устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию

Формула изобретения

Устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию, содержащее теплообменник типа "труба в трубе", снабженный патрубками для входа и выхода жидкого топлива, помещенный в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, при этом корпус снабжен патрубками для подачи и выхода теплоносителя, спираль внутренней трубы выполнена из материала с большим, чем у труб, коэффициентом линейного расширения, а сама спираль прилегает к внутренней поверхности внешней трубы с минимальным зазором, в торце внешней трубы теплообменника вмонтирована форсунка (гомогенизирующая головка), первое (от форсунки) ребро спирали установлено перпендикулярно оси форсунки и имеет внизу зазор (относительно поверхности внешней трубы) больший, чем у остальных ребер, а последнее ребро имеет в верхней части окно, отличающееся тем, что на первом (от форсунки) ребре спирали выполнены концентрически расположенные относительно оси форсунки углубления, имеющие форму усеченных конусов, причем на дне центрального углубления размещен в центре (по оси форсунки) конусный рассекатель, а высота усеченных конусов соседних углублений последовательно уменьшается.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для подготовки жидкого топлива к сжиганию и может быть использовано в коммунальном хозяйстве и различных отраслях промышленности, имеющих котельные установки, работающие на жидком топливе.

Известно устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию (RU 2165049, F 23 D 11/16; F 28 D 7/10, 2001 г.), содержащее теплообменник типа "труба в трубе", снабженный патрубками для входа и выхода жидкого топлива и помещенный в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, при этом корпус снабжен патрубками для входа и выхода теплоносителя, спиральное оребрение выполнено из материала с большим, чем у труб коэффициентом линейного расширения, а сама спираль прилегает к внутренней поверхности внешней трубы теплообменника с минимальным зазором.

Недостатком такого устройства является невозможность повысить его эффективность за счет гомогенизации жидкого топлива, обеспечивающего его более полное сгорание и, следовательно, снижение вредных выбросов в атмосферу.

Известно устройство для подготовки жидкого топлива и к сжиганию (RU 2211405, F 23 D 11/16; F 28 D 7/10, 2001 г., ближайший аналог), содержащее теплообменник типа "труба в трубе", снабженный патрубками для входа и выхода жидкого топлива, помещенный в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, при этом корпус снабжен патрубками для подачи и выхода теплоносителя, спираль внутренней трубы выполнена из материала с большим, чем у труб коэффициентом линейного расширения, а сама спираль прилегает к внутренней поверхности внешней трубы с минимальным зазором, в торце внешней трубы теплообменника вмонтирована форсунка (гомогенизирующая головка), первое (от форсунки) ребро спирали установлено перпендикулярно оси форсунки и имеет внизу зазор (относительно внутренней поверхности внешней трубы) больший, чем у остальных ребер, а последнее ребро имеет в верхней части окно.

Недостатком данного устройства является невозможность интенсифицировать процессы нагрева и гомогенизации жидкого топлива, а следовательно, и обеспечить его более полное сгорание, уменьшающее количество вредных выбросов в атмосферу.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, обеспечивающего интенсивный процесс нагрева и гомогенизации жидкого топлива за счет использования элементов, позволяющих осуществлять одновременно интенсифицированные процессы нагрева и гомогенизации топлива. Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем теплообменник типа "труба в трубе", снабженный патрубками для входа и выхода жидкого топлива, помещенный в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, при этом корпус снабжен патрубками для подачи и выхода теплоносителя, спираль внутренней трубы выполнена из материала с большим, чем у труб коэффициентом линейного расширения и прилегает к внутренней поверхности внешней трубы с минимальным зазором, в торце внешней трубы теплообменника вмонтирована форсунка (гомогенизирующая головка), первое от форсунки ребро спирали установлено перпендикулярно оси форсунки и имеет зазор (относительно поверхности внешней трубы) больший, чем у остальных ребер, а последнее ребро имеет окно, причем на первом (от форсунки) ребре спирали выполнены концентрически расположенные относительно оси форсунки углубления, имеющие форму усеченных конусов, на дне центрального углубления размещен в центре (по оси форсунки) конусный рассекатель, а высота усеченных конусов соседних углублений последовательно уменьшается.

В заявляемом устройстве используется многоступенчатый процесс нагрева и гомогенизации жидкого топлива, т.е. создание гомогенной (однородной) мелко измельченной структуры. Этот процесс осуществляется с помощью гомогенизирующей головки (форсунки), а кроме того, используются еще две ступени гомогенизации - при ударе жидкого топлива о нагретую преграду (установленное перпендикулярно оси форсунки первое ребро спирали внутренний трубы) и при ударе топлива, выходящего из окна последнего ребра о вертикальную стенку теплообменника. Из данных П.П.Запевалова ("Диспергирование жидкостей в эмульгирующих аппаратах сельскохозяйственного производства", Омск, издание Омского СХИ, 1982) известно, что при одновременном нагреве и ударе жидкости о преграду уменьшается не только вязкость жидкости, но и повышается ее дисперсность в 1,5÷2 раза, что в нашем случае приводит к более эффективному сгоранию топлива. Кроме того, использование концентрически расположенных углублений в форме усеченных конусов, высота которых уменьшается последовательно от центрального углубления к периферийным, и наличие конусного рассекателя, установленного на дне центрального углубления, приводит к локальной турбулизации растекающейся по первому ребру спирали жидкости в местах перехода с одного углубления на другое, что, в конечном счете, еще более интенсифицирует процесс нагрева и гомогенизации жидкого топлива (Исаченко В.П. и др. "Теплопередача", М., "Энергия", 1975, стр.199).

Из изложенного следует, что при реализации заявляемого устройства достигается технический результат, заключающийся в обеспечении интенсивного нагрева и гомогенизации жидкого топлива, что, в конечном итоге, приводит к его более полному сгоранию, а следовательно, к уменьшению вредных выбросов в атмосферу.

Анализ аналогов показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна решения заключается в применении выполненных на первом от форсунки ребре спирали, которое установлено перпендикулярно оси форсунки, концентрически расположенных углублений, имеющих форму усеченных конусов, на дне центрального углубления по оси форсунки размещен конусный рассекатель, а высота усеченных конусов концентрически расположенных углублений последовательно уменьшается от центра к периферии первого ребра спирали.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, заключающийся в интенсификации процессов нагрева и гомогенизации жидкого топлива, приводящих к его более полному сгоранию, и обладает признаками соответствия критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведено предлагаемое устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию, на фиг.2 - узел А этого устройства. Устройство содержит корпус 1 с патрубками для входа 2 и выхода 3 теплоносителя, теплообменник типа "труба в трубе" с внешней трубой 4 и внутренней трубой 5, входным патрубком 6 и выходным патрубком 7 теплоносителя. Во внешнюю трубу 4 теплообменника вмонтирована форсунка 8, на внутренней трубе 5 имеется спиральное оребрение 9, изготовленное из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем у труб 4 и 5, а сама спираль прилегает к поверхности внешней трубы 4 с минимальным зазором. Первое (от форсунки) ребро 10 установлено перпендикулярно оси форсунки 8 и имеет внизу зазор больший, чем у остальных ребер. Последнее ребро 11 имеет в верхней части окно 12. Выход жидкого топлива из теплообменника осуществляется через выходной патрубок 13. На поверхности ребра 10, обращенной к форсунке 8, выполнены концентрически расположенные относительно оси форсунки 8 углубления 14 и 15 (остальные не обозначены), имеющие форму усеченных конусов. На дне центрального углубления 14 в центре (по оси форсунки) размещен конусный рассекатель 16. Высота h усеченных конусов соседних углублений последовательно уменьшается (h₁>h₂>h₃...).

Устройство работает следующим образом. Через патрубки 2 и 6 в теплообменник и пространство между корпусом и теплообменником подается теплоноситель (газообразный или жидкий). В результате нагрева ребра спирали 9, имеющие бульший коэффициент линейного расширения, плотно прилегают к внутренним стенкам трубы 4. После прогрева конструкции на форсунку 8 от насоса (на фиг. не показан) подается жидкое топливо (например, мазут), предварительно очищенное от механических примесей. На выходе форсунки 8 образуется однородная мелкоизмельченная нагретая горючая жидкость (первая ступень гомогенизации), которая ударяется о нагретое, установленное перпендикулярно ребро (см. П.П.Запевалов "Диспергирование жидкостей в эмульгирующих аппаратах сельскохозяйственного производства", Омск, издание Омского СХИ, 1982), при этом благодаря наличию имеющих форму усеченных конусов концентрических углублений на ребре 10 и установленному в центре центрального углубления 14 конусного рассекателя 16, установленного по оси форсунки 8, жидкость растекается по углублениям. Таким образом, осуществляется более интенсивная гомогенизация горючей жидкости за счет локальной турбулизации потока на границах перехода с одного углубления на последующее, и, следовательно, жидкость еще более прогревается и измельчается (вторая ступень гомогенизации) (см. Исаченко В.П. и др. "Теплопередача", М.: Энергия, 1975, стр.199). Далее горючая жидкость попадает в зазор между нижней частью первого ребра 10 и стенкой трубы 4 и далее по спирали оребрения 9 (зазор между ребрами 9 и трубкой 4 уже перекрыт за счет большего линейного расширения ребер) поступает, еще нагреваясь (уменьшая при этом вязкость), к последнему ребру 11 и через окно 12 устремляется к вертикальной стенке трубы 4, при ударе о которую осуществляется третья ступень гомогенизации. Нагретая однородная мелкодисперсная горючая жидкость через патрубок 13 поступает на сжигающее устройство (не показано).

Заявляемое устройство является промышленно применимым, т.к. включает в себя применяемое устройство (по патенту RU 2211405), дополненное реально осуществимыми элементами - концентрическими углублениями и установленным по оси форсунки на дне центрального углубления рассекателем. Предлагаемое устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет получить более качественно подготовленное к сжиганию топливо не только за счет нагрева, но и интенсивной гомогенизации, обеспечивающих его более полное сгорание, а следовательно - уменьшение вредных выбросов в атмосферу.