Каталитический обогреватель. Каталитический нагреватель
Каталитический нагреватель
аявитель конструкторский институт электробытовых машин и приборов (54) КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
Изобретение относится к энергетике может быть применено в промышленном производстве, а также в различных коммунапьно - бытовых установках.
Известен каталитический на греватель, соцержащий корпус с каталитической.на садкой и установпеным по оси пористым топливным блоком, причем в боковой стенке .корпуса выполнены окна, в зоне. которых установлена с возможностью продольного перемещения регулирующая втулка $Q .
Нецостатком известного устройства является узкий диапазон регулирования теплопроизводитепьности из - эа изменения и выхоца за допустимые прецелы интенсивности работы катапитической насацки при изменении ее работающего обьема.
Е1епью изобретения является расйирениещ прецепов регулирования.
Для этого каталитическая насадка распопожена в корпусе в зоне его Окон и выполнена в вице кольца, охватывающего топливный блок с образованием кольцевого зазора, в котором допзпнитепьно установлен с возможностью процопьного
r перемещения стакан,1 скрепленный цнищем с торцом регулирующей втупки.
На чертеже изображен продольный разрез каталитического нагревателя.
Нагреватель соцержит корпус 1 с катапитической насацкой 2 и установленным по оси пористым топливным бпоком 3) причем в боковой стенке корпуса 1 выполнены окна 4, в зоне которых установлена регулирующая втулка 5. Катапитическая насадка 2 охватывает блок 3 с образованием кольцевого зазора 6, в котором установпен стакан 7, скрепленный днищем 8 с торцом регулирующей втулки 5.
При работе каталитического нагревателя топливо испаряется с поверхности блока 3. и поступает в прецварительно нагретую каталитическу1о . насацку 2. Снаружи через окна 4 поступает воздух. Топливо воспламеняется, а продукты сгорания
3 8449 удаляются через верхнюю часть окон 4.
Для уменьшения произвоцительности перемещается втулка 5 вместе со скрепленным с ней стаканом 7, перекрывая верхний участок каталитической насадки 2,, 5 в который уже не поступают топливо и окислитель. Для увеличения производительности втулка 5 перемещается в обратном направлении, открывая верхний участок каталистической насацки 2. 10
Таким образом, удается достигнуть широкого циапазона регулирования производительности нагревателя.
Формула изобретения
Каталитический нагреватель, содержащий корпус с каталитической насадкой и установленным по оси пористым топлив30 а ным блоком, причем в боковой стенке корпуса выполнены окна ° в зоне которых установлена с возможностью продольного перемещения регулирующая втулка, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью . расширения пределов регулирования, каФ талитическая насацка расположена в корпусе в зоне его окон и выполнена в вице кольца, охватывающего топливный блок с образованием кольцевого. зазора, в котором цополнительно установлен с
Ф возможностью продольного перемещения стакан, скрепленный днищем с торцом регулирующей втулки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1 .Патент США %2023400, кл, 431268 ., опублик. 1 935.
ВНИИПИ Заказ 4368/13. Тираж 606 Подписное
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4.
www.findpatent.ru
Каталитический нагреватель
Союз Советскик
Социалкстическик
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВХ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.12.79 (21) 2847938/24-06 с присоединением заявки №вЂ” (51) М.К .
F23 D 13/18
F23 Q 11/00 (53) УДК 662 951 (088.8) Опубликовано 30.08.81. Бюллетень № 32
Дата опубликования описания 05.09.81 но делам нзобретеннй и открытий
А. Г. Гиваргизов, В. Д. Добровольский, В. Л. Кононенко
В. Н. Орлов и А. А. Почечун (72) Авторы изобретения
I
Всесоюзный научно-исследовательский" экспериментально конструкторский институт электробытовых маший"-и приборов (71) Заявитель (54) КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
Гасударственный комитет (23) Приоритет—
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для обогрева.
Известен каталитический нагреватель, содержащий корпус с боковыми окнами и размещенным по его оси топливным блоком, охваченным кольцевой каталитической насадкой, заключенной в перфорированную обойму 11).
Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная неустойчивой работой при низких температурах окружающей среды.
Цель изобретения — повышение надежности путем обеспечения устойчивого горения в широком диапазоне температур.
Укаэанная цель достигается тем, что он снабжен обечайкой, установленной с образованием зазора между каталитической насадкой и корпусом, верхняя стенка которого выполнена перфорированной.
Кроме того, каталитическая насадка установлена с возможностью продольного перемещения.
На чертеже изображен каталитический нагреватель, продольный разрез.
Нагреватель содержит корпус 1 с боковыми окнами 2 и топливным блоком 3, охваченным кольцевой каталитической насадкой 4, заключенной в перфорированную обойму 5.
Нагреватель снабжен обечайкой 6, установленной с зазором 7 относительно катали5 тической насадки 4. Верхняя стенка корпуса 1 перфорирована отверстиями 8. Обечайка 6 шпильками 9 скреплена с каталитической насадкой 4 и снабжена регулирующими клавишами 10, выведенными за пределы корпуса 1. Для разогрева катализатора служит топливная чаша 11.
При работе нагревателя поджигается топливо, находящееся в топливной чаше 11.
После прогрева каталитической насадки 4 начинается горение основного топлива, подаваемого на реакцию из топливного блока 3. Воздух поступает в зазор 7 между обечайкой 6 и каталитической насадкой 4 через боковые окна 2 в корпусе 1.
Регулирование теплопроизводительности осуществляется перемещением каталитической насадки 4 и при помощи регулирующих клавиш 10.
859764
Формула изобретения
Составитель Э. Языков
Редактор E. Лушникова Техред А. Бойкас Корректор Г. Назарова
Заказ 7521 59 Тираж 906 Поднисное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4
1. Каталитический нагреватель, содержащий корпус с боковыми окнами и размещенным по его оси топливным блоком, охваченным кольцевой каталитической насадкой, заключенной в перфорированную обойму, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения устойчивого горения в широком диапазоне температур, он снабжен обечайкой, установленной с образованием зазора между каталитической насадкой и корпусом, верхняя стенка которого выполнена перфорированной.
2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что каталитическая насадка установлена с возможностью продольного перемещения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2656613, кл. F 23 D 13/18, 1978.
www.findpatent.ru
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ С РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ ПОЛОСТЬЮ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к нагревательным системам и, более конкретно, к каталитическому нагревателю, который генерируют тепло и электричество в результате реакции окисления внутри полости, имеющей пористые каталитические стенки.
Уровень техники
Ранние изобретения нагревательных систем на жидком топливе включают в себя масляную лампу и свечу. Каждая нагревательная система на жидком топливе подает топливо по фитилю в область, где топливо может испаряться и сгорать. В масляных и керосиновых светильниках фитиль может использоваться непосредственно. В спиртовых горелках и, в частности, в горелках на метаноле необходимо добавить теплопроводный элемент и бандажное кольцо для подачи по фитилю с тем, чтобы подавать достаточное количество тепла для предварительного испарения топлива и направлять испарившееся топливо в зону горения. Без такого теплопроводного элемента и бандажного кольца вокруг спиртовых горелок топливо, фронт пламени или плазма сжигают соответствующий фитиль.
В последнее время возникла потребность в чистом сжигании спиртов вместо других углеводородов, таких как, например, нефть и керосин. Такие спирты могут быть получены из материалов отходов, также известных как "биомасса", или изготовлены из "альтернативных" источников энергии.
Существует ряд преимуществ сжигания спиртов вместо углеводородов. Например, метанол горит без дыма, копоти и запаха. Спиртовые топлива в отличие от керосина горят при более низкой температуре и могут быть потушены водой. Метанол и спирты самостоятельно начинают каталитическое горение на соответствующих катализаторах и обеспечивают, по существу, полное сгорание. В каталитических углеводородных горелках, с другой стороны, обычно требуется этап предварительного нагрева катализатора. Такие преимущества сжигания спиртов вместо углеводородов обеспечивают возможность получения нагревателей малой стоимости и эффективно сжигающих топливо.
Раскрытие изобретения
Учитывая описанное выше, различные варианты осуществления настоящего изобретения предусмотрены в нагревателе с эффективным сгоранием и передачей тепла отопления помещений.
Механизм диффузии топлива и воздуха, поступающего по отдельным каналам в топливо вместо смешения воздуха и топлива вместе с последующей подачей на катализатор, позволяет существенно улучшить ситуацию со сгоранием.
Обычные горелки, которые смешивают топливо и воздух вместе для сжигания внутри полости, могут привести к нестабильному и взрывному горению топлива и воздуха. Как правило, чем больше полость обычной горелки, тем сильнее соответствующий взрыв. Это может привести к усталости горелки и разрушительным результатам, таким как, например, разрыв оболочки нагревателя.
Известно, что смеси топлива и воздуха могут изменяться по времени, что может привести к потере фронта пламени и взрывам при повторном установлении пламени. Это, в частности, представляет собой проблему при сжигании остаточных газов рафинирующих установок или систем каталитической реакции, содержащих два потока реагентов.
Для исключения таких возможных аварий в различных вариантах настоящего изобретения топливо и воздух разделяют с помощью пористого каталитического слоя. Топливо и воздух взаимно диффундируют по направлению друг к другу через пористый каталитический слой, и в идеале отсутствует существенная не содержащая катализатор полость, наполненная смесью воздуха и топлива.
В настоящем изобретении можно достичь уменьшения стоимости и преимуществ в режиме работы при использовании полости внутри пористого слоя катализатора, и при этом плазма формируется внутри такой полости. Взаимная диффузия топлива и воздуха через пористый каталитический слой обеспечивает высокое время нахождения над катализатором для молекул, которое равно для всех присутствующих молекул, в отличие от ситуации принудительного потока через каталитический слой. В последнем случае ламинарный поток, также известный как "прямой поток" или "не диффузионный привод", представляющий собой массовый поток через случайный пористый каталитический слой, приводит к неравномерному составу газа радиально в каналах потока и неравномерному распределению потока таким образом, что большие канальные потоки доминируют в выходном потоке, и скорость потока, вероятно, может быть достаточно высокой, чтобы предотвратить существенную диффузию в местах размещения катализатора, в результате чего возникает каталитическая реакция части топлива и воздуха. Таким образом, некоторая часть смеси топлива и воздуха может быть пропущена через поверхности катализатора без взаимодействия, и это может приводить к неполному сгоранию. Внутри каталитического слоя важно, чтобы каталитическое сгорание в результате взаимной диффузии позволяло достигать градиента температуры от наибольшего во внутренней полости с последующим падением наружу, что важно для достижения полного сгорания. Если на внешней поверхности каталитического слоя поддерживается согласно данному изобретению температура ниже 400-200°С при стехиометрическом избытке кислорода по сравнению с метаноловым топливом и при использовании минеральной ваты/однородно каталитически активного каталитического слоя, доля несгоревших продуктов сгорания может понизиться ниже 1 части на 10000 или в пределах чувствительности нашего измерительного оборудования. В зависимости от этого процесса взаимной диффузии через разделительную стенку из каталитического слоя в новом изобретении нагревателя не требуются вентиляторы или насосы. В данном изобретении может использоваться конвекционный поток воздуха и/или струи для подачи паров топлива или воздуха в распределенном виде, что приводит к получению простой, тихо работающей, обеспечивающей чистое горение и надежной нагревательной системы. Горячие каталитические поверхности, которые обращены к потоку воздуха, также могут полностью окислять и таким образом устранять газы в потоке воздуха, такие как углеводороды и окись углерода, по мере их протекания через нагреватель. Дополнительные устройства, которые могут быть подключены к входному отверстию для воздуха нагревателя, представляют собой воздушные фильтры, электростатические воздушные фильтры, фотокаталитические воздушные фильтры, поглотители, адсорберы, газоочистители, аналогичные устройства или, например, ловушки для отработанного воздуха, конденсаторы воды и/или ловушки двуокиси углерода. Испускатели приятных запахов и ароматов, расположенные в нагревателе, можно использовать, и некоторые их примеры с высоким молекулярным весом могут проходить через нагреватель, не окисляясь, и поэтому могут быть добавлены как добавка к топливу. Нагревательная система также может использоваться вместе с мембранным каталитическим нагревателем в соответствии с находящейся на экспертизе заявкой №10/492018 на патент США.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя каталитический нагреватель, состоящий из одного или больше топливных резервуаров, одну или больше трубок, соединенных с одним или больше резервуарами, одну или больше пористых трубок, соединенных с одной или больше трубками и направленных в полость, и полость, ограниченную пористой каталитической стенкой, которая находится в диффузионном контакте с окислительным газом, для обеспечения каталитического горения с топливом из одной или больше пористых трубок. Окисление может происходить на пористых каталитических стенках между молекулами окислителя, поступающими путем диффузии снаружи от пористых каталитических стенок, и плазмой внутри полости, распространяющейся посредством диффузии в направлении каталитических стенок. Плазма формируется из испарившегося топлива, высвобождающегося через одну или больше пористых трубок, таким образом, что в результате окисления генерируется тепло.
В нагревателе топливо кипит и достигает автотермостатического состояния.
По меньшей мере одна трубка включает трубки подачи топлива, имеющие малый диаметр и большую длину для ограничения потока жидкого топлива в по меньшей мере одну пористую трубку, при этом топливные трубки подачи находятся в тепловом контакте с каталитическим сгоранием, причем топливо испаряется в топливных трубках подачи, и в результате увеличения объема уменьшается скорость подачи потока топлива через трубки подачи.
Пористые каталитические стенки содержат пористую матрицу материала высокотемпературной подложки и покрытие из каталитического материала.
Пористые каталитические стенки содержат кожух для матрицы.
Кожух для матрицы выполнен в виде проводника тепла с возможностью циркуляции текучей среды.
Пористые каталитические стенки содержат минеральную вату, покрытую катализаторами, выбранными из группы, состоящей из платины, палладия, родия, меди, цинка, никеля, иридия, олова, осмия, рутения, серебра, окиси титана, железа и переходных металлов.
Пористые каталитические стенки находятся в непосредственной близости к высокоактивным каталитическим частицам.
Нагреватель по п.1, в котором тепло удаляют с помощью тепловой трубки или системы циркуляции текучей среды.
Система циркуляции текучей среды состоит из насосов, клапанов, резервуаров для текучей среды, резервуаров тепла или их комбинации.
Предусмотрен термоэлемент или устройство преобразования тепла в электричество, находящееся в тепловом контакте с полостью, пористыми каталитическими стенками или их комбинацией.
Нагреватель содержит теплообменник для выпускного воздуха, имеющий входное отверстие для воздуха, входное отверстие для топлива или их комбинацию.
Конвекционный поток воздуха в дымоходе или вентиляторе восполняет кислород рядом с пористыми каталитическими стенками.
Нагреватель подает электричество к DC-DC преобразователям, батареям, конденсаторам, DC-AC преобразователям, регуляторам напряжения, светодиодам, двигателям, вентиляторам, переключателям, радиоустройствам, телевизионным устройствам, сотовым телефонам или их комбинации.
Одна или больше пористых трубок изготовлены из спеченного металла, керамических матриц, волоконных матриц, капиллярных трубок или их комбинации.
Одна или больше трубок изготовлены из спеченного металла, керамических матриц, волоконных матриц, капиллярных трубок или их комбинации.
Средство предварительного нагрева расположено в непосредственной близости к или закреплено на кожухе матрицы в качестве теплового проводника из основного нагревателя для обеспечения возможности отключения средства предварительного нагрева вручную или автоматически и для обеспечения возможности предварительного нагрева нагревателем своего собственного топлива.
Средство предварительного нагрева содержит топливный ограничитель для ограничения выхода тепла.
По меньшей мере одно выходное отверстие по меньшей мере одной трубки регулируют для модификации ассоциированного горения.
По меньшей мере одно выходное отверстие по меньшей мере одной трубки представляет собой поры спеченного металла, керамической матрицы, волоконной матрицы или их комбинации без использования другого выходного отверстия, более крупного, чем поры.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью и системой подачи топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью, имеющего клапан направления потока, сеть капиллярных трубок, нагревательную трубку, датчик газообразных продуктов и вентилятор, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 показан вид в поперечном сечении нагревательной системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в которой в нагревательной системе применяют нагревательную трубку или систему регулирования потока жидкости.
На фиг.4 показан вид в поперечном сечении градиентов при каталитической реакции в каталитическом слое в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 показан вид в поперечном сечении примерного варианта осуществления топливных нагревательных элементов в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.6 показана система для освещения или бытовая система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 показан вид в поперечном сечении с увеличением нагревателя с распылительной полостью и системы подачи топлива, имеющей средство предварительного нагрева в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
При ссылке на чертежи одинаковые номера ссылочных позиций обозначают аналогичные элементы на всех чертежах. Ниже представлен список номеров ссылочных позиций соответствующих элементов:
1 полость каталитического слоя
2 каталитический слой
3 пористая трубка
4 компрессионный фитинг
5 кипящее топливо
6 одна или больше малых капиллярных трубок
7 предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением
8 восковой привод
9 уплотнитель клапана
10 термостатический клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением
11 восковой привод и гнездо клапана
12 топливная линия
13 резервуар подачи под действием силы тяжести
14 переключатель, активируемый уровнем топлива
15 поплавок
16 шина
17 выпускное отверстие предохранительного клапана давления
18 входная линия
19 выходная линия
20 термоэлемент
21 электрический выход термоэлемента
22 теплоотвод
23 дымоход
24 изолирующий слой
26 электрический диод
27 источник электроэнергии
28 перистальтический насос
29 топливные трубки
30 основной резервуар топлива
31 топливо
32 входное отверстие для залива топлива и вентиляционная крышка
33 каналы потока воздуха
34 выход пористой трубки
35 электрические провода
36 топливный фильтр
37 сопло подачи газа
38 элемент расширения воска
39 клапан, активируемый теплом
40 трубка подачи газа
41 трубка с малым диаметром для подачи топлива
43 входное отверстие для воздуха
77 батарея
87 трехходовой клапан потока
88 первая ограничительная трубка капиллярного потока с множеством скоростей потока
89 вторая ограничительная трубка капиллярного потока с множеством скоростей потока
90 нижняя нагревательная трубка
91 первая боковая напорная трубка
92 вторая боковая напорная трубка
94 вентилятор
95 электронный датчик горения
97 герметизированная трубка
150 уровень земли
151 входное отверстие для воздуха
152 крышка вентиляционного отверстия для воздуха
153 выходное отверстие для воздуха
154 плита
155 нагревательная трубка
159 стенка теплообменника
169 резервуар с текучей средой
170 насос для охладителя
171 трубка потока текучей среды
203 контуры текучей среды
206 внешний кожух из нержавеющей стали
207 слой минеральной ваты
211 электрические соединения
213 фитиль
214 конденсация
216 рабочая текучая среда
219 электропроводный слой
218 электроизолирующий слой
220 блок из меди или алюминия
223 каналы из труб
225 поры с малым диаметром
229 нагревательная трубка
230 внутренний кожух из нержавеющей стали
251 резервуар источника
253 воздушный электрод
254 мембрана Nafion
255 топливный электрод
256 мембрана подачи топлива
261 кожух из нержавеющей стали
262 контакт кожуха
264 внутренняя поверхность каталитического слоя
272 резервуар тепловой трубки
274 независимая топливная нагревательная трубка
275 газообразный водород
280 трубка, устойчивая к потоку
284 резервуар для обмена теплом
285 клапан
289 топливный коллектор
291 тепловая трубка
300 топливный элемент
301 проверочный диод
302 конденсатор
303 контроллер электроэнергии
304 светодиод
305 электрический вентилятор
306 телевизор
307 первый переключатель
308 второй переключатель
309 третий переключатель
340 средство предварительного нагрева
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вид в поперечном сечении нагревателя с распылительной полостью и системы подачи топлива в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. В данном примерном варианте осуществления основные компоненты включают в себя каталитическую топку, систему распределения топлива, систему управления потоком и систему резервуара для топлива.
Представленная каталитическая топка имеет каталитический слой 2, окружающий полость 1 каталитического слоя, и дымоход 23. Система распределения топлива состоит из пористой трубки 3, компрессионных фитингов 4, одной или больше малых капиллярных трубок 6 и сопла 37 подачи газа. Система управления потоком содержит уплотнитель 9 клапана, восковой привод и гнездо 11 клапана, а также топливный фильтр 36. Система резервуара для топлива показана как содержащая топливную линию 12, резервуар 13 подачи под действием силы тяжести, входную линию 18, перистальтический насос 28 и топливные трубки 29. Также могут быть предусмотрены один или больше электрических проводов 35 для перистальтического насоса 28, термоэлемент 20 и источник 27 электроэнергии, предпочтительно в форме аккумуляторной батареи.
В варианте осуществления нагреватель построен путем формирования одной или больше пористых трубок 3 из нержавеющей стали, сформованной из обожженного порошка. Хотя термин "пористая трубка" используется здесь, трубки должны иметь только одно выходное отверстие. Таким образом, для краткости, во всем подробном описании изобретения термин "пористая трубка" будет использоваться взаимозаменяемо с "трубкой, имеющей по меньшей мере одно выходное отверстие" для обеспечения простоты понимания. В предпочтительном варианте осуществления такие пористые распылители имеют эффективный средний диаметр поры приблизительно 0,5 микрон. Другие композиции одной или более пористых трубок 3 включают в себя, например, керамические трубки, устройства из металла, стекла или керамические капиллярные трубки, их комбинацию. Матрица из тканых волокон также может быть пригодна для использования в качестве одной или больше пористых трубок.
Предпочтительно, чтобы одна или больше пористых трубок 3 имела внутренний диаметр приблизительно 0,125 дюйма и внешний диаметр приблизительно 0,25 дюйма. В примерном варианте выполнения одна или больше пористых трубок 3 разрезаны на отрезки приблизительно 5 см от соединения прикрепленного фитинга. Компрессионные фитинги 4 закреплены на одной или больше пористых трубках 3. Компрессионные фитинги могут состоять, например, из меди или латуни.
В примере, показанном на фиг.1, представлены две пористые трубки 3. Пористые трубки 3 и соответствующие элементы трубопроводов обычно расположены так, чтобы обеспечить подачу топлива с нижней стороны, и одна или больше пористых трубок ориентированы, по существу, вверх в месте, где расположены выходы пористой трубки 34. Такая примерная ориентация является предпочтительной для удержания топлива 31 в соответствующих фитингах 4, трубке 41 подачи топлива малого диаметра и в топливной линии 12, пока нагреватель не начнет испарять топливо, и в том, что она, по существу, ограничивает простой пролив топлива через выходные отверстия пористой трубки 34.
Компрессионный фитинг 4 в предпочтительном варианте осуществления имеет изгиб под прямым углом, и затем трубка с внешним диаметром приблизительно 0,25 дюймов формирует, по существу, Т-образную форму с другой пористой трубкой, как показано на фиг.1. Компрессионные фитинги 4 и трубка 41 подачи топлива малого диаметра, по существу, ограничивают скорость потока в одну или больше пористых трубок и соединены с предохранительным клапаном 7, активируемым тепловым дифференциальным расширением, восковым приводом и уплотнителем 9 клапана. Предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, предпочтительно установлен на внешней рамке каталитического нагревателя. Такая установка обеспечивает достаточный перенос тепла от каталитического нагревателя в предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, для обеспечения возможности открывания предохранительного клапана, активируемого тепловым дифференциальным расширением, в результате нагрева каталитического слоя 2 и использует перенос тепла в кипящее топливо 5 для поддержания в открытом состоянии предохранительного клапана, активируемого тепловым дифференциальным расширением. Предпочтительно, чтобы предохранительный клапан, активируемый тепловым дифференциальным расширением, представлял собой клапан теплового расширения, который открывается при температуре приблизительно 63°С и закрывается приблизительно при температуре 46°С, используя восковой привод 8, который смещает гнездо 9 клапана.
Система пусковой подачи топлива в нагреватель может быть сформирована с внутренним диаметром приблизительно 0,010 дюйма, внешним диаметром 0,0625 дюйма и одной или больше малыми капиллярными трубками 6, которые расположены с прижимом к внутренней нижней поверхности каталитического слоя 2. Такие капиллярные стальные трубки могут быть сформированы из нержавеющей стали. Каталитические слои могут состоять из платины и других каталитических материалов, диспергированных по керамическим волокнам, или могут представлять собой слой из минеральной ваты. Несколько алюминиевых сфер, покрытых 1 мас.% платины, могут быть распределены в каталитическом слое для обеспечения пуска от горячей точки. Одна или больше малых капиллярных трубок 6 соединены с топливной линией 12. Одна или больше малых капиллярных трубок 6 могут иметь ограниченные скорости потока, определяемые медленным движением ламинарного потока через одну или больше малых капиллярных трубок и давлением топлива 31 в одной или больше малых капиллярных трубок 6. Сопротивление потоку через одну или больше малых капиллярных трубок 6, трубку 41 подачи топлива с малым диаметром, топливную линию 12 и выходную линию 19 также может формировать верхний предел мощности нагревательной системы в зависимости от давления в резервуаре 13 с подачей под действием силы тяжести. Если температура в одной или больше малых капиллярных трубках 6 и/или в трубке 41 подачи топлива с малым диаметром превысит точку кипения топлива 31 и топливо закипит, скорость подачи топлива быстро падает приблизительно до пяти процентов скорости подачи топлива из-за того, что кипящее топливо 5 имеет значительно больший объем и скорость потока, что изменяет эффект капиллярного движения через одну или больше капиллярных трубок.
Математическая взаимосвязь скорости подачи ламинарного потока топлива (текучей среды) с давлением на топливо в определенной трубке (Р), радиусом определенной трубки (r), длиной определенной трубки (l), вязкостью определенного топлива (µ) и плотностью текучей среды (ρ) является следующей:
Скорость подачи топлива = ρ·π·P·r4/(8·µ·l).
Такой механизм сопротивления ламинарному потоку можно использовать как эффект самостоятельного ограничения температуры в нагревателе таким образом, что, когда топливо кипит в одной или больше малых капиллярных трубках 6 и в трубке 41 подачи топлива с малым диаметром, скорость потока топлива будет падать с коэффициентом приблизительно 20, и происходит самостоятельное ограничение нагревателя. Этот эффект возникает из-за того, что объем жидкого топлива изменяется от приблизительно 0,79 г/мл до приблизительно 0,00114 г/мл при температуре приблизительно 65°С при давлении воздуха на уровне моря. Это приводит к изменению объема, который становится в 693 раза меньше. Вязкость топлива изменяется от значения µ (жидкости), составляющего приблизительно 0,00403 пуаз для жидкости, до значения µ (газа), составляющего приблизительно 0,000135 пуаз для газообразного метанола при температуре 65°С. Таким образом, оценивают, что скорость подачи топлива падает с коэффициентом приблизительно в 1/23,2 раза для потока газа, разделенную на скорость подачи топлива для жидкого топлива. Скорость подачи топлива = подача газообразного топлива/подача жидкого топлива = ρ(газа)·µ(жидкости)/(ρ(жидкости)·µ(газа))=0,04308=1/23,2.
В одной или больше пористых трубок 3 топливо 31 может протекать через малые поры в стенках одной или больше пористых трубок со скоростью потока, которая может быть математически смоделирована путем умножения количества эквивалентных малых пор на скорость подачи топлива и перепад давления, формируемый высотой топлива в одной или больше пористых трубках. Когда топливо полностью или по существу испаряется, поток топлива через малые поры существенно уменьшается и в потоке доминирует поток через выход 34 пористой трубки.
По существу, поток через одну или больше пористых трубок затем доминирует над потоком распыления из выхода 34 пористой трубки, в то время как некоторый поток и диффузия топлива происходят через малые поры в стенке одной или больше пористых трубок 3. Такой поток распыления можно изменять с помощью дроссельной заслонки или регулировать в соответствии с необходимостью. Поток топлива через малые поры в стенках может сгорать под действием катализатора или плазмы или может быть преобразован на стороне одной или больше пористых трубок 3, удерживая одну или больше пористых трубок нагретой для передачи тепла в топливо для поддержания кипения топлива и потока пара путем подачи тепла испарения топлива 31. Хотя выход пористой трубки иллюстрируется на чертежах как открытый, пористая трубка может быть, по существу, закрыта или накрыта чем-то так, что поток топлива должен проходить через малые поры в стенках, а не через выход пористой трубки. Кроме того, хотя пористые трубки показаны как установленные, по существу, в вертикальном направлении, пористые трубки могут быть установлены, по существу, в горизонтальном направлении относительно основания нагревателя или в любом положении между, по существу, вертикальным и, по существу, горизонтальным положениями. В результате стороны одной или больше пористых трубок могут быть покрыты плазмой, когда воздух (кислород) имеется в стехиометрическом избытке, или горячей плазмой, и также может поддерживать пламя/плазму в потоках испарившегося топлива на выходе из пористой трубки. Динамическое равновесие может быть достигнуто на одной или больше пористых трубках 3 между потоком через малые поры в стенках, через стороны одной или больше пористых труб, который сгорает, и тепло передается для испарения и возможного реформинга топлива в выходном потоке воздуха пористой трубки.
Скорость потока топлива и диффузию через боковые стороны одной или больше пористых трубок 3 требуется автоматически регулировать для поддержания потока топлива через одну или больше пористых трубок 3 в виде испарившегося топлива. Если топливо не испаряется в одной или больше пористых трубках, жидкое топливо на внутренней поверхности одной или больше пористых трубок 3 будет протекать и будет диффундировать через стороны одной или больше пористых трубок 3 и повышать степень нагрева одной или больше пористых трубок до тех пор, пока на выходе из пористой трубки не испарится большая часть топлива 31, и наоборот. Если топливо, по существу, испаряется, когда топливо достигнет одной или больше пористых трубок 3, скорость потока топлива через боковые стороны одной или больше пористых трубок будет уменьшена и нагрев, и испарение топлива, до контакта с жидким топливом возвращаются к основанию одной или больше пористых трубок 3.
Аналогичная система динамического равновесия может быть получена с одной или больше пористыми трубками 3, окружающими компоновку вертикальной подачи топлива по фитилю, которое подают по фитилю в область сгорания у выходного отверстия 34 пористой трубки, и некоторую часть тепла сгорания от поверхности одной или больше пористых трубок передают для кипения топлива. Если топливо полностью испаряется с помощью такого фитиля, меньшее количество топлива будет подано через стороны одной или большего пористых трубок и подача топлива будет сдерживаться. Если большее количество жидкого топлива будет подано по фитилю, нагрев одной или больше пористых трубок повышается и степень испарения топлива увеличивается. Средство предварительно нагрева может представлять собой, например, каталитический или электрический нагреватель.
Для очень высоких скоростей потока через одну или больше пористых трубок 3 теплопередача обратно в жидкое топливо для испарения жидкого топлива необходима для поддержания испарения топлива. В примерных вариантах осуществления, представленных здесь, предварительный нагрев через боковые стенки одной или больше пористых трубок 3 зависит от жидкости или пара в замкнутом тепловом контуре для достижения максимальной реактивности и, таким образом, для формирования чувствительной и динамически самостоятельно испаряющей топливо системы предварительного нагрева. На фиг.7 иллюстрируется средство 340 предварительного нагрева, установленное рядом с топливной линией 12. Такой предварительный нагрев позволяет нагревать исходное количество топлива без постоянного потока топлива, обеспечивая таким образом возможность более эффективного нагрева нагревателя и с меньшими потерями топлива.
Средство предварительного нагрева представляет собой средство, через которое поступает жидкое топливо и в котором оно кипит. Примеры средства предварительного нагрева включают в себя от простой металлической трубки до сложной конструкции в виде радиатора. Специфика конструкции будет основана на таких факторах, как выход в ваттах требуемого средства предварительного нагрева, скорость, при которой топливо перемещается через теплообменник, эффективность, с которой конкретная конструкция позволяет передавать тепло в топливо, температура топлива, точка кипения топлива и т.д. Средство предварительного нагрева также может находиться в непосредственной близости к или потенциально даже будучи прикрепленным к первичному корпусу нагревателя, что может обеспечить возможность для основного нагревателя "перенимать на себя" предварительный нагрев топлива после того, как основной нагреватель будет включен до требуемой или заданной температуры.
Средство предварительного нагрева предпочтительно ограничено по выходному теплу. Это может быть выполнено через ограничение топлива, поступающего в средство предварительного нагрева, или используя некоторое средство термостатического контроллера, такое как, например, клапан, аналогичный тепловому клапану, или используя некоторое электрическое средство, например, от простого биметаллического термостата до компьютера (микроконтроллера) с температурными входами, который управляет клапаном, или даже через трубку для подачи топлива в средство предварительного нагрева, которое проходит через или рядом со средством предварительного нагрева, так же как и теплообменник, что приводит к существенному уменьшению скорости потока топлива из-за обратного давления в линии, когда топливо в средстве предварительного нагрева закипает.
В полости 1 каталитического слоя топливо может сгорать с воздухом при высоких температурах и затем диффундировать в соседний каталитический слой 2 для того, чтобы, по существу, завершить горение при более низких температурах в каталитическом слое 2, по мере того как рассеиваемое топливо в полости 1 каталитического слоя встречается с диффузией кислорода из воздуха в дымоходе 23.
Каталитическое сгорание при более низкой температуре является более полным и создает благоприятные условия для получения продуктов типа двуокиси углерода и воды вместо окиси углерода и водорода, которые могут быть произведены в условиях горения с высокой температурой. Градиент температуры, сформированный в результате передачи тепла от наивысшей температуры внутри полости 1 каталитического слоя на наружную поверхность каталитического слоя 2, формирует требуемый температурный градиент для полного сгорания топлива и воздуха. Измерения в соответствии с вариантами осуществления настоящего каталитического нагревателя обеспечивают лучшую эффективность сгорания, чем 99,984% эффективности при сжигании метанола в качестве топлива с воздухом.
Следует упомянуть, что этот тип горения можно использовать для безопасного сжигания различных видов топлива. Пример их представляют негорючие смеси газов, таких как газы - отходы из рафинирующих установок. Такое топливо может быть подано вместо жидкого топлива и/или смешано с или через параллельное устройство подачи топлива с подачей в полость каталитического слоя. Метанол, диметилэфир или пористые патрубки, в которые подают жидкое топливо, например, могут представлять собой топливо, подаваемое рядом с соплом 37 подачи газа, по которому подают топливо в виде предварительно подогретого газового потока, после того, как температура будет достаточно высокой для того, чтобы открыть элемент 38 расширения воска и клапан 39, активируемый теплом.
Каталитически сгораемые газы, такие как, например, водород, окись углерода, метан, пропан, пентан, эфир, этан, бутан, этанол, пропанол и другие углеводородные соединения также можно использовать. Пример газа, который может быть подан из газообразных отходов установки по рафинированию, представляют собой газ, который состоит из небольшого количества водорода и метана, и окиси углерода, но который разбавлен достаточным количеством азота и несгораемых газов таким образом, что газ сам по себе не может поддерживать пламя.
Предварительно подогретый поток газа в трубке 40 подачи газа может быть нагрет в результате передачи тепла из дымохода 23, каталитического слоя 2 и в каналах 33 выпускаемого потока воздуха в трубку 40 подачи газа и в каталитический слой 2, в результате чего он каталитически окисляет обедненные примеси топлива в каталитическом слое 2 так, что кислород при этом диффугирует через каталитический слой 2. Определенное преимущество использования предварительно подогретого топлива в трубке подачи газа, отдельной от каналов 33 потока воздуха и входного отверстия 43 для воздуха, в существенной степени исключает приготовление большого объема смешанного топлива и воздуха, как в обычной горелке, что может привести к взрывам, наносящим ранения отдельным людям и ущерб частной собственности.
В варианте осуществления воздух также может быть предварительно подогрет в результате теплообмена с теплом, передаваемым из дымохода 23 во входное отверстие 43 для воздуха. Благодаря предварительному нагреву топл
edrid.ru
Газовый каталитический нагреватель
Ссюэ Советскик
Ссциелистических
Республик
ВСЕС ОЮЗй А Я
ЯАТК11ТН0ТЬХ11И- 1ЕСЕАЯ
БИБМОТЕЫА
Зависимое от авт, свидетельства №
Заявлено 06.Х11.1967 (¹ 1202145/29-14) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 20Л 1.1969. Бюллетеш. ¹ 21
Дата опубликования описания 18.XI.19I>9
1хл. 4е, 3
МПК F 23d
УДК 683.877(088,8) Комитет по делам иаобретеииК и открытий при Совете Микиотров
СССР
Авторы изобретения
Г, А. Чапурин, Ф. Л. Лазовский и H. В. Марочкин
Заявитель
ГАЗОВЫЙ КАТАЛ ИТИ ЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
Известен газовый каталитический нагреватель, содержащий корпус и размещенные в нем насадок, сетки, электропагреватель и газовую форсунку.
Целью настоящего изобретения является повышение жесткости насадка и увеличение поверхности излучения.
Достигается это тем, что сетки нагревателя выполнены с волнообразным поперечным сечением, причем вершины гребней и впадин располо>кены концентрично относительно центра сетки, На фиг. 1 изобра>кен описываемый газовый каталитический нагреватель, поперечный разрез; на фиг. 2 — разрез по А — А на фиг. 1.
Нагреватель состоит из круглого металлического корпуса 1, верхней 2 и нижней > сеток с волнообразным поперечным сечением, между которыми размещен каталитический насадок 4.
Нижняя сетка удерживается при помощи кольца 5, а верхняя сетка прижимается к корпусу при помощи кольца б. Вершины гребней и впадин каждой сетки расположены концентрично относительно ее центра.
Пространство между нижней сеткой и днп щем корпуса заполнено волокнистым материалом, обладающим хорошимп фильтрующимп и теплоизоляционнымп свойствами.
Для подачи газа служат дроссельный клапан 7 и змеевик 8. Запуск в работу осуществляется с помощью электронагревателя 9.
Топливный газ, поступающий через дроссельный клапан в дозированном количестве по змеевику через отверстия, просверленные по всей длине змеевика, попадает в насадок.
10 Воздух, необходимый дл:; окисления газа, диффупдирует снаружи внутрь насадка. Для запуска в работу насадок нагревается электронагревателем до температуры, необходимой для начала реакции окисления, после
15 чего электронагреватель отключается.
Предмет изобретения
Газовыи каталитический нагреватель, содержащий корпус и размещенные в нем на2р садок, сетки, электронагреватель и газовую форсунку, отличсиоцийся тем, что, с целью повышения жесткости насадка и увеличения поверхности излучения, сетки нагревателя выполнены с волнообразным поперечным сече25 нием, причем вершины гребней и впадин расположены концентрично относительно центра сетки.
246426
%up 1
А-А
Риг. 2
Составитель Л. Романова
Техред Л. В. Куклина Корректор С. М. Сигал
Рсдактор Г. Яковлева
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 2891/1 Тираж 480 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР
Москва, Раушская наб., д. 4/5
www.findpatent.ru
Каталитический обогреватель
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
„„SU„„1236255 (50 4 F 23 D 14 18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /
К АBTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3810423/24-06 (22) 15. 11.84 (46) 07.06.86. Бюл. № 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт мономеров (72) В. П. Юрьев, Г. А. Чапурин и В. Н. Бодягин (53) 662.951.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 859784, кл. F 23 D 13/18, 1977.
Авторское свидетельство СССР № 844930, кл. F 23 D 13/18, 1978. (54) (57) 1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ОБОГРЕВАТЕЛЬ, содержащий испаритель в виде пористого топливного блока и размещенную над ним каталитическую насадку, причем испаритель и насадка заключены в отдельные корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, оба корпуса установлены с зазором по отношению один к другому, а обогреватель дополнительно содержит перепускное устройство, размещенное со смещением от его оси, при этом оба корпуса установлены с возможностью взаимного поворота вокруг оси перепускного устройства.
2. Обогреватель по и. 1, отличающийся тем, что перепускное устройство выполнено разьемным в поперечной плоскости на две части с их цилиндрическим или коническим соединением.
1236255
25
Изобретение относится к обогреваю«цим устройствам, работающим на жидком углеводородном топливе, в частности к каталитическим нагревательным приборам, и предназначено для индивидуального обогрева человека, сушки одежды и обуви в туристическом походе, разогрева пищи и так далее.
Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности.
На фиг. 1 изображен предлагаемый каталитический обогреватель с вынесенным за пределы корпусов перепускным устройством, поперечный разрез; на фиг. 2 — каталитический обогреватель с повернутым в сторону корпусом каталитической насадки, вид сверху; на фиг. 3 — каталитический обогреватель с перепускным устройством, выполненным внутри пусковой трубы, поперечный разрез; на фиг. 4 — обогреватель с повернутым корпусом каталитической насадки относительно корпуса испарителя, вид сверху.
Каталитический обогреватель содержит каталитическую насадку 1, заключенную в отдельный корпус, и испаритель 2 в виде пористого топливного блока, также заключенного в отдельный корпус. По оси симметрии каталитической насадки 1 и испарителя 2, либо симметрично с ними (фиг. 3) выполнено сквозное отверстие 3, выполняю«цее роль запускного устройства. В нижней части сквозного отверстия 3 размещена пусковая чаша 4, выполненная с подвижной насадкой. Каталитическая насадка 1 снизу поддерживается сеткой 5, а сверху обрамлена крупноячеистой сеткой 6 и решеткой 7.
Свободное пространство между сеткой 5 и днищем 8 корпуса каталитической насадки 1 служит для выравнивания давления паров топлива перед каталитической насадкой.
Сбоку в корпус каталитической насадки 1 монтируется верхняя часть перепускного устройства 9, имеющая канал 10 для выхода паров топлива к каталитической насадке 1. Нижняя часть 1! перепускного устройства 9 монтируется к корпусу испарителя 2 и также имеет канал 12 для выхода паров топлива из испарителя 2. Верхняя часть перепускного устройства 9 подвижно соединена через плоский разъем 13 (фиг. 1 или конусный разъем 13 (фиг. 3) с нижней частью 11. Уплотнение разъема достигается шпилькой 14 с нажимными гайками 15 (фиг. 1) или вырезами и нажимной гайкой 15 (фиг. 3) .
Корпус испарителя 2 выполняется герме. тичным, а его полость заполнена пористым термостойким керамическим волокном 16 и отгорожена сетками 17 от кольцевого зазора 18, соединенного с каналом 12 перепускного устройства 11. Сбоку в корпусе испарителя 2 выполнено резьбовое отверстие, закрывающееся пробкой 19. Через отверстие при снятой пробке 19 в корпус испарителя 2 заливается с помощью воронки жидкое топливо. Karaëèòè÷åñêàÿ насадка 1 в отдельном корпусе 1 и испаритель 2 в виде пористого топливного блока в отдельном корпусе могут свободно сдвигаться относительно друг друга вокруг оси перепускного устройства 9, как это показано на фиг. 2 и 4.
Каталитический обогреватель работает следующим образом.
Через пробку 19 (фиг. 1 -4) испаритель
2 заправляется жидким топливом. В пусковую чашу 4 наливается !Π— 15 мл жидкого топлива или вставляется одна таблетка сухого горючего. Корпус с катглитической насадкой 1 и корпус испарителя 2 в момент запуска совмещаются так, чтобы оба корпуса строго располагались друг под другом.
Сверху в сквозное отверстие 3 пусковой трубы бросается зажженная спичка, которая, соприкасаясь с топливом в пусковой чаше 4, воспламеняет его. В сквозном отверстии 3 пусковой трубы образуется факел пламени, теплом которого через стенку пусковой трубы нагревается жидкое топливо в испарителе 2 с образованием паров, а также каталитическая насадка 1 вокруг пусковой трубы. Пары топлива из испарителя 2 через кольцевой зазор 18 по каналам 12 и !0 перепускного устройства 9 попадают в свободное пространство между сеткой 5 и днищем
8 корпуса каталитической насадки 1. Встречаясь в порах нагретого от стенок пусковой трубы катализатора насадки 1 с кислородом диффундирую«цего из окружающей среды воздуха, пары топлива окисляются до углекислого газа и воды с выделением большого количества тепла. Выделившимся в результате реакции глубокого окисления топлива теплом каталитическая насадка 1 нагревается и становится источником теплового (инфракрасного) излучения.
Д;«я уменьшения тепловой нагрузки работающего каталитического обогревгтеля необходимо переместить корпус каталитической насадки 1 относительно остающегося неподвижным корпуса испарителя 2. Количество тепла, передающегося от дни«ца 8 к верхней части корпуса испарителя 1, уменьшается за счет сокращения поверхности контакта обоих корпусов. Корпус испарителя 2 получает меньше тепла от корпуса каталитической насадки 1, что приводит к уменьн;:ению ооразую«цихся в испарителе паров топлива.
Тепловая нагрузка каталитического обогревателя будет уменьшена.
Таким образом, плавно изменяя площадь контакта путем поворачивания корпуса каталитической насадки 1 относительно корпуса испарителя 2, можно плавно регулировать теплопроизводительность каталитического обогревателя (фиг. 3 и 4).
Для выключения каталитического обогревателя из работы достаточно значительно сместить верхний корпус с насадкой 1 от1236255 носительно нижнего корпуса испарителя 2.
Тепло от корпуса с каталитической насадкой 1 перестает поступать к корпусу испарителя 2, испарение жидкого топлива в нем прекращается и катал ити ческий обогреватель перестает работать.
123625K>
Редактор В. Иванова
Заках 3009/40
Составитель М. Вацуро
Техред И. Верес Корректор В. Бутяга
Тираж 514 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
www.findpatent.ru
