Капиллярная испарительная форсунка

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания жидкого топлива. Капиллярная испарительная форсунка содержит корытце, испаритель, рассекатель пламени, воздушный ресивер, вентиль, топливный бак, сопло, в качестве капиллярного жаростойкого материала используется силикагель технический гранулированный, заложенный во внутрь испарителя без уплотнения в объеме 60% от общего объема, а также внутри испарителя неподвижно зафиксирована сетка-фильтр. Технический результат - исключение засорения испарителя и сопла смолами, повышение эффективности сжигания топлива. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания жидкого топлива, преимущественно, испарительными форсунками, и может быть использовано на полевых средствах приготовления и транспортирования пищи и в других тепловых аппаратах.

Известна испарительная форсунка (например, форсунка ФК-01 (Эксплуатация технических средств приготовления и транспортирования пищи в полевых условиях. М.: ВИ, 1980 г.)) [1], содержащая вентиль, испаритель, сопло, рассекатель пламени, корытце, топливный бак, выполняющий роль воздушного ресивера. Такое техническое решение позволяет применять форсунку без источников электроэнергии, при сохранении работоспособности даже в полевых условиях. Однако в связи с тем, что топливо нагревается только на внутренней перегретой поверхности труб испарителя форсунки, возникает пленочное неэффективное кипение (Деев В.И., Куценко К.В., Лаврухин А.А., Харитонов B.C. Нестационарный кризис кипения жидкостей // Тез. докл. V Минского Междунар. Форума по тепло- и массообмену. Т. 2. Минск: Изд. ИТМО НАНБ, 2004. [2]. Из-за высокого теплового напряжения в топке проявляется эффект Лейденфроста (отделение жидкости от греющей поверхности паровой прослойкой), что приводит к перегреву наружной поверхности труб испарителя и преждевременному прогоранию, их закоксовыванию и образованию жидких смол (при конденсации их паров в низкотемпературном потоке жидкого топлива). Частично эти смолы попадают в горючую смесь в жидком состоянии, мешая нормальному горению факела и снижая его температуру. Остаток в виде нагара и жидких смол занимает часть объема труб, сокращая поверхность теплообмена, снижают коэффициент теплопередачи и эффективность испарения дизельного топлива. Такой испаритель не может обеспечить нормального процесса горения, и форсунка начинает дымить, сопло засоряется, а потом и вовсе перестает работать. Это требует частой разборки форсунки, в целях удаления высокотемпературных остатков, при температуре, недостаточной для возгонки всех составляющих фракций топлива.

Технической задачей изобретения является исключение засорения испарителя и сопла смолами, повышение эффективности сжигания топлива и коэффициента полезного действия форсунки.

Техническая задача выполняется за счет того, что капиллярная испарительная форсунка, содержащая корытце, испаритель, рассекатель пламени, воздушный ресивер, вентиль, топливный бак, сопло, отличается тем, что в качестве капиллярного жаростойкого материала используется силикагель технический гранулированный, заложенный вовнутрь испарителя без уплотнения в объеме 60% от общего объема, а также внутри испарителя неподвижно зафиксирована сетка-фильтр.

Технический результат изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия форсунки на 13-16%, уменьшении содержания угарного газа (СО) в уходящих газах на 40-60% и не допущении засорения испарителя и сопла, что ведет к безотказной работе (Антуфьев В.Т., Заньков П.Н., Смолянский О.В. Экспериментальные исследования капиллярно-испарительной форсунки для тепловых блоков полевых кухонь.// Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, ИХБТ, №1, 2015 г. [3]).

Новым, в предлагаемом устройстве, является применение в ней объемно-капиллярного испарения дизельного топлива при повышенных температурах, обеспечиваемое дополнительной развитой поверхностью керамической засыпки и ее повышенной теплопроводностью, что исключает задержку в трубах высококипящих фракций (парафинов и смол). В качестве капиллярного жаростойкого материала применяется силикагель технический гранулированный, заложенный в испарительную трубу форсунки без уплотнения. При свободной засыпке шарообразных частиц доля свободного объема составляет V=0,4. То есть 60% в объеме испарителя займет шарообразная засыпка силикагеля, а 40% объема - дизельное топливо. При таком уменьшении топлива, подлежащего разогреву до кипения и испарению, увеличение теплоотдающей поверхности на порядок повышается эффективность процесса и равномерность температур в потоке жидкости. За счет кипения в объеме каждой перегретой гранулы и между ними засорение капилляров практически исключено, что обеспечивает длительность эксплуатации силикагеля без замены. (Гамаюнов Н.И., Малышев В.Л. Охлаждение мениска в процессе высокотемпературного испарения жидкостей из капилляров//Промышленная теплотехника. 1986 г. Т. 8. №2. С. 49-53 [4]).

В форсунке ФК-01 из 200 см3, ранее заполняемых дизельным топливом, теперь будет заполнено только 80 см3, которые быстрее превратятся в перегретый пар не только от внутренней поверхности труб испарителя, но и в большей степени от прогретого зернистого материала.

Изобретение поясняется чертежом, на котором обозначено: корытце (1); испаритель (2); рассекатель пламени (3); сетка-фильтр (4); сопло (5); вентиль (6); воздушный ресивер (7); трубопровод (8).

Техническая задача достигается за счет того, что капиллярная испарительная форсунка включает воздушный ресивер (7), вентиль (6), с подводящим трубопроводом (8), испаритель (2) жидкого топлива (как вариант, в виде полой жаростойкой металлической трубы, полностью заполненной шарообразным силикагелем) и сопла (5), размещенные в топке и обогреваемых факелом пламени. Причем в целях исключения засорения сопла (5) частицами силикагеля, внутри испарителя (2) в пазы установлена сетка-фильтр (4).

Силикагель является не только интенсификатором теплопередачи от перегретых стен испарителя (2) в объем топлива, но и дополнительной развитой поверхностью капиллярного кипения жидкости и превращения ее в перегретый пар (Хрусталев Д.К., Денисевич С.В. Теплопередача при испарении и конденсации в тепловой трубе с комбинированной капиллярно-пористой структурой. Тепловые трубы и теплообменники с капиллярно-пористыми структурами. Минск, 1986 г. с. 39-50) [5]. Это приводит к тому, что пары топлива, перемещающиеся к соплу (5), уже полностью имеют испаренные фракции смол, и в пламени форсунки отсутствует топливо в капельной форме, снижавшее ранее эффективность сгорания и повышающее степень химического недожога.

Силикагель имеет многочисленные поры: каверны (макропоры), макрокапилляры и микрокапилляры. Относительно высокая теплоемкость силикагеля, составляющая 920 Дж/(кг K), и теплопроводность при +30°С, равная 0,25 Вт/(м K), что на 30% выше, чем у дизельного топлива, способствует интенсификации процессов испарения (Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии (часть I). М.: Химия, 1995. 400 с. ) [6].

Форсунка работает следующим образом: при создании повышенного давления в топливном баке, дизельное топливо через вентиль (6), трубопровод (8) поступает в испаритель (2), где первоначально испаряется под действием пламени в корытце, а затем за счет нагрева труб от пламени факела. При этом кипение происходит не только на внутренней поверхности труб испарителя (2), но и в объеме каждой перегретой гранулы и между ними, обеспечивая более высокий температурный режим процесса (Койбагаров С.X. Нестационарное испарение жидкости с поверхности пористого тела. Наука и техника Казахстана, №3 2010 г. ) [7].

В таблице «Результаты эксперимента, проведенного на заводе «Спецтехмаш» г. Всеволожск, Ленинградской обл., в сентябре-декабре 2015 года», на технических средствах транспортирования и приготовления пищи, в полевых условиях, представлены положительные эффекты от применения капиллярной испарительной форсунки:

время закипания воды в котлах сократилось на 10-15%, что снижает трудозатраты персонала;

снизилась дымность уходящих газов в 2,5 раза;

уменьшился расход дизельного топлива на 15-35%. (Антуфьев В.Т., Заньков П.Н., Смолянский О.В. Экспериментальные исследования капиллярно-испарительной форсунки для тепловых блоков полевых кухонь.// Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, ИХБТ, 2015 г, №1) [3];

повысилась мобильность кухни.

Незначительно повышенная температура факела и применение объемного капиллярно-испарительного кипения в трубах форсунки существенно снижает в них количество отложений и смол, частоту технического обслуживания тепловых блоков и форсунок. Это предотвращает накопление тяжелых фракций топлива в испарителе (2) и отложений кокса и смолы в его стенках. Модернизированная форсунка при этом не только увеличивает удельную производительность по пару дизельного топлива в 1,7-2 раза, но и его температуру на выходе из сопла (по замерам на 50-70°С). Таким образом, высококипящие фракции дизельного топлива не будут забивать испаритель в виде смол и кокса, что происходит через 90-100 часов работы на серийно выпускаемых испарительных форсунках. Для испытанной форсунки характерен голубой, почти невидимый для глаза, цвет пламени, показывающий отсутствие в пламени твердых сажевых частичек, которые, ранее не успев догореть, соприкасались с относительно холодными стенками пищеварочных котлов и стенок газохода и откладывались в виде сажевого налета.

Благодаря применению силикагеля шарообразного в зоне его контакта с нагревательной стенкой, происходит сильный отток теплоты от поверхности трубы испарителя через тонкую прослойку дизельного топлива к шарику, что приводит к значительному (до 35°С) снижению температуры поверхности, соприкасающейся с дизельным топливом, находящимся в прослойке между ними. То есть более низкая температура на поверхности трубы исключит эффект Лейденфроста, интенсифицирует возникновение и рост паровых пузырьков не только на поверхности нагревателя, но и в объеме засыпки. Циркуляция жидкого топлива увеличится, что положительно сказывается на испарении и подготовке перегретой горючей смеси на выходе из сопла.

С учетом вышеприведенных доводов считаем, что отличительные признаки предлагаемой капиллярно испарительной форсунки подтверждают соответствие изобретения критерию "существенные отличия". Использование отличительных признаков в предлагаемом устройстве подтверждает его соответствие критерию "новизна".

Список литературы

1. Эксплуатация технических средств приготовления и транспортирования пищи в полевых условиях. Руководство. ВИ, 1980 г.

2. Деев В.И., Куценко К.В., Лаврухин А.А., Харитонов B.C. Нестационарный кризис кипения жидкостей // Тез. докл. V Минского Междунар. Форума по тепло- и массообмену. Т. 2. Минск: Изд. ИТМО НАНБ, 2004.

3. Антуфьев В.Т., Заньков П.Н., Смолянский О.В. Экспериментальные исследования капиллярно-испарительной форсунки для тепловых блоков полевых кухонь// Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, ИХБТ, №1, 2015 г.

4. Гамаюнов Н.И., Малышев В.Л. Охлаждение мениска в процессе высокотемпературного испарения жидкостей из капилляров//Промышленная теплотехника. Т. 8. №2, 1986 г. С. 49-53.

5. Хрусталев Д.К., Денисевич С.В. Теплопередача при испарении и конденсации в тепловой трубе с комбинированной капиллярно-пористой структурой. Тепловые трубы и теплообменники с капиллярно-пористыми структурами. Минск, 1986 г. С. 39-50.

6. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии (часть I). М.: Химия, 1995. С. 400

7. Койбагаров С.X. Нестационарное испарение жидкости с поверхности пористого тела. Наука и техника Казахстана, №3 - 2010 г.

Капиллярная испарительная форсунка, содержащая корытце, испаритель, рассекатель пламени, воздушный ресивер, вентиль, топливный бак, сопло, отличающаяся тем, в качестве капиллярного жаростойкого материала, используется силикагель технический гранулированный, заложенный вовнутрь испарителя без уплотнения в объеме 60% от общего объема, а также внутри испарителя неподвижно зафиксирована сетка-фильтр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Испарительное горелочное устройство (100) для мобильного нагревателя, работающего на жидком топливе, содержит область (2) приготовления смеси для создания топливовоздушной смеси, поверхность (8) испарения топлива, расположенную в области (2) приготовления смеси для испарения жидкого топлива, подачу (B) воздуха для горения для подачи воздуха для горения в область (2) приготовления смеси, подачу (1) топлива для подачи жидкого топлива на поверхность (8) испарения топлива, область (3) преобразования, расположенную гидродинамически после области (2) приготовления смеси, для преобразования топливовоздушной смеси с выделением тепла, и теплопроводный корпус (7), распространяющийся на расстоянии от боковой стенки (25) области (2) приготовления смеси через область (2) приготовления смеси в область (3) преобразования для отведения назад тепла из области (3) преобразования в область (2) приготовления смеси за счет теплопроводности.

Изобретение относится к области энергетики. Испарительная горелка (1) для мобильного обогревательного устройства содержит камеру (3) сгорания, линию (4) подачи топлива для подачи жидкого топлива и испаритель для испарения поданного топлива, испаритель имеет несущее тело (6), изготовленное из непористого материала и имеющее поверхность подготовки топлива, обращенную к камере (3) сгорания и контактирующую с жидким топливом, в которой на поверхности подготовки топлива и/или на задней стороне, обращенной от поверхности подготовки топлива несущего тела (6), сформирована структура поверхности с множеством углублений и выступов.

Изобретение относится к области энергетики. Испарительная горелка (100) для мобильного обогревательного устройства, работающего на жидком топливе, имеющая область (2) подготовки смеси для смешивания топлива с воздухом для горения для формирования топливовоздушной смеси, источник (1) топлива для подачи жидкого топлива в область (2) подготовки смеси, источник (В) воздуха для горения для подачи воздуха для горения в область (2) подготовки смеси, по меньшей мере одну испарительную поверхность (8), на которую подается жидкое топливо для испарения жидкого топлива, область (3) реакции, расположенную после области (2) подготовки смеси относительно потока и предназначенную для реакции топливовоздушной смеси для формирования выхлопных газов (А) с выделением теплоты, и устройство (10) рециркуляции выхлопных газов (А) в область (2) подготовки смеси.

Изобретение относится к топливным элементам, используемым в каминах и в качестве обогревателя в закрытых помещениях, работающих на жидком топливе. Технический результат - обеспечение длительного горения с устойчивым пламенем.

Настоящее изобретение относится к горелочному устройству для вырабатывания горячих газов (8), расширяемых в газовой турбине, содержащему горелку внутри камеры (1), причем указанная горелка содержит средство (5) впрыска топлива, средство (6) подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся топливовоздушной смеси внутри горелки, и камеру (7) сгорания, расположенную ниже по потоку от указанной горелки и содержащую выпуск, соединенный по текучей среде с газовой турбиной.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств. .

Горелка // 2444679
Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к горелочным устройствам для сжигания жидкого топлива, может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средств, и обеспечивает при его использовании повышение эффективности сжигания топлива и снижение электропотребления.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к топкам для сжигания жидкого топлива, и может быть использовано в различных отопительных устройствах, в том числе транспортных средствах, для повышения полноты сгорания топлива путем интенсификации сжигания образующейся топливно-воздушной смеси.

Форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя содержит корпус, подключенный к турбине, сопло, топливные или топливно-воздушные коллекторы, к которым подключены форсунки с распылителями.

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и пищевой промышленности. Центробежная форсунка содержит корпус, штуцер, закрепленный в верхней части корпуса.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, в котором выполнены сквозные каналы, форсунки, установленные по концентрическим окружностям и состоящие из полого наконечника, соединенного с полостью одного из компонентов топлива, форкамеры, охватывающей с кольцевым зазором наконечник, при этом внутренняя полость форкамеры сообщается с одной стороны с полостями компонентов топлива, а с другой с полостью камеры, на наружной поверхности форкамеры выполнены ребра, причем балластирующий компонент поступает в полость камеры по кольцевым каналам, образованным форкамерами и сквозными каналами огневого днища.

Изобретение предназначено для термического обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора либо с непосредственным выездом оттуда и утилизацией отходов в дороге.

Изобретение относится к средствам распыливания жидкостей и растворов и может применяться в двигателестроении, химической и пищевой промышленности. Пневматическая форсунка содержит корпус со шнеком, соосно расположенным в нижней части корпуса, и расположенный в верхней части корпуса штуцер с цилиндрическим отверстием для подвода жидкости, соединенным с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру.

Изобретение относится к системам утилизации защитных экранов и может быть использовано для получения стеклянного боя из отходов многослойного стекла. Технический результат - повышение эффективности и энергоресурсосбережения переработки боя из отходов многослойного стекла.

Изобретение относится к системам утилизации защитных экранов и может быть использовано для получения стеклянного боя из отходов многослойного стекла. Технический результат - повышение эффективности и энергоресурсосбережения переработки боя из отходов многослойного стекла.

Изобретение предназначено для термического обезвреживания и утилизации органических отходов на местах их непосредственного образования или сбора. Техническим результатом является повышение производительности термического обезвреживания и утилизации органических отходов.

Изобретение относится к системам утилизации защитных экранов и может быть использовано для получения стеклянного боя из отходов многослойного стекла. Техническим результатом является повышение эффективности и энерго-ресурсосбережения переработки боя из отходов многослойного стекла.

Настоящее изобретение относится, в основном, к установкам для сушки различных измельченных продуктов, например, измельченных продуктов в сахарной промышленности, или являющихся результатом перегонки крахмалосодержащих продуктов (зерновые) или свеклы, или в лесной промышленности.

Предложенное изобретение относится к строению конструктивных элементов камеры сгорания испарительной горелки. Блок днища камеры сгорания испарительной горелки содержит днище (24) с первой стенкой днища (26) и предпочтительно с первой окружающей стенкой (32), распространяющейся от внешней краевой зоны (28) первой стенки днища (26) в направлении продольной оси (L) блока днища (18).

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания жидкого топлива. Капиллярная испарительная форсунка содержит корытце, испаритель, рассекатель пламени, воздушный ресивер, вентиль, топливный бак, сопло, в качестве капиллярного жаростойкого материала используется силикагель технический гранулированный, заложенный во внутрь испарителя без уплотнения в объеме 60 от общего объема, а также внутри испарителя неподвижно зафиксирована сетка-фильтр. Технический результат - исключение засорения испарителя и сопла смолами, повышение эффективности сжигания топлива. 1 ил., 1 табл.

Наверх