholtz resonator with a resonant frequency above the combustion pulsation frequency in the form of a chamber and a branch pipe (at Fig. 3 are not shown).
  • the air chamber 33 is connected to the air and gas supply unit by means of resonators 36, an air check valve 35, and low-pass filters 37.
  • the working pulsator (combustion resonator formed by the combustion chamber and resonant tubes) has a quality factor margin due to the limitation of the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber by the combustion start angle, while the quality factor of the working pulsator is greater than 1. If, taking into account losses in the smoke resonator Helmholtz quality factor of the working pulsator becomes lower than the quality factor limited by the angle of the start of combustion, then the heat exchange between the working pulsator and the coolant decreases, which leads to a decrease in the efficiency of the working pulsator.
  • the optimal heat exchange area is such an area at which the sum of the efficiency of the working pulsator and the added efficiency of heat exchange between the pipes of the smoke and air channels has a maximum value.
  • FIG. 4 shows a plot of efficiency versus heat exchange area between the smoke stream and the air stream.
  • Line 40 shows the efficiency of the working pulsator without limiting the quality factor by the angle of the start of combustion.
  • Line 41 shows the efficiency of the working pulsator when the quality factor is limited by the angle of the start of combustion.
  • Line 42 shows the increase in efficiency by heat exchange between the smoke stream and the air stream.
  • Line 43 shows the total value of the efficiency of the working pulsator and the addition of efficiency by heat exchange between the smoke stream and the air stream. The optimal heat exchange area between the smoke stream and the air stream is shown by pointer 44.
  • the resistance of the tubes of the Helmholtz resonator of the air channel increases.
  • the resistance of the tubes of the Helmholtz resonators of the air channel determines the required average air pressure difference between the atmosphere and the combustion chamber, which is necessary for the operating flow of combustion air. With high resistance, the necessary air flow for combustion is not provided. Air enters the combustion chamber in flow pulsations. Therefore, the Helmholtz resonators of the air channel must have losses of oscillation energy not higher than a certain value, respectively, the Helmholtz resonators of the air channel must have a quality factor not lower than a certain value.
  • the quality factor of the Helmholtz resonator reflects the ratio of vibration energy to the loss of vibration energy.
  • the energy loss of the Helmholtz resonator oscillations consists of the loss of kinetic energy on the active resistance of the resonant tubes and the loss of potential energy of pressure in the chamber. Potential pressure energy occurs when there are holes or slots in the chamber.
  • the chambers of the flue gas Helmholtz resonators may have openings for connection to a condensate drain. On FIG. 5 in the smoke chamber 45 there is a hole 46 for connecting the pipe 47 of the condensate drain system, which reduces the quality factor of the Helmholtz resonator 48 formed by the smoke chamber 45 and the chimney 49.
  • a large drop in the quality factor of the Helmholtz resonator 48 with hole 46 can lead to a drop in the efficiency of the working pulsator without the use of heat exchange between the smoke stream and the air stream.
  • the smoke chamber 45 of the Helmholtz resonator 48 formed by the smoke chamber 45 and the chimney 49 is directly connected to the resonant tube 50.
  • the air chamber 51 of the Helmholtz resonator 52 formed by the air chamber 51 and the air tube 53 is connected to the air and gas supply unit by means of a return air valve 54.
  • the partition 55 is the wall of the chamber 51 and at the same time the wall of the chamber 45.
  • the guide element 63 consists of two walls, one of which is located with a gap relative to the duct, and the other is installed with a gap relative to the combustion chamber 56. Said walls are connected to the air duct 59 and the combustion chamber 56 by a rib located radially relative to the air duct 59.
  • the quality factor of the working pulsator (resonator), taking into account the quality factor of the Helmholtz smoke resonator, is equal to:
  • Q is the quality factor of the working pulsator, taking into account losses in the smoke resonator
  • Helmholtz is equal to: where b* is the quality factor of the Helmholtz resonator,
  • the chamber of the Helmholtz resonator may have holes or slots, for example, to drain condensate. Then, in addition to losses of vibrational energy on the resistance of pipes, there will also be losses of pressure energy to the chamber.
  • the quality factor of such a Helmholtz resonator is equal to: where R is the quality factor of the Helmholtz resonator,
  • R ' total active resistance of one or more pipes, Pa -sec / m 3
  • WO 2020117087 also stated that the resistance of a Helmholtz resonator chamber with acoustic capacitance to vibrations with frequency / is equal to: where “ c _ is the resistance of the acoustic capacitance with oscillations with a frequency / Pa -sec / m 3
  • WO 2020117087 also stated that the resistance of Helmholtz resonator tubes with a total acoustic inductance L to oscillations with frequency / is equal to:
  • WO 2020117087 also stated that the camera has acoustic capacitance properties equal to: where C is the acoustic capacitance, m b / Pa ⁇ Y is the adiabatic coefficient,
  • V is the volume of the chamber, m .
  • WO 2020117087 also stated that the pipe has an acoustic inductance property equal to:
  • P is the density of the gas in the pipe, , ⁇ - pipe length, m ,
  • A is the cross-sectional area of the pipe, for several pipes the sum
  • the total inductance of several parallel pipes of different inductance is calculated taking into account the total inductance of two parallel pipes: where L _ total acoustic inductance, Pa s 2 1 m ,
  • X _ the sum of the aerodynamic resistance coefficients of the pipe: inlet, outlet, along the length and local, for example, turns,
  • the active resistance of a hole or slot is equal to: where R is the active resistance of the hole or slot, Pa-sec 1m 3
  • ⁇ - gas consumption, , - aerodynamic drag coefficient of the hole or slot equal to 0.5.
  • A is the cross-sectional area of the pipe, m2 .
  • the total active resistance of several different parallel resistances is calculated taking into account the total active resistance of two parallel different resistances: where R is the total active resistance, Pa-sec/m parallel active resistances, Pa-sec/m
  • the proposed invention provides an increase in the efficiency of the pulsating combustion apparatus by using a balance between the quality factor, active resistance, and pressure loss.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of power engineering and can be used in heating systems, more particularly in water heaters or boilers, in recovery systems fuelled by the combustion of associated gas, and in electric power generating systems. A pulsating combustion apparatus comprises a combustion chamber, an air and hot gas feed device connected to the inlet of the combustion chamber, and at least one resonance tube connected to the outlet of the combustion chamber. Connected directly or indirectly to the outlet of the at least one resonance tube is a first Helmholtz resonator containing a chamber and at last one tube, wherein the natural frequency of the first Helmholtz resonator is lower than the combustion pulsation frequency and the Q factor of the first Helmholtz resonator is higher than one. Connected directly or indirectly to the air and hot gas feed device is a second Helmholtz resonator containing a chamber and at last one tube, wherein the natural frequency of the second Helmholtz resonator is lower than the combustion pulsation frequency and the Q factor of the second Helmholtz resonator is higher than one. The invention allows an even greater increase in the efficiency of the apparatus.

Description

Аппарат пульсирующего горения с повышенным КПД Pulsating combustion apparatus with increased efficiency
Область техники Technical field
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах, в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа, в системах выработки электрической энергии. The invention relates to the field of energy and can be used in heating systems, in particular in water heaters or boilers, in recovery systems operating on the combustion of associated gas, in power generation systems.
Предыдущий уровень техники Prior Art
Широко известны устройства пульсирующего горения, содержащие камеру сгорания, запальное устройство, устройства подвода топлива, подвода воздуха и выхлопные каналы отвода продуктов сгорания. Такие устройства имеют высокий КПД, но создают значительный шум и вибрации. Предпринимаются попытки по дополнительному повышению КПД, кроме того, предпринимаются попытки по снижению шума и вибрации. Повышение КПД и проблема снижения шума и вибрации в устройствах пульсирующего горения решалась по-разному. Pulsed combustion devices are widely known, containing a combustion chamber, an ignition device, fuel supply devices, air supply devices and exhaust channels for removing combustion products. Such devices have high efficiency, but create significant noise and vibration. Attempts are being made to further increase efficiency, in addition, attempts are being made to reduce noise and vibration. The increase in efficiency and the problem of reducing noise and vibration in pulsating combustion devices were solved in different ways.
Известны глушители для компрессоров с пульсирующим расходом газа и им подобных устройств. В патенте US 2943641 описан глушитель на основе резонаторов Гельмгольца, коэффициент глушения зависит от отношения частоты шума к собственной частоте резонатора. Known mufflers for compressors with pulsating gas flow and similar devices. US Pat. No. 2,943,641 describes a damper based on Helmholtz resonators, the damping factor depends on the ratio of the noise frequency to the natural frequency of the resonator.
В устройстве пульсирующего горения по патенту US 4639208 для снижения уровня шума установлены звукопоглощающие материалы на пути от камеры сгорания до обратного клапана. В устройстве пульсирующего горения по патенту US 4259928 в канале подачи воздуха применён глушитель, сопряженный с воздушным обратным клапаном, и кроме того, этот глушитель сам находится внутри ограждающей полости, которая расположена в сосуде с водой. В канале дымовых газов также установлен глушитель. In the pulsating combustion device according to US 4639208, sound-absorbing materials are installed on the path from the combustion chamber to the check valve to reduce the noise level. In the pulsating combustion device according to US Pat. No. 4,259,928, a silencer is used in the air supply channel, coupled with an air check valve, and in addition, this silencer itself is located inside the enclosing cavity, which is located in a vessel with water. A silencer is also installed in the flue gas channel.
В устройстве пульсирующего горения по патенту US 4477246 содержится глушитель на подаче воздуха и глушитель отходящих дымовых газов, которые объединены в двухцилиндровый корпус, состоящий из внешнего и внутреннего цилиндров, которые разделены на низкочастотные и высокочастотные шумопонижающие камеры. The pulsating combustion device according to US 4,477,246 contains an air supply silencer and an exhaust gas silencer, which are combined into a two-cylinder housing, consisting of an outer and an inner cylinder, which are divided into low-frequency and high-frequency noise reduction chambers.
В устройстве пульсирующего горения по патенту US 4475621 ограждение воздушного клапана покрыто звукопоглощающим материалом, в канале отвода дымовых газов содержится теплообменник типа газ-газ. In the pulsating combustion device according to US 4475621, the air damper enclosure is covered with sound-absorbing material, and the flue gas duct contains a gas-to-gas heat exchanger.
В устройстве пульсирующего горения по патенту US 5020987 для снижения уровня шума применён усовершенствованный обратный механический клапан газовой среды, позволяющий понизить амплитуду колебаний давления в камере сгорания. In the pulsating combustion device according to US 5,020,987, an improved mechanical gas medium check valve is used to reduce the noise level, which makes it possible to reduce the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber.
В устройстве пульсирующего горения по патенту US4919085 в канале отвода дымовых газов установлен глушитель, состоящий из двух камер, соединенных трубой. Для повышения КПД устройства пульсирующего горения и для снижения уровня шума\ указанные полости размещают в сосуде с теплоносителем. В канале подачи воздуха установлен глушитель, с одной стороны связанный с вентилятором, с другой стороны с воздушной камерой, ограждающей воздушный клапан и имеющей внутреннюю и наружную стенки, пространство между которыми заполнено песком. In the pulsating combustion device according to patent US4919085, a silencer is installed in the flue gas outlet channel, consisting of two chambers connected by a pipe. To increase the efficiency of the pulsating combustion device and to reduce the noise level, these cavities are placed in a vessel with a coolant. A muffler is installed in the air supply channel, on one side connected to the fan, on the other side with an air chamber enclosing the air valve and having inner and outer walls, the space between which is filled with sand.
Наиболее близким к предложенному аппарату является устройство пульсирующего горения, в котором в канале отвода дымовых газов и в канале подачи воздуха применяются резонаторы Гельмгольца с собственной резонансной частотой ниже частоты рабочих пульсаций горения для повышения КПД и снижения уровня шума. Дополнительно КПД повышается расположением труб резонаторов Гельмгольца дымового канала внутри труб резонаторов Гельмгольца подачи воздуха и/или расположение труб резонаторов Гельмгольца подачи воздуха внутри труб резонаторов Гельмгольца дымового канала (WO 2020117087, опуб. 11.06.2020). Closest to the proposed apparatus is a device for pulsating combustion, in which Helmholtz resonators with a natural resonant frequency below the frequency of working combustion pulsations are used in the flue gas outlet channel and in the air supply channel to increase efficiency and reduce noise. Additionally, the efficiency is increased by the location of the pipes of the Helmholtz resonators of the smoke channel inside the pipes of the Helmholtz resonators for air supply and / or the location of the pipes of the Helmholtz resonators for air supply inside the pipes of the Helmholtz resonators of the smoke channel (WO 2020117087, pub. 11.06.2020).
Сущность изобретения The essence of the invention
Технической проблемой, решаемой изобретением, является дальнейшее повышение КПД устройства пульсирующего горения. The technical problem solved by the invention is a further increase in the efficiency of the pulsating combustion device.
Перечень чертежей List of drawings
На Фиг. 1 показан предложенный аппарат с расположением трубы резонатора Гельмгольца дымового канала в трубе резонатора Гельмгольца воздушного канала. На Фиг. 2 показан предложенный аппарат с расположением нескольких труб резонатора Гельмгольца дымового канала в трубе резонатора Гельмгольца воздушного канала. На Фиг. 3 показан предложенный аппарат с расположением нескольких труб резонатора Гельмгольца воздушного канала в трубе резонатора Г ельмгольца дымового канала. On FIG. 1 shows the proposed apparatus with the location of the tube of the Helmholtz resonator of the smoke channel in the tube of the Helmholtz resonator of the air channel. On FIG. 2 shows the proposed apparatus with the arrangement of several tubes of the Helmholtz resonator of the smoke channel in the tube of the Helmholtz resonator of the air channel. On FIG. 3 shows the proposed apparatus with the arrangement of several tubes of the Helmholtz resonator of the air channel in the tube of the Helmholtz resonator of the smoke channel.
На Фиг. 4 показан график зависимости КПД аппарата от площади теплообмена между потоком дымовых газов и потоком воздуха. On FIG. 4 shows a graph of the efficiency of the apparatus as a function of the area of heat exchange between the flue gas flow and the air flow.
На Фиг. 5 показан предложенный аппарат с отверстием в камере резонатора Гельмгольца, которое уменьшает добротность резонатора Гельмгольца. On FIG. 5 shows the proposed apparatus with a hole in the chamber of the Helmholtz resonator, which reduces the quality factor of the Helmholtz resonator.
На Фиг. 6 показан фрагмент предложенного аппарата с элементом, улучшающий запуск аппарата пульсирующего горения. On FIG. 6 shows a fragment of the proposed apparatus with an element that improves the start of the pulsating combustion apparatus.
Примеры предпочтительных вариантов осуществления изобретения Examples of preferred embodiments of the invention
На Фиг. 1 устройство пульсирующего горения содержит помещенные в сосуд 1 с теплоносителем 2 камеру 3 сгорания и соединенную с камерой 3 сгорания резонансную трубу 4. С камерой 3 сгорания соединен узел раздельной подачи воздуха и горючего газа, содержащий воздуховод 5 с отверстиями 6 для прохода горючего газа. С узлом подачи воздуха и горючего газа соединены обратный клапан 7 воздуха и обратный клапан 8 горючего газа. Обратный клапан 8 горючего газа располагается в камере 9 ограждения. После резонансной трубы 4 установлен первый резонатор 10 Гельмгольца, образованный дымовой камерой 11 и расположенной после нее дымовой трубой 12. Резонатор 10 Гельмгольца имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1. Узел подачи воздуха и горючего газа расположен в воздушной камере 13, с которой соединена воздушная труба 14. Камера 13 и труба 14 образуют второй резонатор 15 Гельмгольца, который также имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1. Дымовая труба 12 расположена в воздушной трубе 14. Камера 11 соединена с резонансной трубой 4 непосредственно. Воздушная камера 13 соединена с узлом подачи воздуха и газа через обратный клапан 7 воздуха. On FIG. 1, the pulsating combustion device comprises a combustion chamber 3 placed in a vessel 1 with a coolant 2 and a resonant pipe 4 connected to the combustion chamber 3. An assembly for separate air and combustible gas supply is connected to the combustion chamber 3, containing an air duct 5 with holes 6 for the passage of combustible gas. With the air and combustible gas supply unit, an air check valve 7 and a combustible gas check valve 8 are connected. The check valve 8 of combustible gas is located in the chamber 9 of the fence. After the resonance tube 4, the first Helmholtz resonator 10 is installed, formed by the smoke chamber 11 and the chimney 12 located after it. The Helmholtz resonator 10 has its own resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1. The air and combustible gas supply unit is located in the air chamber 13 , with which an air pipe 14 is connected. The chamber 13 and the pipe 14 form a second Helmholtz resonator 15, which also has its own resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1. The chimney 12 is located in the air pipe 14. The chamber 11 is directly connected to the resonant pipe 4. The air chamber 13 is connected to the air and gas supply unit through the air check valve 7.
КПД устройства пульсирующего горения зависит от температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу. Чем ниже эта температура, тем выше КПД. Температура воздуха, поступающего на горение ниже температуры теплоносителя, поэтому наличие теплообмена между воздушным и дымовым потоками понижает температуру дымовых газов на выходе, что повышает КПД, как указано в W02020117087. Увеличение площади теплообмена между воздушным и дымовым потоками приводит к дополнительному повышению КПД. The efficiency of the pulsating combustion device depends on the temperature of the flue gases released into the atmosphere. The lower this temperature, the higher the efficiency. The temperature of the air entering combustion is lower than the temperature of the coolant, so the presence of heat exchange between the air and flue streams lowers the temperature of the flue gases at the outlet, which increases the efficiency, as indicated in W02020117087. Increasing the area of heat exchange between air and smoke flows leads to an additional increase in efficiency.
Для повышения КПД можно увеличить площадь теплообмена, для чего увеличить площадь поперечного сечения и длину труб 12 и 14. Однако этот метод имеет ограничение, связанное с тем, что в таком случае снижается скорость потоков, что уменьшает эффективность теплообмена между трубами и потоками дыма и воздуха. Кроме того, при увеличении длины труб в них могут возникать стоячие волны, что нарушает режим работы устройства пульсирующего горения. Данный метод повышает КПД, но не позволяет получить максимально возможный результат от повышения площади теплообмена между потоками дыма и воздуха. На Фиг. 2 первый резонатор 16 Гельмгольца, образованный камерой 17 и расположенными после нее дымовыми трубами 18, имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1, и второй резонатор 19 Гельмгольца, образованный воздушной камерой 20 и соединенной с ней воздушной трубой 21, также имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1. Дымовые трубы 18 расположены внутри воздушной трубы 21. Такая конструкция позволяет значительно увеличить площадь теплообмена между потоками дыма и воздуха без понижения скорости потоков и не создавая условий для стоячих волн в трубах 18 и 21. Узел подачи воздуха и горючего газа состоит из камеры 22 предварительного смешивания и канала 23 горючей смеси. С узлом подачи воздуха и газа соединены обратный клапан 24 воздуха и обратный клапан 25 горючего газа. При предварительном смешивании воздуха и горючего газа нужно защищать обратные клапаны от перегрева и контролировать фазу начала горения относительно колебаний давления в камере 26 сгорания. Для этого могут быть установлены пламегасители 27, как в US 5106292, гасители волны горения, как в JPH 03225101, формирователь задержки горения, как в FR 0856440. Камера 17 соединена с резонансной трубой 28 непосредственно. Камера 20 соединена с узлом подачи воздуха и горючего газа посредством обратного клапана 24 воздуха. To increase the efficiency, it is possible to increase the heat exchange area, for which increase the cross-sectional area and the length of pipes 12 and 14. However, this method has a limitation due to the fact that in this case the flow velocity decreases, which reduces the efficiency of heat exchange between pipes and smoke and air flows . In addition, with an increase in the length of the pipes, standing waves can occur in them, which disrupts the operation of the pulsating combustion device. This method increases the efficiency, but does not allow you to get the maximum possible result from increasing the heat exchange area between the smoke and air flows. On FIG. 2, the first Helmholtz resonator 16, formed by the chamber 17 and the chimneys 18 located after it, has a natural resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1, and the second Helmholtz resonator 19, formed by the air chamber 20 and the air pipe 21 connected to it, also has its own resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1. Smoke pipes 18 are located inside the air pipe 21. This design allows you to significantly increase the area of heat exchange between smoke and air flows without reducing the flow velocity and without creating conditions for standing waves in pipes 18 and 21. The air and combustible gas supply unit consists of a pre-mixing chamber 22 and a combustible mixture channel 23. The air and gas check valve 24 and the combustible gas check valve 25 are connected to the air and gas supply unit. When pre-mixing air and combustible gas, it is necessary to protect the check valves from overheating and to control the combustion start phase in relation to pressure fluctuations in the combustion chamber 26 . For this, flame arresters 27 as in US 5106292, flame arresters as in JPH 03225101, flame retardant generator as in FR 0856440 can be installed. The chamber 17 is directly connected to the resonant tube 28. The chamber 20 is connected to the air and combustible gas supply unit by means of a check valve 24 for air.
На Фиг. 3 первый резонатор 29 Гельмгольца, образованный дымовой камерой 30 и расположенной после нее дымовой трубой 31, имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1. Второй резонатор 32 Гельмгольца, образованный воздушной камерой 33 и соединенными с ней воздушными трубами 34, имеет собственную резонансную частоту ниже частоты пульсаций горения и добротность не ниже 1. Обратный клапан 35 воздуха может иметь на входе и выходе камеры, как в JPH03225101A. Камера с трубой (или камеры, соединенные трубами) образуют третий резонатор 36 (резонаторы) Гельмгольца с собственной резонансной частотой выше частоты пульсаций горения, а камеры, соединенные отверстиями, образуют фильтры 37 нижних частот. Воздушные трубы 34 расположены внутри дымовой трубы 31. Такое решение позволяет получить повышение КПД такое же, как конструкция, показанная на Фиг. 2. Дымовая камера 30 соединена с резонансными трубами 38 посредством переходного элемента 39, который может представлять собой фильтр нижних частот в виде камеры с выходным отверстием, либо может представлять собой четвертый резонатор Гельмгольца с резонансной частотой выше частоты пульсаций горения в виде камеры и патрубка (на фиг. 3 не указаны). Воздушная камера 33 соединена с узлом подачи воздуха и газа посредством резонаторов 36, обратного клапана 35 воздуха и фильтров нижних частот 37. On FIG. 3, the first Helmholtz resonator 29, formed by the smoke chamber 30 and the chimney 31 located after it, has a natural resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1. The second Helmholtz resonator 32, formed by the air chamber 33 and connected to it air pipes 34, has a natural resonant frequency below the combustion pulsation frequency and a quality factor of at least 1. The air check valve 35 may have chambers at the inlet and outlet, as in JPH03225101A. A chamber with a pipe (or chambers connected by pipes) form a third Helmholtz resonator 36 (resonators) with a natural resonant frequency above the combustion pulsation frequency, and chambers connected by holes form low-pass filters 37. The air pipes 34 are located inside the chimney 31. This solution allows to obtain an efficiency increase similar to that shown in FIG. 2. The smoke chamber 30 is connected to the resonant pipes 38 by means of a transition element 39, which may be a low-pass filter in the form of a chamber with an outlet, or may be a fourth Helmholtz resonator with a resonant frequency above the combustion pulsation frequency in the form of a chamber and a branch pipe (at Fig. 3 are not shown). The air chamber 33 is connected to the air and gas supply unit by means of resonators 36, an air check valve 35, and low-pass filters 37.
Увеличение площади теплообмена приводит к увеличению сопротивления труб резонаторов Гельмгольца. Это приводит к снижению добротности резонаторов. Уменьшение добротности резонатора Гельмгольца увеличивает потери энергии колебаний. Как указано в W02020117087, потенциальная энергия рабочих колебаний горения распределяется между камерой сгорания и камерой резонатора Гельмгольца дымового канала обратно пропорционально объемам камер. Потери энергии колебаний в резонаторе Гельмгольца дымового канала являются потерями части энергии рабочих колебаний горения. Это приводит к снижению добротности рабочего резонатора горения. Как указано в W02020117087, рабочий пульсатор (резонатор горения, образованный камерой сгорания и резонансными трубами) имеет запас добротности из-за ограничения амплитуды колебаний давления в камере сгорания углом начала горения, при этом добротность рабочего пульсатора больше 1. Если с учетом потерь в дымовом резонаторе Гельмгольца добротность рабочего пульсатора становится ниже добротности, ограниченной углом начала горения, то теплообмен между рабочим пульсатором и теплоносителем уменьшается, что приводит к снижению КПД рабочего пульсатора. Оптимальной площадью теплообмена является такая площадь, при которой сумма КПД рабочего пульсатора и добавленное КПД теплообменом между трубами дымового и воздушного каналов имеет максимальное значение. An increase in the heat exchange area leads to an increase in the resistance of the tubes of the Helmholtz resonators. This leads to a decrease in the quality factor of the resonators. Reducing the quality factor of the Helmholtz resonator increases the loss of vibration energy. As stated in W02020117087, the potential energy of the working combustion oscillations is distributed between the combustion chamber and the chamber of the Helmholtz resonator of the smoke channel in inverse proportion to the volumes of the chambers. The energy losses of oscillations in the Helmholtz resonator of the smoke channel are the losses of part of the energy of the working oscillations of combustion. This leads to a decrease in the quality factor of the working combustion resonator. As stated in W02020117087, the working pulsator (combustion resonator formed by the combustion chamber and resonant tubes) has a quality factor margin due to the limitation of the amplitude of pressure fluctuations in the combustion chamber by the combustion start angle, while the quality factor of the working pulsator is greater than 1. If, taking into account losses in the smoke resonator Helmholtz quality factor of the working pulsator becomes lower than the quality factor limited by the angle of the start of combustion, then the heat exchange between the working pulsator and the coolant decreases, which leads to a decrease in the efficiency of the working pulsator. The optimal heat exchange area is such an area at which the sum of the efficiency of the working pulsator and the added efficiency of heat exchange between the pipes of the smoke and air channels has a maximum value.
На Фиг. 4 показан график зависимости КПД от площади теплообмена между дымовым потоком и потоком воздуха. Линия 40 показывает КПД рабочего пульсатора без ограничения добротности углом начала горения. Линия 41 показывает КПД рабочего пульсатора при ограничении добротности углом начала горения. Линия 42 показывает увеличение КПД теплообменом между дымовым потоком и потоком воздуха. Линия 43 показывает суммарное значение КПД рабочего пульсатора и добавки КПД теплообменом между дымовым потоком и потоком воздуха. Оптимальная площадь теплообмена между дымовым потоком и потоком воздуха показана указателем 44. On FIG. 4 shows a plot of efficiency versus heat exchange area between the smoke stream and the air stream. Line 40 shows the efficiency of the working pulsator without limiting the quality factor by the angle of the start of combustion. Line 41 shows the efficiency of the working pulsator when the quality factor is limited by the angle of the start of combustion. Line 42 shows the increase in efficiency by heat exchange between the smoke stream and the air stream. Line 43 shows the total value of the efficiency of the working pulsator and the addition of efficiency by heat exchange between the smoke stream and the air stream. The optimal heat exchange area between the smoke stream and the air stream is shown by pointer 44.
При увеличении площади теплообмена между дымовым потоком и воздушным потоком растет сопротивление труб резонатора Гельмгольца воздушного канала. Сопротивление труб резонаторов Гельмгольца воздушного канала определяет необходимый средний перепад давления воздуха между атмосферой и камерой сгорания, который необходим для рабочего расхода воздуха для горения. При большом сопротивлении не обеспечивается необходимый расход воздуха на горение. Воздух в камеру сгорания поступает пульсациями расхода. Поэтому резонаторы Гельмгольца воздушного канала должны иметь потери энергии колебаний не выше определенной величины, соответственно резонаторы Гельмгольца воздушного канала должны иметь добротность не ниже определенной величины. With an increase in the area of heat exchange between the smoke flow and the air flow, the resistance of the tubes of the Helmholtz resonator of the air channel increases. The resistance of the tubes of the Helmholtz resonators of the air channel determines the required average air pressure difference between the atmosphere and the combustion chamber, which is necessary for the operating flow of combustion air. With high resistance, the necessary air flow for combustion is not provided. Air enters the combustion chamber in flow pulsations. Therefore, the Helmholtz resonators of the air channel must have losses of oscillation energy not higher than a certain value, respectively, the Helmholtz resonators of the air channel must have a quality factor not lower than a certain value.
Добротность резонатора Гельмгольца отражает отношение энергии колебаний к потере энергии колебаний. Потери энергии колебаний резонатора Гельмгольца состоят из потери кинетической энергии на активном сопротивлении резонансных труб и из потери потенциальной энергии давления в камере. Потенциальная энергия давления происходит при наличии в камере отверстий или щелей. Например, в камерах резонаторов Гельмгольца дымовых газов могут быть отверстия для соединения с системой слива конденсата. На Фиг. 5 в дымовой камере 45 есть отверстие 46 для подключения трубы 47 системы слива конденсата, которое снижает добротность резонатора 48 Гельмгольца, образованного дымовой камерой 45 и дымовой трубой 49. Большое падение добротности резонатора 48 Г ельмгольца с отверстием 46 может привести к падению КПД рабочего пульсатора даже без использования теплообмена между потоком дыма и потоком воздуха. Дымовая камера 45 резонатора 48 Г ельмгольца, образованного дымовой камерой 45 и дымовой трубой 49, соединена с резонансной трубой 50 непосредственно. Воздушная камера 51 резонатора 52 Гельмгольца, образованного воздушной камерой 51 и воздушной трубой 53, соединена с узлом подачи воздуха и газа посредством обратного клапана 54 воздуха. Перегородка 55 является стенкой камеры 51 и одновременно стенкой камеры 45. The quality factor of the Helmholtz resonator reflects the ratio of vibration energy to the loss of vibration energy. The energy loss of the Helmholtz resonator oscillations consists of the loss of kinetic energy on the active resistance of the resonant tubes and the loss of potential energy of pressure in the chamber. Potential pressure energy occurs when there are holes or slots in the chamber. For example, the chambers of the flue gas Helmholtz resonators may have openings for connection to a condensate drain. On FIG. 5 in the smoke chamber 45 there is a hole 46 for connecting the pipe 47 of the condensate drain system, which reduces the quality factor of the Helmholtz resonator 48 formed by the smoke chamber 45 and the chimney 49. A large drop in the quality factor of the Helmholtz resonator 48 with hole 46 can lead to a drop in the efficiency of the working pulsator without the use of heat exchange between the smoke stream and the air stream. The smoke chamber 45 of the Helmholtz resonator 48 formed by the smoke chamber 45 and the chimney 49 is directly connected to the resonant tube 50. The air chamber 51 of the Helmholtz resonator 52 formed by the air chamber 51 and the air tube 53 is connected to the air and gas supply unit by means of a return air valve 54. The partition 55 is the wall of the chamber 51 and at the same time the wall of the chamber 45.
Высокий КПД достигается высокой добротностью рабочего пульсатора. При высокой добротности пульсатора при продувке создается мало турбулентных вихрей, плохо перемешивается горючий газ и воздух, поэтому сложно получить на свече зажигания горючую смесь в нужное время. Запуск аппарата пульсирующего горения является затруднительным. Для улучшения стабильности запуска можно применить решение, приведенное на Фиг. 6. В камеру 56 сгорания воздух из камеры 57 воздушного резонатора Гельмгольца поступает через обратный клапан 58 воздуха и воздуховод 59. Горючий газ в камеру 56 сгорания поступает через обратный клапан 60 газа и щели 61. Часть 62 воздушного потока перемешивается с горючим газом и отбрасывается направляющими элементами 63 к свечам зажигания 64. Направляющий элемент 63 состоит из двух стенок, одна из которых расположена с зазором относительно воздуховода, а другая установлена с зазором относительно камеры 56 сгорания. Упомянутые стенки соединены с воздуховодом 59 и камерой 56 сгорания ребром, расположенным радиально относительно воздуховода 59. High efficiency is achieved by the high quality factor of the working pulsator. With a high quality factor of the pulsator, few turbulent vortices are created during blowing, combustible gas and air are poorly mixed, so it is difficult to get a combustible mixture on the spark plug at the right time. Starting the pulsating combustion apparatus is difficult. To improve startup stability, the solution shown in FIG. 6. Air from the Helmholtz air resonator chamber 57 enters the combustion chamber 56 through the check valve 58 of the air and the air duct 59. The combustible gas enters the combustion chamber 56 through the check valve 60 of the gas and slots 61. Part 62 of the air flow is mixed with the combustible gas and discarded by the guides elements 63 to the spark plugs 64. The guide element 63 consists of two walls, one of which is located with a gap relative to the duct, and the other is installed with a gap relative to the combustion chamber 56. Said walls are connected to the air duct 59 and the combustion chamber 56 by a rib located radially relative to the air duct 59.
Для расчета добротности рабочего пульсатора, резонаторов Гельгольца и необходимых для этого параметром используются приведенные ниже уравнения. To calculate the quality factor of the working pulsator, Helholtz resonators and the parameters required for this, the equations below are used.
Добротность рабочего пульсатора (резонатора) с учетом добротности дымового резонатора Г ельмгольца равна: The quality factor of the working pulsator (resonator), taking into account the quality factor of the Helmholtz smoke resonator, is equal to:
1 one
Q 1 Г 1 Q 1 D 1
2, V1 + V2 Q 2 (1) где Q - добротность рабочего пульсатора с учетом потерь в дымовом резонаторе, 2, V 1 + V 2 Q 2 (1) where Q is the quality factor of the working pulsator, taking into account losses in the smoke resonator,
6 - добротность рабочего пульсатора без дымового резонатора, 6 - quality factor of the working pulsator without a smoke resonator,
62 - добротность дымового резонатора Гельмгольца,
Figure imgf000013_0001
р р , ,
62 - quality factor of the Helmholtz smoke resonator,
Figure imgf000013_0001
r r , ,
- объем камеры дымового резонатора, "*3. - the volume of the smoke resonator chamber, "* 3 .
В WO 2020117087 указывалось, что добротность резонатораIn WO 2020117087 it was stated that the quality factor of the resonator
Гельмгольца равна:
Figure imgf000013_0002
где б* - добротность резонатора Гельмгольца,
Helmholtz is equal to:
Figure imgf000013_0002
where b* is the quality factor of the Helmholtz resonator,
XL- сопротивление суммарной акустической индуктивности L одной или нескольких труб колебаниям с резонансной частотой
Figure imgf000013_0003
, Па -сек! м3 ,
X L- resistance of the total acoustic inductance L of one or more pipes to oscillations with a resonant frequency
Figure imgf000013_0003
, Pa-sec! m 3 ,
^ - суммарное активное сопротивление одной или нескольких труб, Па-сек/м 3 ^ - total active resistance of one or more pipes, Pa-sec / m 3
Камера резонатора Г ельмгольца может иметь отверстия или щели, например, для слива конденсата. Тогда, кроме потерь энергии колебаний на сопротивлении труб, будет также потери энергии давления к камере. Добротность такого резонатора Г ельмгольца равна:
Figure imgf000013_0004
где R - добротность резонатора Г ельмгольца,
The chamber of the Helmholtz resonator may have holes or slots, for example, to drain condensate. Then, in addition to losses of vibrational energy on the resistance of pipes, there will also be losses of pressure energy to the chamber. The quality factor of such a Helmholtz resonator is equal to:
Figure imgf000013_0004
where R is the quality factor of the Helmholtz resonator,
Xl - сопротивление суммарной акустической индуктивности L одной или нескольких труб колебаниям с резонансной частотой
Figure imgf000013_0005
, Па - сек / м3 ? - сопротивление акустической емкости камеры колебаниям с резонансной частотой ^ , Па - сек / мъ ?
Xl - resistance of the total acoustic inductance L of one or more pipes to oscillations with a resonant frequency
Figure imgf000013_0005
, Pa - sec / m 3 ? - resistance of the acoustic capacitance of the chamber to vibrations with a resonant frequency ^ , Pa - sec / m b ?
R' - суммарное активное сопротивление одной или нескольких труб, Па -сек/м3 R ' - total active resistance of one or more pipes, Pa -sec / m 3
^2 - суммарное активное сопротивление отверстий и/или щелей камеры, Па -сек/ мъ ^2 - total active resistance of holes and / or slots of the chamber, Pa -sec / m
В WO 2020117087 также указывалось, что сопротивление камеры резонатора Гельмгольца с акустической емкостью с колебаниям с частотой / равно:
Figure imgf000014_0001
где “c _- сопротивление акустической емкости с колебаниям с частотой / Па -сек/м3
WO 2020117087 also stated that the resistance of a Helmholtz resonator chamber with acoustic capacitance to vibrations with frequency / is equal to:
Figure imgf000014_0001
where “ c _ is the resistance of the acoustic capacitance with oscillations with a frequency / Pa -sec / m 3
/ . частота колебаний, Гц, / . oscillation frequency, Hz,
С - акустическая емкость, м / Па C - acoustic capacity, m / Pa
В WO 2020117087 также указывалось, что сопротивление труб резонатора Гельмгольца с суммарной акустической индуктивностью L колебаниям с частотой / равно: WO 2020117087 also stated that the resistance of Helmholtz resonator tubes with a total acoustic inductance L to oscillations with frequency / is equal to:
Хь =2 X b \u003d 2
(5) (five)
Хь сопротивление акустической индуктивности L колебаниям с частотой / Па -сек/м3 f - частота колебаний, Г ц, Xh resistance of acoustic inductance L to vibrations with frequency / Pa -sec / m 3 f - oscillation frequency, Hz,
L - акустическая индуктивность,
Figure imgf000015_0001
L - acoustic inductance,
Figure imgf000015_0001
В WO 2020117087 также указывалось, что камера имеет свойства акустической емкости, равной:
Figure imgf000015_0002
где С - акустическая емкость, мъ / Па ^ Y - коэффициент адиабаты,
WO 2020117087 also stated that the camera has acoustic capacitance properties equal to:
Figure imgf000015_0002
where C is the acoustic capacitance, m b / Pa ^ Y is the adiabatic coefficient,
Р° - среднее давление в камере, Па P ° - average pressure in the chamber, Pa
V - объем камеры, м . В WO 2020117087 также указывалось, что труба имеет свойство акустической индуктивности, равной: V is the volume of the chamber, m . WO 2020117087 also stated that the pipe has an acoustic inductance property equal to:
L-ElL L-El L
А (?) где L - акустическая индуктивность,
Figure imgf000015_0003
,
A (?) where L is acoustic inductance,
Figure imgf000015_0003
,
Р - плотность газа в трубе,
Figure imgf000015_0004
, ^ - длина трубы, м ,
P is the density of the gas in the pipe,
Figure imgf000015_0004
, ^ - pipe length, m ,
А - площадь поперечного сечения трубы, для нескольких труб суммаA is the cross-sectional area of the pipe, for several pipes the sum
2 площадей поперечного сечения труб, м . 2 cross-sectional areas of pipes, m .
Суммарная индуктивность нескольких параллельных труб одинаковой индуктивности: где L - суммарная акустическая индуктивность, Па -сек 1мThe total inductance of several parallel pipes of the same inductance: where L - total acoustic inductance, Pa -sec 1m
- акустическая индуктивность одной трубы, Па -сек2 / мг п - количество параллельных труб одинаковой индуктивности. - acoustic inductance of one pipe, Pa -sec 2 / m g p - number of parallel pipes of the same inductance.
Суммарная индуктивность нескольких параллельных труб разной индуктивности вычисляется с учетом суммарной индуктивности двух параллельных труб:
Figure imgf000016_0001
где L _ суммарная акустическая индуктивность, Па · сек·21 м ,
The total inductance of several parallel pipes of different inductance is calculated taking into account the total inductance of two parallel pipes:
Figure imgf000016_0001
where L _ total acoustic inductance, Pa s 2 1 m ,
L , L2 - акустическая индуктивность параллельных труб, Па -сек2 / мъ ? L , L 2 - acoustic inductance of parallel pipes, Pa-sec 2 / m ъ ?
В WO 2020117087 также указывалось, что активное сопротивление трубы равно: In WO 2020117087 it was also stated that the active resistance of the pipe is equal to:
1 q л = ХР 1 q l \u003d XP
2 А (10) где R - активное сопротивление трубы, Па - сек/м 3 5 ^ - расход газа, ^ I сек , 2 A (10) where R is the active resistance of the pipe, Pa - sec / m 3 5 ^ - gas flow, ^ I sec ,
X _ сумма аэродинамических коэффициентов сопротивления трубы: входа, выхода, по длине и местных, например, поворотов, X _ the sum of the aerodynamic resistance coefficients of the pipe: inlet, outlet, along the length and local, for example, turns,
.3 .3
Р - плотность газа, кг! м ? P - gas density, kg ! m ?
А - м .2 площадь поперечного сечения трубы, A - m .2 pipe cross-sectional area,
Активное сопротивление отверстия или щели равно:
Figure imgf000016_0002
где R - активное сопротивление отверстия или щели, Па -сек 1м 3
The active resistance of a hole or slot is equal to:
Figure imgf000016_0002
where R is the active resistance of the hole or slot, Pa-sec 1m 3
^ - расход газа,
Figure imgf000017_0001
, - аэродинамический коэффициент сопротивления отверстия или щели, равный 0,5. Р - плотность газа, кг/мъ ^
^ - gas consumption,
Figure imgf000017_0001
, - aerodynamic drag coefficient of the hole or slot, equal to 0.5. Р - gas density, kg / m
А - площадь поперечного сечения трубы, м2 . A is the cross-sectional area of the pipe, m2 .
Суммарное активное сопротивление нескольких одинаковых параллельных сопротивлений:
Figure imgf000017_0002
где R - суммарное активное сопротивление, Па-сек/м 3
The total active resistance of several identical parallel resistances:
Figure imgf000017_0002
where R is the total active resistance, Pa-sec / m 3
D D
1 - активное сопротивление каждого параллельного активного сопротивления, Па · сек / м ? п - количество параллельных труб одинаковой индуктивности. Суммарное активное сопротивление нескольких разных параллельных сопротивлений вычисляется с учетом суммарного активного сопротивления двух параллельных разных сопротивлений:
Figure imgf000017_0003
где R - суммарное активное сопротивление, Па-сек/м параллельные активные сопротивления, Па-сек/м
1 - active resistance of each parallel active resistance, Pa · sec / m ? n is the number of parallel tubes of the same inductance. The total active resistance of several different parallel resistances is calculated taking into account the total active resistance of two parallel different resistances:
Figure imgf000017_0003
where R is the total active resistance, Pa-sec/m parallel active resistances, Pa-sec/m
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает повышение КПД аппарата пульсирующего горения путем использования баланса между добротностью, активным сопротивлением, потерей давления. Thus, the proposed invention provides an increase in the efficiency of the pulsating combustion apparatus by using a balance between the quality factor, active resistance, and pressure loss.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Аппарат пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания, соединенное с входом камеры сгорания устройство подачи воздуха и горючего газа и соединенную с выходом камеры сгорания, по меньшей мере одну резонансную трубу, при этом с выходом по меньшей мере одной резонансной трубы непосредственно или опосредованно соединен первый резонатор Гельмгольца, содержащий камеру и по меньшей мере одну трубу, собственная частота первого резонатора Гельмгольца ниже частоты пульсации горения и добротность первого резонатора Гельмгольца выше единицы, с устройством подачи воздуха и горючего газа непосредственно или опосредованно соединен второй резонатор Гельмгольца, содержащий камеру и по меньшей мере одну трубу, собственная частота второго резонатора Гельмгольца ниже частоты пульсации горения и добротность второго резонатора Гельмгольца выше единицы. 1. Apparatus for pulsating combustion, comprising a combustion chamber, a device for supplying air and combustible gas connected to the inlet of the combustion chamber and connected to the outlet of the combustion chamber, at least one resonant tube, while the first one is directly or indirectly connected to the outlet of at least one resonant tube a Helmholtz resonator containing a chamber and at least one tube, the natural frequency of the first Helmholtz resonator is below the combustion pulsation frequency and the quality factor of the first Helmholtz resonator is higher than unity, a second Helmholtz resonator is directly or indirectly connected to the device for supplying air and combustible gas, containing a chamber and at least one pipe, the natural frequency of the second Helmholtz resonator is lower than the combustion pulsation frequency and the quality factor of the second Helmholtz resonator is higher than unity.
2. Аппарат по п.1, в котором по меньшей мере одна труба второго резонатора Гельмгольца, расположена внутри трубы первого резонатора Гельмгольца. 2. Apparatus according to claim 1, wherein at least one tube of the second Helmholtz resonator is located inside the tube of the first Helmholtz resonator.
3. Аппарат по п.1, в котором по меньшей мере одна труба первого резонатора Г ельмгольца, расположена внутри трубы второго резонатора Гельмгольца. 3. Apparatus according to claim 1, wherein at least one tube of the first Helmholtz resonator is located inside the tube of the second Helmholtz resonator.
4. Аппарат по п.1, в котором второй резонатор Гельмгольца соединен с устройством подачи воздуха и горючего газа посредством фильтра нижних частот. 4. Apparatus according to claim 1, wherein the second Helmholtz resonator is connected to the air and combustible gas supply by means of a low pass filter.
5. Аппарат по п.1, в котором второй резонатор Гельмгольца соединен с устройством подачи воздуха и горючего газа посредством третьего резонатора Гельмгольца с резонансной частотой выше частоты пульсаций горения 5. Apparatus according to claim 1, in which the second Helmholtz resonator is connected to the device for supplying air and combustible gas through a third Helmholtz resonator with a resonant frequency higher than the combustion pulsation frequency
6. Аппарат по п.1 , в котором первый резонатор Г ельмгольца соединен с выходом по меньшей мере одной резонансной трубы посредством фильтра нижних частот. 6. The apparatus of claim 1, wherein the first Helmholtz resonator is connected to the output of at least one resonant tube via a low pass filter.
7. Аппарат по п.1, в котором первый резонатор Гельмгольца соединен с выходом по меньшей мере одной резонансной трубы посредством четвертого резонатора Гельмгольца с резонансной частотой выше частоты пульсаций горения. 7. Apparatus according to claim 1, wherein the first Helmholtz resonator is connected to the output of at least one resonant tube via a fourth Helmholtz resonator with a resonant frequency above the combustion pulsation frequency.
PCT/RU2021/000282 2021-07-02 2021-07-02 Pulsating combustion apparatus with increased efficiency WO2023277724A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000282 WO2023277724A1 (en) 2021-07-02 2021-07-02 Pulsating combustion apparatus with increased efficiency
CN202180099604.4A CN117501046A (en) 2021-07-02 2021-07-02 Pulse combustion device for improving energy conversion efficiency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000282 WO2023277724A1 (en) 2021-07-02 2021-07-02 Pulsating combustion apparatus with increased efficiency

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023277724A1 true WO2023277724A1 (en) 2023-01-05

Family

ID=84690524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000282 WO2023277724A1 (en) 2021-07-02 2021-07-02 Pulsating combustion apparatus with increased efficiency

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN117501046A (en)
WO (1) WO2023277724A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2293253C1 (en) * 2005-12-22 2007-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Кимовский радиоэлектромеханический завод" Pulse burning boiler
RU2454611C1 (en) * 2010-12-17 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Intermittent combustion heat generator
WO2020117087A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Ильгиз Амирович Ямилев Pulsating combustion device with improved energy conversion efficiency and reduced noise level
RU2734669C1 (en) * 2020-01-14 2020-10-21 Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" Process gas heating unit
RU2745230C1 (en) * 2020-06-29 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" Pulsating combustion heat generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2293253C1 (en) * 2005-12-22 2007-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Кимовский радиоэлектромеханический завод" Pulse burning boiler
RU2454611C1 (en) * 2010-12-17 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Intermittent combustion heat generator
WO2020117087A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Ильгиз Амирович Ямилев Pulsating combustion device with improved energy conversion efficiency and reduced noise level
RU2734669C1 (en) * 2020-01-14 2020-10-21 Общество с Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Авиагаз-Союз+" Process gas heating unit
RU2745230C1 (en) * 2020-06-29 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" Pulsating combustion heat generator

Also Published As

Publication number Publication date
CN117501046A (en) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101177763B1 (en) Combined Muffler/Heat Exchanger
US9739483B2 (en) Fuel/air mixture and combustion apparatus and associated methods for use in a fuel-fired heating apparatus
EP2582980B1 (en) Multi-stage low pressure drop muffler
US6415887B1 (en) Refractive wave muffler
US3420052A (en) Combination exhaust muffler and heater
HUT62994A (en) Firing equipment of impulse operation
RU2766502C1 (en) Pulsating combustion device with increased efficiency and reduced noise level
WO2023277724A1 (en) Pulsating combustion apparatus with increased efficiency
CN104832247A (en) Exhaust silencer for screw-type unit
SU1123549A3 (en) Boiler muffler
EP1060328B1 (en) A silencer
US4367808A (en) Silencer
RU2795564C1 (en) Pulsating combustion apparatus with increased efficiency and reduced noise level
RU19555U1 (en) NOISE MUFFLER
US5878740A (en) Noise reducing device for combustion driven heating apparatus
WO2021154109A1 (en) Pulsating combustion apparatus with improved energy conversion efficiency and reduced noise level (variants)
US20230358398A1 (en) Pulse combustion apparatus with vibration damping
JP3226534U (en) Silent generator unit for desert area
RU11834U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE EXHAUST SILENCER
RU2210699C2 (en) Hot-water boiler
RU2805244C1 (en) Apparatus for oscillation burning with vibration dampening
CN216204340U (en) Exhaust fume collecting hood assembly and gas water heater
EP4375573A1 (en) A silencer
SU1483056A1 (en) Muffler/sparker
JPS60213721A (en) Muffler for pulse burner

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21948593

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202393110

Country of ref document: EA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180099604.4

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21948593

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1