RU2054603C1 - Catalytic burner - Google Patents

Abstract

FIELD: burning of liquid fuel. SUBSTANCE: burner has casing 1 incorporating catalytic nozzle 2, porous thermal insulator 8, tubular evaporator 3 mounted in vertical position within thermal insulator and provided with collector 5 formed as tubular branches with through vapor exit openings 6. Evaporator 3 has opening 9 made in its lower end and adapted for discharge of liquid fuel in the process of firing the burner. Burner may be provided with coil-shaped evaporator 3 with vapor exit openings 7 in upper surfaces and liquid fuel exit openings 8 in lower surfaces for discharge of liquid fuel in the process of firing the burner. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам каталитического сжигания жидкого топлива и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, где необходим взрывопожаробезопасный автономный источник тепла, в частности, для подогрева двигателей автомобилей в зимнее время года, а также для сушки лакорасочных покрытий и т.д. The invention relates to a device for the catalytic combustion of liquid fuel and can be used in various sectors of the economy where an explosion-proof, flameproof, autonomous heat source is needed, in particular, for heating automobile engines in the winter season, as well as for drying coatings, etc.

Известен каталитический нагреватель, содержащий подключенный к источнику топлива корпус с каталитической насадкой, снабженный пусковым нагревателем [1]
Недостатком является наличие дополнительного топливоподающего устройства, подключенного к автономному источнику топлива, что усложняет и удорожает конструкцию и эксплуатацию.Known catalytic heater comprising a housing connected to a fuel source with a catalytic nozzle, equipped with a starting heater [1]
The disadvantage is the presence of an additional fuel supply device connected to an autonomous fuel source, which complicates and increases the cost of design and operation.

Известна также каталитическая горелка, содержащая корпус с каталитической насадкой, внутри которой размещена электроспираль [2]
Недостатком является наличие отдельного пускового топливного коллектора.Also known is a catalytic burner comprising a housing with a catalytic nozzle, inside of which an electric coil is placed [2]
The disadvantage is the presence of a separate starting fuel manifold.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является каталитическая горелка, содержащая корпус с расположенной в нем каталитической насадкой, снабженной электродвигателем и образующей с задней стенкой корпуса полость, в которой размещен вертикальный распределительный коллектор, соединенный с верхним концом трубчатого испарителя, расопложенного в каталитической насадке. Нижний конец трубчатого испарителя соединен с источником топлива через регулятор уровня, а электронагреватель размещен по периферии коллектора испарителя [3]
Недостатком горелки является наличие отделочного испарителя, расположенного в слое катализатора и подача в него топлива с нижнего конца. Из-за перегрева испарителя в слое катализатора при наличии на его входе столба жидкого топлива происходит быстрое закоксование его внутренней полости, что снижает надежность устройства.The closest technical solution adopted for the prototype is a catalytic burner containing a housing with a catalytic nozzle located therein, equipped with an electric motor and forming a cavity with a rear wall of the housing, in which a vertical distribution manifold is placed connected to the upper end of the tubular evaporator located in the catalytic nozzle . The lower end of the tubular evaporator is connected to the fuel source through a level regulator, and the electric heater is located on the periphery of the evaporator collector [3]
The disadvantage of the burner is the presence of a finishing evaporator located in the catalyst bed and the supply of fuel to it from the lower end. Due to overheating of the evaporator in the catalyst layer, if there is a liquid fuel column at its inlet, coking of its internal cavity occurs rapidly, which reduces the reliability of the device.

Недостатком также является неравномерное распределение паров топлива по внутренней поверхности катализатора, связанное с тем, что в пустой полости, образуемой задней стенкой корпуса и каталитической насадкой, пары топлива, выходящие из коллектора как более тяжелые, чем воздух, опускаются вниз и, следовательно, имеют большую концентрацию в нижней части этой полости и меньшую в верхней. Это может привести к взрыву, загрязнению окружающей среды и снижает эффективность работы горелки. The disadvantage is the uneven distribution of fuel vapor on the inner surface of the catalyst, due to the fact that in the empty cavity formed by the back wall of the housing and the catalytic nozzle, the fuel vapor leaving the collector as heavier than air is lowered down and, therefore, have a large concentration in the lower part of this cavity and lower in the upper one. This can cause an explosion, environmental pollution, and reduces burner efficiency.

Устройство по прототипу имеет также недостаток в том, что требует достаточно мощного пускового электронагревателя и, соответственно, значительного расхода электроэнергии для запуска в работу. Это связано с тем, что необходимо исключительно за счет электроэнергии прогреть всю массу горелки, включая испаритель и коллектор, до температуры, достаточной для образования необходимого количества паров топлива, которое из испарителя должно поступить в коллектор, не сконденсировавшись в нем, а из коллектора на внутреннюю поверхность катализатора. The prototype device also has the disadvantage that it requires a sufficiently powerful starting electric heater and, consequently, a significant energy consumption for starting up. This is due to the fact that it is exclusively due to electric energy that the entire mass of the burner, including the evaporator and the collector, be heated to a temperature sufficient to form the required amount of fuel vapor, which from the evaporator must enter the collector, not condensing in it, but from the collector to the internal catalyst surface.

Целью изобретения является создание каталитическую горелку с такими элементами конструкции и их связями, которые позволили бы повысить надежность запуска и работы горелки, предотвратить взрывоопасность горелки и загрязнение окружающей среды, а также сэкономить электроэнергию. The aim of the invention is to provide a catalytic burner with such structural elements and their connections that would improve the reliability of the start-up and operation of the burner, prevent the explosion hazard of the burner and environmental pollution, as well as save electricity.

Это достигается созданием каталитической горелки, содержащей корпус, расположенные в нем каталитическую насадку, вертикально размещенный трубчатый испаритель с топливоприемным концом, коллектор с отверстиями для выхода пара и электронагреватель, при этом горелка содержит размещенный в корпусе пористый теплоизолятор, трубчатый испаритель, вертикально установленный внутри пористого теплоизолятора, коллектор, выполненный в виде сообщенных с внутренней полостью испартеля трубчатых ответвлений, с отверстиями для выхода пара, электронагреватель, установленный между каталитической насадкой и пористым теплоизолятором, при этом испаритель имеет отверстие для выхода жидкого топлива во время розжига на конце, противоположном его топливоприемному концу, отверстия для выхода пара на трубчатых ответвлениях выполнены сквозными. This is achieved by creating a catalytic burner comprising a housing, a catalytic nozzle located therein, a vertically arranged tubular evaporator with a fuel receiving end, a collector with steam outlet openings and an electric heater, the burner comprising a porous heat insulator housed in the housing, a tubular evaporator vertically mounted inside the porous heat insulator , a collector made in the form of tubular branches communicated with the internal cavity of the evaporator, with openings for the exit of steam, electron a heater installed between the catalytic nozzle and the porous heat insulator, while the evaporator has an opening for the exit of liquid fuel during ignition at the end opposite its fuel receiving end, the holes for the exit of steam on the tubular branches are made through.

Второй вариант каталитической горелки содержит корпус, расположенные в нем каталитическую насадку, вертикально установленный трубчатый испаритель с топливоприемным концом и электронагреватель, при этом согласно изобретению в корпусе размещен пористый теплоизолятор, внутри которого вертикально установлен трубчатый испаритель, электронагреватель размещен между каталитической насадкой и пористым изолятором, трубчатый испаритель представляет собой вертикально установленный змеевик с отверстиями для выхода пара на верхних поверхностях змеевика со стороны его топливоприемного конца, отверстия для выхода жидкого топлива во время розжига, выполненные на нижней поверхности змеевика. The second variant of the catalytic burner includes a housing, a catalytic nozzle located therein, a vertically mounted tubular evaporator with a fuel receiving end and an electric heater, while according to the invention, a porous heat insulator is placed in the housing, a tubular evaporator is vertically installed inside of it, an electric heater is placed between the catalytic nozzle and the porous insulator, tubular the evaporator is a vertically mounted coil with holes for the release of steam on the upper surface tyah coil from its toplivopriemnogo end outlet openings for the liquid fuel in the ignition time formed on the lower surface of the coil.

Отличительной особенностью каталитической горелки является наличие в ней пористого теплоизолятора, который предназначен для распределения жидкого топлива в момент розжига. Другой отличительной особенностью горелки является конструктивное совмещение испарителя и коллектора, что обеспечивает эффективный запуск и надежную работу каталитической горелки, а также простоту в изготовлении и эксплуатации. A distinctive feature of the catalytic burner is the presence of a porous heat insulator in it, which is designed to distribute liquid fuel at the time of ignition. Another distinctive feature of the burner is the structural combination of the evaporator and the collector, which ensures efficient start-up and reliable operation of the catalytic burner, as well as ease of manufacture and operation.

Отличием изобретения от прототипа является размещение топливоприемного конца испарителя сверху, т.е. подачу жидкого топлива сверху вниз, а в известной каталитической горелке топливо подается снизу. The difference between the invention and the prototype is the placement of the fuel receiving end of the evaporator on top, i.e. liquid fuel supply from top to bottom, and in a known catalytic burner, fuel is supplied from below.

В первом варианте конструктивного выполнения каталитической горелки на нижней конце испарителя может быть не одно, а несколько отверстий для выхода жидкого топлива во время розжига. Кроме того, жидкое топливо из указанного отверстия (отверстий) вытекает во время розжига горелки, а после ее запуска из указанных отверстий выходит пар. In the first embodiment of a catalytic burner, there can be not one, but several openings for the exit of liquid fuel during ignition at the lower end of the evaporator. In addition, liquid fuel from the specified holes (holes) flows out during ignition of the burner, and after it is started, steam leaves the holes.

Во втором варианте конструктивного выполнения каталитической горелки на нижней поверхности змеевика может быть выполнено одно или несколько отверстий для выхода жидкого топлива во время розжига, это влияет на эффективность запуска горелки и зависит от того, размещен ли испаритель строго вертикально (одно отверстие) или имеется отклонение от вертикали (несколько отверстий). In the second embodiment of the catalytic burner structural embodiment, one or more openings for liquid fuel exit during ignition can be made on the lower surface of the coil, this affects the burner startup efficiency and depends on whether the evaporator is placed strictly vertically (one hole) or if there is a deviation from vertical (several holes).

На фиг. 1 изображена схема каталитической горелки в виде трубчатого испарителя с ответвленным коллектором вид спереди в разрезе; на фиг.2 схема каталитической горелки в виде трубчатого испарителя с ответвленным коллектором вид сбоку в разрезе; на фиг.3 схема каталитической горелки с испарителем в вимде змеевика вид спереди в разрезе; на фиг.4 схема каталитической горелки с испарителем в виде змеевика вид сбоку в разрезе. In FIG. 1 shows a diagram of a catalytic burner in the form of a tubular evaporator with a branched collector in sectional front view; figure 2 diagram of a catalytic burner in the form of a tubular evaporator with a branched manifold side view in section; figure 3 diagram of a catalytic burner with an evaporator in the wimde of the coil in front view in section; figure 4 diagram of a catalytic burner with an evaporator in the form of a coil in a side view in section.

Каталитическая горелка (фиг.1 и 2) состоит из корпуса 1 с расположенными в нем каталитической насадкой 2, вертикально размещенным трубчатым испарителем 3 с топливоприемным концом 4, коллектором 5 с отверстиями 6 для выхода пара и электронагревателем 7. В корпусе 1 размещен пористый теплоизолятор 8, внутри которого вертикально установлен трубчатый испаритель 3 с коллектором 5 в виде сообщенных с его внутренней полостью трубчатых ответвлений с отверстиями 6. Электронагреватель установлен между каталитической насадкой 2 и пористым теплоизолятором 8. испаритель 3 имеет отверстие 9 для выхода жидкого топлива во время розжига в нижнем конце. Отеверстия 6 для выхода пара выполнены сквозными на ветвях коллектора 5. The catalytic burner (Figs. 1 and 2) consists of a housing 1 with a catalytic nozzle 2 located therein, a vertically placed tubular evaporator 3 with a fuel receiving end 4, a collector 5 with openings 6 for steam output and an electric heater 7. A porous heat insulator 8 is placed in the housing 1 inside of which a tubular evaporator 3 with a collector 5 is vertically mounted in the form of tubular branches with openings communicated with its internal cavity 6. An electric heater is installed between the catalytic nozzle 2 and the porous heat insulator m 8. the evaporator 3 has an opening 9 for the exit of liquid fuel during ignition at the lower end. The openings 6 for the exit of steam are made through on the branches of the collector 5.

Каталитическая горелка (фиг.3 и 4) содержит корпус 1 с расположенными в нем каталитической насадкой 2, вертикально установленным трубчатым испарителем 3 с топливоприемным концом 4 и электронагревателем 5. В корпусе 1 размещен пористый теплоизолятор 6, внутри которого вертикально установлен трубчатый испаритель 3. Электронагреватель 5 размещен между каталитической насадкой 2 и пористым теплоизолятором 6. Трубчатый испаритель 3 выполнен в форме вертикально установленного змеевика с отверстиями 7 для выхода пара, выполненными на верхних поверхностях змеевика со стороны его топливоприемного конца 4. Отверстия (отверстие) 8 для выхода жидкого топлива во время розжига выполнены на нижних поверхностях змеевика. The catalytic burner (FIGS. 3 and 4) comprises a housing 1 with a catalytic nozzle 2 located therein, a vertically mounted tubular evaporator 3 with a fuel receiving end 4 and an electric heater 5. A porous heat insulator 6 is placed in the housing 1, a tubular evaporator 3 is installed vertically inside it. The electric heater 5 is placed between the catalytic nozzle 2 and the porous heat insulator 6. The tubular evaporator 3 is made in the form of a vertically mounted coil with openings 7 for the exit of steam, made on the upper surfaces the core of the coil from the side of its fuel receiving end 4. Holes (hole) 8 for the exit of liquid fuel during ignition are made on the lower surfaces of the coil.

Каталитическая горелка (фиг.1 и 2) работает следующим образом. The catalytic burner (figures 1 and 2) works as follows.

Дозированное количество жидкого топлива (бензин) подают сверху в испаритель 3 с коллектором 5. Оно стекает вниз, вытекает через отверстие (отверстия) 9 и впитывается пористым теплоизолятором 8. При этом включается электронагреватель 7, который разогревает прилегающие к нему участки каталитической насадки 2 до ее рабочей температуры и испаряет топливо с пористого теплоизолятора. Пары топлива попадают на разогретые участки каталитической насадки 2, и на них начинается процесс окисления паров топлива кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. После начала этой каталитической реакции электронагреватель 7 отключают. Дальнейший разогрев каталитической насадки 2 и испарителя 3 с коллектором 5 осуществляется уже толко за счет тепла, выделяемого при окислении паров топлива. A metered amount of liquid fuel (gasoline) is fed from above to the evaporator 3 with a collector 5. It flows down, flows out through the hole (s) 9 and is absorbed by the porous heat insulator 8. An electric heater 7 is turned on, which heats the adjacent sections of the catalytic nozzle 2 to it operating temperature and evaporates fuel from a porous heat insulator. The fuel vapor enters the heated sections of the catalytic nozzle 2, and the process of oxidation of the fuel vapor by atmospheric oxygen begins with the release of a significant amount of heat. After the start of this catalytic reaction, the electric heater 7 is turned off. Further heating of the catalytic nozzle 2 and the evaporator 3 with the collector 5 is carried out only due to the heat generated during the oxidation of fuel vapor.

По мере прогрева испарителя 3 с коллектором 5 внутри него образуются пары топлива, которые выходят наружу через отверстия 6 в ветвях коллектора 5 и, проходя сквозь слой пористого теплоизолятора 8, поступают на каталитическую насадку 2. Этот процесс достаточно быстро распространяется на всю массу каталитической насадки 2, и горелка выходит на рабочий режим. As the evaporator 3 with the collector 5 heats up, fuel vapors are formed inside it, which exit through the holes 6 in the branches of the collector 5 and pass through the layer of porous heat insulator 8 and enter the catalytic nozzle 2. This process quickly spreads to the entire mass of the catalytic nozzle 2 , and the burner enters the operating mode.

Наличие слоя теплоизоляции 8 между каталитической насадкой 2 и испарителем 3 с коллектором 5 способствует более равномерному распространению паров топлива и не допускает перегрева последнего, а, следовательно, коксообразования внутри испарителя 3 с коллектором 5. The presence of a thermal insulation layer 8 between the catalytic nozzle 2 and the evaporator 3 with the collector 5 contributes to a more uniform distribution of fuel vapor and prevents the latter from overheating, and, consequently, coke formation inside the evaporator 3 with the collector 5.

Для остановки работы горелки достаточно перекрыть подачу в нее топлива. To stop the burner, it is enough to shut off the fuel supply to it.

Каталитическая горелка (фиг.3 и 4) работает следующим образом. The catalytic burner (figure 3 and 4) works as follows.

Дозированное количество жидкого топлива (бензин) подают сверху в испаритель 3 через топливоприемный конец 4. Оно стекает вниз и через отверстия (отверстие) 8 впитывается пористым теплоизолятором 6. При этом включается электронагреватель 7, который разогревает прилегающие к нему участки каталитической насадки 2 до ее рабочей температуры и испаряет топливо с пористого теплоизолятора. Пары топлива попадают на разогретые участки каталитической насадки 2, и на них начинается процесс окисления паров топлива кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла. После начала этой каталитической реакции электронагреватель 5 отключают. Дальнейший разогрев каталитической насадки 2 и испарителя 3 осуществляется уже только за счет тепла, выделяемого при окислении паров топлива. По мере нагрева испарителя 3 внутри него образуются пары топлива, которые выходят наружу через отверстия 7 змеевика и, проходя сквозь слой пористого теплоизолятора 6, поступают на каталитическую насадку 2. Этот процесс достаточно быстро распространяется на всю массу каталитической насадки, и горелка выходит на рабочий режим. A metered amount of liquid fuel (gasoline) is fed from above to the evaporator 3 through the fuel receiving end 4. It flows down and is absorbed through the openings (hole) 8 by the porous heat insulator 6. An electric heater 7 is turned on, which heats the adjacent sections of the catalytic nozzle 2 to its working temperature and evaporates fuel from a porous heat insulator. The fuel vapor enters the heated sections of the catalytic nozzle 2, and the process of oxidation of the fuel vapor by atmospheric oxygen begins with the release of a significant amount of heat. After the start of this catalytic reaction, the electric heater 5 is turned off. Further heating of the catalytic nozzle 2 and the evaporator 3 is carried out only due to the heat generated during the oxidation of fuel vapor. As the evaporator 3 is heated, fuel vapors are formed inside it, which exit through the holes 7 of the coil and, passing through the layer of porous heat insulator 6, enter the catalytic nozzle 2. This process quickly spreads to the entire mass of the catalytic nozzle, and the burner enters the operating mode .

Claims (2)

1. Каталитическая горелка, содержащая корпус с расположенными в нем каталитической насадкой, вертикально размещенным трубчатым испарителем с топливоприемным концом, коллектором с отверстиями для выхода пара и электронагревателем, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным в корпусе пористым теплоизолятором, внутри которого вертикально установлен трубчатый испаритель с коллектором в виде сообщенных с его внутренней полостью трубчатых ответвлений с отверстиями для выхода пара, электронагреватель установлен между каталитической насадкой и пористым теплоизолятором, причем испаритель выполнен с отверстием для выхода жидкого топлива во время розжига на конце, противоположном его топливоприемному концу, а отверстия для выхода пара выполнены сквозными. 1. A catalytic burner comprising a housing with a catalytic nozzle located therein, a vertically placed tubular evaporator with a fuel receiving end, a collector with steam outlet openings and an electric heater, characterized in that it is provided with a porous heat insulator placed in the housing, inside of which a tubular evaporator with a collector in the form of tubular branches connected with its internal cavity with openings for steam outlet, an electric heater is installed between the catalytic asadkoy and a porous heat insulator, wherein the evaporator is formed with an opening for exit of the liquid fuel during the ignition at an end opposite to its end toplivopriemnomu and steam outlet holes formed through. 2. Каталитическая горелка, содержащая корпус с расположенными в нем каталитической насадкой, вертикально установленным трубчатым испарителем с топливоприемным концом и электронагревателем, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным в корпусе пористым теплоизолятором, внутри которого вертикально установлен трубчатый испаритель, электронагреватель размещен между каталитической насадкой и пористым теплоизолятором, а трубчатый испаритель выполнен в форме вертикально установленного змеевика с отверстиями для выхода пара, выполненными на верхних поверхностях змеевика со стороны его топливоприемного конца, и с отверстиями для выхода жидкого топлива во время розжига, выполненными на нижней поверхности змеевика. 2. A catalytic burner comprising a housing with a catalytic nozzle located therein, a vertically mounted tubular evaporator with a fuel receiving end and an electric heater, characterized in that it is equipped with a porous heat insulator placed inside the housing, inside which a tubular evaporator is vertically mounted, an electric heater is placed between the catalytic nozzle and the porous heat insulator, and the tubular evaporator is made in the form of a vertically mounted coil with openings for steam exit on the upper surfaces of the coil from the side of its fuel receiving end, and with holes for the exit of liquid fuel during ignition, made on the lower surface of the coil.

Images