Инфракрасная горелка-электрогенератор

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано в инфракрасных горелках для совместной генерации тепла и электрической энергии в различных производственных помещениях.

Известна газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая нагревательный блок, представляющий собой коническую обечайку с патрубком отвода дымовых газов вверху и керамическим излучателем внизу, установленным над устройством подготовки газовоздушной смеси, включающим, в свою очередь, инжекционный конфузорно-диффузорный смеситель, под которым размещена газовая форсунка и блок автоматики [Патент РФ №2186293 F23D 14/12, 2000].

Основными недостатками известной горелки инфракрасного излучения являются размещение узла подготовки газовоздушной смеси в зоне высоких температур на выходе из керамического излучателя, что усложняет его конструкцию, размещение зоны горения на противоположной стороне от зоны излучения, что снижает КПД и невозможность параллельной генерации электрической энергии, что, в конечном счете, снижает экономическую эффективность горелки.

Более близким к предлагаемому изобретению является газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая корпус, с примыкающим к нему рефлектором, инжектор в виде газового сопла и размещенный во входном участке смесильной трубки, изогнутый отражатель, образующий камеру горения, керамическую излучающую насадку с плоской поверхностью сетку, выполненную с живым сечением равным от общей площади 0,5-0,7 и установленным на расстоянии от насадки в 10-20 раз больше профиля отверстий насадки [Патент РФ №2084762. F23D 14/12, 1997].

Основным недостатком известной горелки инфракрасного излучения является невозможность параллельной генерации электрической энергии, что снижает ее экономическую эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение экономической эффективности инфракрасной горелки–электрогенератора.

Технический результат достигается инфракрасной горелкой–электрогенератором, включающей корпус, рефлектор инфракрасного излучения, инжектор, состоящий из газового сопла и смесителя, отражатель с полкой, излучающую керамическую насадку и сетку, полость между которыми образует камеру сгорания, блок автоматики, причем боковые стенки рефлектора ниже уровня сетки выполнены рифлеными с образованием, направленных вовнутрь, продольных пазов, в которые вставлены термоэлектрические секции, состоящие из рядов термоэлектрических элементов, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, размещенные в слое материала–диэлектрика и соединенные на противоположных концах между собой спаями, причем части термоэлектрических секций с размещенными в них спаями, расположенные в пазах рефлектора, омываются через стенки пазов инфракрасным излучением и дымовыми газами, а части термоэлектрических секций с противоположными спаями омываются воздухом помещения, термоэлектрические секции боковых сторон рефлектора соединены между собой последовательно секционными перемычками образуя термоэлектрические блоки, крайние термоэлектрические элементы которых соединены блочными перемычками с однополюсными коллекторами одноименных зарядов, которые, в свою очередь, соединены с преобразователем и электрическим аккумулятором.

Предлагаемая инфракрасная горелка–электрогенератор (ИГЭГ) изображена на фиг. 1–3 (на фиг.1 – общий вид, на фиг. 2, 3 – основные узлы).

Предлагаемая инфракрасная горелка–электрогенератор включает корпус 1, имеющий трапецеидальное сечение, рефлектор инфракрасного излучения 2, инжектор 3, состоящий из газового сопла 4 и смесителя 5, отражатель 6 с полкой 7, излучающую керамическую насадку 8 и сетку 9, полость между которыми образует камеру сгорания 10, блок автоматики (на фиг 1-3 не показан), причем боковые стенки рефлектора 2 ниже уровня сетки 9 выполнены рифлеными с образованием, направленных вовнутрь, продольных пазов 11, в которые вставлены термоэлектрические секции (ТЭС) 12, состоящие из рядов термоэлектрических элементов (ТЭЭ) 13, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки 14 и 15, выполненные из разных металлов М1 и М2, размещенных в слое материала–диэлектрика 16 и соединенные на концах между собой спаями 17, 18, причем части ТЭС 12 с размещенными в них спаями 17, расположенные в пазах рефлектора 2, омываются через стенки пазов инфракрасным излучением и дымовыми газами, а части ТЭС 12 с противоположными спаями 18 омываются воздухом помещения, ТЭС 12 боковых сторон рефлектора 2 соединены между собой последовательно секционными перемычками 19 образуя термоэлектрические блоки (ТЭБ) 20, крайние ТЭЭ 13 которых соединены блочными перемычками 21 с однополюсными коллекторами одноименных зарядов 22 и 23, (размещение коллекторов 22, 23 на фиг. 1–3 показано условно), которые, в свою очередь, соединены с преобразователем и электрическим аккумулятором (на фиг. 1–3 не показаны).

В основу работы предлагаемой ИГЭГ, помимо использования эффекта инфракрасного излучения, положено использование эффекта термоэлектричества. Так как ТЭС 12 изготовлены из ТЭЭ 13, состоящих из парных проволочных отрезков 14 и 15, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой, то при нагреве одних спаев 17 концов проволочных отрезков ТЭЭ 13 с внутренней стороны рефлектора 2, обогреваемой инфракрасным излучением и дымовыми газами и охлаждении противоположных им спаев 18 воздухом помещения, на них устанавливаются разные температуры и в зоне контакта (спаев) металлов М1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в ТЭС 12 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506].

ИГЭГ работает следующим образом. Газ, вытекая из сопла 4 в смесительную трубку 5, инжектирует необходимое количество воздуха, образуя газовоздушную смесь требуемого состава. Конструктивные параметры отражателя 6, полки 7 и их расположение обеспечивают равномерное распределение газовоздушной смеси по поверхности керамической насадки 8 и, соответственно, равномерно распределенный узкий фронт горения, а параметры насадки и сетки обеспечивают полное сжигание газа в объеме камеры горения 10, образованной насадкой 8 и сеткой 9. При этом минимальное время пребывания в зоне горения ведет к минимальным образованиям NO_x, а сжигание в объеме с обратным излучением от сетки к насадке ведет к полному сгоранию газа без образования CO. Одновременно при нагреве одних спаев 17 концов проволочных отрезков 14 и 15 ТЭЭ 13 в пазах 11 рефлектора 2, обогреваемой инфракрасным излучением керамической насадки 8 и дымовыми газами и охлаждении противоположных им спаев 18 воздухом помещения, на них устанавливаются разные температуры и в зоне контакта (спаев 17 и 18) металлов М1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в ТЭС 12 и ТЭБ 20 появляется термоэлектричество. Полученное термоэлектричество через блоковые перемычки 21 каждого блока 20 поступает в коллекторы с одноименными зарядами 22 пи,23 далее в преобразователи (на фиг. 1–3 не показаны), где создается требуемое напряжение и сила тока и подается в аккумулятор и потребителю (блок автоматики и освещение помещения).

Таким образом, предлагаемая инфракрасная горелка–электрогенератор позволяет, наряду со снижением выбросов вредных веществ, одновременно в процессе получения тепла генерировать электричество, что увеличивает ее экономическую эффективность.