Результат интеллектуальной деятельности: КЛАПАННО-СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОТЛА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ

Изобретение относится к области отопления, в частности к устройствам для сжигания газообразного топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств.

Известен теплогенератор пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания, в которой установлены запальное устройство и дефлектор, смесительное устройство, сообщающееся с камерой сгорания, устройства подачи топлива и воздуха, снабженные ресиверами с обратным клапаном (Патент RU №73447 U1. Теплогенератор пульсирующего горения (варианты). - МПК: F23C 3/00. - 20.05.2008).

Известен котел пульсирующего горения, содержащий камеру сгорания с цилиндрической полостью с закрытым и открытым торцами, в которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для отвода продуктов сгорания и установлено запальное устройство со свечой зажигания, а также смесительное устройство и дефлектор. Смесительное устройство через первые и вторые обратные клапана и ресиверы подсоединено к устройствам подвода топлива и воздуха, а дефлектор расположен в камере сгорания на шпильках с образованием кольцевой щели с полостью смесительного устройства, запальное устройство снабжено турбулизатором воздушно-топливной смеси в виде крыльчатки, расположенной в полости смесительного устройства со стороны дефлектора (Патент RU №2293253 С1. Котел пульсирующего горения (варианты). - МПК: F23C 15/00, F24H 1/08. - 10.02.2007).

Известна система пульсирующего горения, содержащая камеру сгорания, устройства подвода топлива и воздуха с ресиверами и обратными клапанами, смесительное устройство, дефлектор. Параметры устройств, обеспечивающих функционирование в режиме пульсирующего горения, выбраны из условия S′=(0,01÷0,5)S, где S′ - площадь кольцевого сечения полости устройства вывода продуктов горения в охватывающей камеру сгорания части, a S - площадь поперечного сечения камеры сгорания (Патент RU №2175422 С1. Система пульсирующего горения. - МПК: F23C 11/04. - 27.10.2001). Данное устройство принято за прототип.

Основным недостатком известных технических решений является недостаточная надежность работы их в режиме пульсирующего горения газовоздушной смеси и значительный выброс вредных газов.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности работы клапанно-смесительного устройства в режиме пульсирующего горения газовоздушной смеси и снижение выброса вредных газов.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением, является повышение надежности работы клапанно-смесительного устройства в режиме пульсирующего горения газовоздушной смеси и снижение выброса вредных газов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапанно-смесительном устройстве котла пульсирующего горения, содержащем камеру сжигания газообразного топлива с цилиндрической полостью, закрытой торцовой стенкой с проходным отверстием с одной стороны и открытой с другой, запальное устройство, установленное в полости камеры сжигания, устройства подвода топлива и воздуха, снабженные ресиверами с обратными клапанами, смесительное устройство с дозирующими отверстиями, сообщающееся с камерой сжигания через проходное отверстие в торцовой стенке, дефлектор изменения направления потоков газообразного топлива, установленный на расстоянии от закрытого торца камеры сжигания, определяющем размер кольцевого канала выхода газовоздушной смеси из смесительного устройства в камеру сжигания, согласно предложенному техническому решению, дозирующие отверстия в стенке камеры смесительного устройства выполнены с хордовым направлением завихрения потока газа в цилиндрической камере смесительного устройства и проходное отверстие в торцовой стенке камеры сжигания выполнено с диаметром, равным диаметру камеры смесительного устройства, а дефлектор выполнен с диаметром в пределах 0,6÷1,0 диаметра проходного отверстия в зависимости от вида топлива и закреплен на торцовой стенке распорками с аэродинамическим профилем на расстоянии в пределах 0,15÷0,50 диаметра проходного отверстия с возможностью продолжения завихрения газовоздушной смеси в направлении завихрения газа в камере смесительного устройства.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного клапанно-смесительного устройства котла пульсирующего горения, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов по принятой технологии и использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фиг.1 схематично показано заявляемое клапанно-смесительное устройство котла пульсирующего горения, на фиг.2 - распорки аэродинамического профиля с дефлектором, разрез А-А на фиг.1.

Клапанно-смесительное устройство котла пульсирующего горения содержит камеру сжигания 1 газообразного топлива с цилиндрической полостью 2, закрытой торцовой стенкой 3 с проходным отверстием 4 с одной стороны и открытой с другой, запальное устройство 5, установленное в полости 2 камеры сжигания 1, устройства подвода топлива 6 и устройства подвода воздуха 7, снабженные ресиверами 8 и 9 с обратными клапанами 10 и 11, соответственно, смесительное устройство 12 с дозирующими отверстиями 13, сообщающееся с камерой сжигания 1 через проходное отверстие 4 в торцовой стенке 3, дефлектор 14 изменения направления потоков газообразного топлива, установленный на расстоянии l от торцовой стенки 3 камеры сжигания 1, определяющем размер кольцевого канала 15 выхода газовоздушной смеси из смесительного устройства 12 в камеру сжигания 1 (Фиг.1). Дозирующие отверстия 13 в стенке камеры 16 смесительного устройства 12 выполнены с хордовым направлением завихрения потока газа в цилиндрической камере 16 смесительного устройства 12. Проходное отверстие 4 в торцовой стенке 3 камеры сжигания 1 выполнено с диаметром D, равным диаметру D′ камеры 16 смесительного устройства 12. Дефлектор 14 выполнен с диаметром d=(0,6÷1,0)D в зависимости от вида топлива и закреплен на торцовой стенке 3 распорками 17 аэродинамического профиля на расстоянии l=(0,15÷0,50)D с возможностью продолжения завихрения газовоздушной смеси в направлении завихрения газа в камере 16 смесительного устройства 12 (Фиг.2).

Клапанно-смесительное устройство котла пульсирующего горения работает следующим образом.

Перед розжигом клапанно-смесительного устройства котла пульсирующего горения на 15÷60 c включают продувку камеры сжигания 1 воздухом через устройство подвода воздуха 7, смесительное устройство 12, проходное отверстие 4 в торцовой стенке 3 и кольцевой канал 15. Затем включают запальное устройство 5 и через 0,5÷1,0 c с устройства подвода топлива 6 подают топливо, в данном случае газ, последний через ресивер 8, обратный клапан 10 и дозирующие отверстия 13 попадает в камеру 16 смесительного устройства 12, в которой за счет хордового направления завихрения потока газа в цилиндрической камере 16 происходит его начальное перемешивание с воздухом, поступающим через устройство подвода воздуха 7, ресивер 9 и обратный клапан 11, обеспечивая среднюю величину коэффициента избытка воздуха в пределах 1,1÷1,6 в зависимости от вида топлива. Полученная в камере 16 смесительного устройства 12 газовоздушная смесь через проходное отверстие 4 с диаметром D в торцовой стенке 3 и кольцевой канал 15 под воздействием потока воздуха, создаваемого устройством подвода воздуха 7, устремляется через распорки 17 аэродинамического профиля на расстоянии l=(0,15÷0,50)D, которые усиливают завихрение газовоздушной смеси в камере сжигания 1 в направлении завихрения газа в камере 16 смесительного устройства 12, улучшая смешивание газа с воздухом, где образовавшуюся газовоздушную смесь поджигают с помощью запального устройства 5. При этом происходит первая вспышка газовоздушной смеси, приводящая к кратковременному повышению давления в камере сжигания 1 и к возникновению акустических волн в объеме камеры сжигания 1. Обратные клапаны 10 и 11 при этом работают автоматически в пульсирующем режиме. Они закрываются, когда давление в камере сжигания 1 превышает давление в ресиверах 8 и 9, соответственно, при этом кратковременно приостанавливается поступление в камеру 16 смесительного устройства 12 газа и воздуха и, соответственно, в камеру сжигания 1 газовоздушной смеси. Через определенное время в пределах 25÷30 мс давление в камере сжигания 1 снижается и обратные клапаны 10 и 11 открываются, впуская очередную порцию газа и воздуха, а горячие продукты сгорания под действием избыточного давления выходят из камеры сжигания 1, через открытый торец поступают в отопительный котел. Таким образом цикл повторяется и в заявляемом клапанно-смесительном устройстве устанавливается автоматический пульсирующий процесс сжигания газовоздушной смеси в пределах 35÷40 Гц за счет пламени от предыдущего периода горения порции газовоздушной смеси, присутствующего в зоне завихрения в камере сжигания 1 за дефлектором 14, при этом запальное устройство 5 отключается. Процесс пульсирующего горения в камере сжигания 1 продолжается до отключения подачи топлива в камеру 16 смесительного устройства 12.

Предлагаемая конструкция клапанно-смесительного устройства котла пульсирующего горения значительно повышает надежность работы в режиме пульсирующего горения газовоздушной смеси и снижает выброс вредных газов в атмосферу.