Система подачі суміші для водонагрівача, водонагрівач, що містить таку систему подачі суміші, і спосіб змішування палива і окисника

Реферат: Винахід стосується системи подачі суміші, виконаної з можливістю встановлення у водонагрівачі і подачі горючої суміші в пальник водонагрівача, що містить лінію подачі палива для текучого палива, лінію подачі окисника для текучого окисника, змішувальну камеру для змішування палива і окисника для утворення горючої суміші, випуск для випускання горючої суміші із змішувальної камери, і вентилятор для спонукання палива і окисника з відповідної лінії подачі протікати в змішувальну камеру, і спонукання суміші протікати звідти до випуску, при цьому вентилятор виконаний з можливістю впливу безпосередньо і на паливо, і на окисник. Вентилятор таким чином більше не використовує повітряний потік з газом, що втягується за допомогою трубки Вентурі, а газ подається до вентилятора окремо. UA 115525 C2 (12) UA 115525 C2 UA 115525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ОПИС ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ, ДО ЯКОЇ НАЛЕЖИТЬ ВИНАХІД Даний винахід стосується системи подачі суміші, виконаної з можливістю встановлення у водонагрівачі і подачі горючої суміші в пальник водонагрівача. Даний винахід додатково стосується водонагрівача, забезпеченого такою системою подачі суміші. Нарешті, даний винахід також стосується способу змішування текучого палива і текучого окисника. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ У сучасних установках гарячого водопостачання використовується горіння з попереднім змішуванням. Газ і повітря змішують і подають вентилятором в пальник, де повітряно-газова суміш згоряє. Техніка для змішування газу і повітря, що часто застосовується (фіг. 2), використовує вентилятор 100, який викликає потік 14 повітря в лінії 12 подачі повітря. Трубка Вентурі (в даному описі показана схематично у вигляді прямої частини труби) розташована в лінії 12 подачі повітря. У трубці Вентурі розташована лінія 22 подачі газу, яка сполучена з клапаном/регулятором, відомим як "блок регулювання витрати газу". Потік 14 в трубці Вентурі спричиняє знижений тиск в трубці Вентурі, що гарантує утворення потоку 26 газу. Коли вентилятор 100 обертається швидше, утворюється більший повітряний потік 14, і тому нижчий тиск, і внаслідок цього більший приток 26 газу. У показаному прикладі вентилятор являє собою радіальний або відцентровий вентилятор і містить кожух 32 вентилятора, в якому лопатеве колесо 34 розташоване з можливістю обертання. Лопатеве колесо 34 приводиться в дію з можливістю обертання електродвигуном 40. Лопатеве колесо розташоване на валу 36, який утворює частину ротора електродвигуна 40. Навколо ротора розташовані одна або декілька електричних обмоток 42. У деяких варіантах здійснення, електродвигун також розташований повністю зовні кожуха вентилятора, і тоді вал електродвигуна проходить всередину через стінку кожуха. У вентиляторі 100 повітря 14, що надходить в осьовому напрямку, і газ 26, що надходить в осьовому напрямку, відхиляються на 90° і одночасно змішуються обертовим лопатевим колесом 34. Повітряно-газова суміш, що утворюється при цьому, викидається назовні в радіальному напрямку і збирається на випуску 38, який, як звичайно, має діаметр, що збільшується в напрямку обертання лопатевого колеса 34 (фіг. 1). Випуск 38 вентилятора переносить повітряно-газову суміш в пальник. Також є варіанти здійснення, в яких трубка Вентурі розташована між вентилятором і пальником, і подачу газу здійснюють в цьому місцеположенні. Тоді блок регулювання витрати газу керується тиском повітря нижче по потоку від вентилятора. Це по суті не впливає на перепад тиску між газовим і повітряним потоком і, таким чином, є рішенням, що має властивості, подібні до властивостей, пов'язаних з трубкою Вентурі, розташованою вище по потоку від вентилятора. Змішування повітря і газу здійснюють безпосередньо нижче по потоку від звуження трубки Вентурі. Співвідношення компонентів в повітряно-газовій суміші визначається по суті конфігурацією трубки Вентурі і лінії 12 подачі повітря і ліній 22 лінії подачі газу. З хорошим конструктивним виконанням ліній подачі газу і повітря це реалізовується таким чином, що відгалуження - керуюче значення тиску на випуску блоку регулювання витрати газу - є негативним (близько -5 Па). У цьому випадку блок регулювання витрати газу (не показаний) відкривається тільки при тиску приблизно -5 Па. Відвідне значення блоку регулювання витрати газу може змінюватися згодом через старіння, втрати на гістерезис і температура блоку регулювання витрати газу в цьому випадку також є факторами. Коли водонагрівач працює на низькій потужності, залежно від трубки Вентурі і динамічного діапазону регулювання, трубка Вентурі чинить знижений тиск, що складає значення між близько -30 Па і -60 Па. Зміна в декілька Паскалів у відгалуженні блоку регулювання витрати газу може тоді незабаром викликати значну різницю в співвідношенні газу і повітря, що приведе до негативного впливу на ефективність і викиди (CO і NОX) водонагрівача. При роботі при нижчому тиску у нижній межі діапазону є відносне зниження впливу зміни відгалуження блоку регулювання витрати газу. Це може бути реалізоване за допомогою застосування більшого звуження (тобто вужчої трубки Вентурі). Недолік роботи при нижчому тиску полягає в тому, що він пов'язаний з великим звуженням. Більше звуження спричиняє більший опір повітрю, який повинний бути компенсований за допомогою вентилятора більшої потужності. Однак вентилятор з більшою потужністю загалом також має великі розміри, є таким, що дорожче коштує, і витрачає більше енергії. Задача даного винаходу полягає в тому, щоб запропонувати систему подачі суміші для водонагрівача, яка при відносно низькому тепловому навантаженні водонагрівача все ще 1 UA 115525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 приводить до відносно низької залежності від зміни відгалуження блоку регулювання витрати газу без вищевикладених недоліків. РОЗКРИТТЯ ВИНАХОДУ Даний винахід вирішує цю задачу за допомогою системи подачі суміші, виконаної з можливістю встановлення у водонагрівачі і подачі горючої суміші в пальник водонагрівача, що містить: лінію подачі палива для текучого палива; лінію подачі окисника для текучого окисника; змішувальну камеру для змішування палива і окисника для утворення горючої суміші; випуск для випускання горючої суміші із змішувальної камери; і вентилятор для спонукання палива і окисника протікати з відповідної лінії подачі в змішувальну камеру, і спонукання суміші протікати звідти до випуску; при цьому вентилятор виконаний з можливістю впливу безпосередньо і на паливо, і на окисник. Розділяючи лінію подачі палива і лінію подачі окисника, можна застосовувати різні конфігурації для обох і оптимізувати їх для вимог цих ліній подачі. Лінія подачі окисника виконана таким чином, що реалізовується низький опір потоку, наприклад, за допомогою вибору великого діаметра для цієї лінії подачі. Таким чином, можна використовувати вентилятор з низькою потужністю. Більший діаметр з меншим опором лінії подачі повітря додатково має сприятливий вплив на термоакустичну поведінку котла. Відповідно до першого варіанту здійснення винаходу, вентилятор містить камеру для вентилятора, забезпечену лопатевим колесом; кожна з лінії подачі палива і лінії подачі окисника виходить у відкритий простір в камері для вентилятора; змішувальна камера вбудована в камеру для вентилятора; випуск для суміші з'єднаний з камерою для вентилятора; і лінія подачі палива і лінія подачі окисника містять окремі виходи в камеру для вентилятора. У додатковому варіанті здійснення система подачі суміші додатково містить паливний насос для нагнітання потоку палива з лінії подачі палива в змішувальну камеру. Тепер, коли лінія подачі палива більше не вбудована в лінію подачі окисника, паливо більше не витягується з лінії подачі палива під впливом трубки Вентурі. Звичайно, можна використати надмірний тиск, з яким газ, наприклад, подається за допомогою газопровідної магістралі. Однак з міркувань безпеки рекомендується використати блок регулювання витрати газу, нижче по потоку від якого газ активно витягується з лінії подачі газу, наприклад, за допомогою паливного насоса. У додатковому варіанті здійснення даний винахід пропонує систему подачі суміші, в якій потік палива нагнітається механічно. У конкретному варіанті здійснення паливний насос містить інший вентилятор. Оскільки загалом потрібна об'ємна частина палива, яка набагато менша, ніж об'ємна частина окисника (при згорянні природного газу з повітрям приблизно одна частина газу до дев'яти частин повітря), може бути достатнім мати вентилятор малої потужності. У додатковому варіанті здійснення винахід забезпечує систему подачі суміші, в якій паливний насос вбудований в лінію подачі палива, і при цьому паливний насос сполучений за допомогою трубопроводу зі змішувальною камерою. У ще одному варіанті здійснення системи подачі суміші паливний насос вбудований в камеру для вентилятора. Відповідно до переважного варіанту здійснення винаходу, вентилятор містить кожух вентилятора, який утворює камеру для вентилятора, причому кожух вентилятора має дві стінки, що розташовані одна навпроти одної і утворюють камеру для вентилятора в осьовому напрямку; і при цьому кожна з лінії подачі палива і лінії подачі окисника виходить у відкритий простір в протилежній стінці. В особливо вигідному варіанті здійснення системи подачі суміші лопатеве колесо виконане у вигляді дволопатевого колеса, виконаного таким чином, що одна сторона лопатевого колеса по суті нагнітає окисник, а інша сторона лопатевого колеса по суті нагнітає паливо. Цей варіант здійснення особливо вигідний, тому що вентилятор не повинен приймати таку ж важку форму, як в системах подачі суміші попереднього рівня техніки, тому що лінія подачі окисника може бути виконана з низьким опором потоку. Крім того, немає необхідності розташовувати окремий паливний насос. Дволопатеве колесо має сторону, призначену по суті для того, щоб проводити потік окисника, і сторону, призначену по суті для того, щоб проводити потік палива. Обидві сторони, таким чином, також можуть бути оптимізовані для наміченої мети. Таким чином, в більшості випадків (горіння природного газу з повітрям) окисник повинен нагнітатися в кількості, 2 UA 115525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що значно перевищує кількість палива. Тому в конкретному варіанті здійснення лопаті на стороні окисника мають більшу площу поверхні, ніж лопаті на стороні палива. Даний винахід також пропонує водонагрівач, що містить пальник для нагрівання води і систему подачі суміші, як описано вище. Приклади водонагрівачів являють собою котли центрального опалювання, водогрійні котли, колонки для нагрівання води і суміщені котли. У додатковому варіанті здійснення даний винахід пропонує водонагрівач, в якому по суті все паливо, що запалюється в пальнику, постачається за допомогою вентилятора. У конкретному варіанті здійснення тільки паливо, необхідне для малого пальника, не постачається за допомогою вентилятора. В аспекті відповідно до винаходу запропонований спосіб змішування текучого палива і текучого окисника, що включає в себе етапи, на яких: забезпечують змішувальну камеру; подають окисник в змішувальну камеру; і подають паливо в змішувальну камеру; при цьому окисник і паливо окремо подають в змішувальну камеру примусовим чином. Відповідно до першого аспекту способу за винаходом, примусову подачу окисника і палива здійснюють за допомогою вентилятора з камерою для вентилятора, яка працює як змішувальна камера, при цьому окисник і паливо переносять в камеру для вентилятора через окремі виходи. Відповідно до додаткового аспекту винаходу, запропоновано спосіб, що додатково включає в себе етап, на якому подають паливо в змішувальну камеру за допомогою другого вентилятора. Відповідно до іншого аспекту винаходу запропонований спосіб, в якому: камера для вентилятора утворена кожухом вентилятора, що містить дві стінки, розташовані одна навпроти одної і утворюють камеру для вентилятора в осьовому напрямку; і кожна з лінії подачі палива і лінії подачі окисника виходить у відкритий простір в протилежній стінці. Відповідно до ще одного аспекту способу за винаходом, камера для вентилятора містить лопатеве колесо, виконане у вигляді дволопатевого колеса, виконаного таким чином, що одна сторона лопатевого колеса по суті нагнітає окисник, а інша сторона лопатевого колеса по суті нагнітає паливо. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Додаткові варіанти здійснення і переваги винаходу описані нижче з посиланням на прикладені креслення, на яких: фіг. 1 показує водонагрівач, в якому може бути застосована система подачі суміші відповідно до винаходу; фіг. 2 показує систему подачі суміші попереднього рівня техніки; фіг. 3 показує схематичне зображення зразкового варіанту здійснення системи подачі суміші відповідно до винаходу; фіг. 4 показує вигляд в розрізі першого зразкового варіанту здійснення системи подачі суміші відповідно до винаходу; і фіг. 5 показує вигляд в розрізі другого зразкового варіанту здійснення системи подачі суміші відповідно до винаходу. ОПИС ПЕРЕВАЖНИХ ВАРІАНТІВ ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ Основна ідея, що зумовлює даний винахід, продиктована тим, що конструктивні вимоги до лінії подачі газу і лінії подачі повітря є до деякої міри такими, що суперечать одна одній. З точки зору вартості і енергії бажано використовувати вентилятор невеликого, малопотужного типу як вентилятор для подачі повітря. Це може бути реалізовано за допомогою вибору каналу подачі повітря з низьким опором повітряному потоку, наприклад, за допомогою вибору лінії подачі повітря з великим діаметром. У випадку, коли попереднє змішування здійснюють за допомогою трубки Вентурі, низький опір потоку має несприятливий вплив на стабільність блоку регулювання витрати газу, оскільки в трубці Вентурі реалізовується тільки невеликий знижений тиск. Це приводить до того, що можлива зміна у відгалуженні блоку регулювання витрати газу отримує відносно великий вплив на співвідношення газу і повітря. Цьому запобігають тим, що газу не дозволяють пасивно втягуватися в трубку Вентурі вище по потоку від вентилятора, а подають його активно або примусово. Цього досягають за допомогою використання окремого вентилятора 220 (фіг. 3) для газу. Газ входить у водонагрівач через живильний трубопровід 202. Тут він спочатку спрямовується через блок 210 регулювання витрати газу так, щоб притоку газу не відбувалася, коли знижений тиск в котлі зменшується. Вентилятор 220 витягує газ з блоку 210 регулювання витрати газу через трубопровід 22 і спрямовує газ далі через трубопровід 204 в змішувальну камеру 230. Повітря втягується з живильного трубопроводу 12 вентилятором 30. Втягнуте всередину повітря через трубопровід 206 досягає змішувальної камери 230, в якій повітря змішується з газом, що втікає через трубопровід 204. Нарешті повітряно-газова суміш через трубопровід 208 досягає 3 UA 115525 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 пальника 240, де газ згоряє. Звичайно, також можна не застосовувати яке-небудь попереднє змішування. У цьому випадку змішувальна камера 230 опускається, і повітря з трубопроводу 204 і газ з трубопроводу 206 протікають безпосередньо в камеру 240 згоряння. Фіг. 4 показує варіант здійснення, в якому окремий вентилятор 220 втягує газ з лінії 22 подачі газу, що проходить від блоку регулювання витрати газу. Потік 24 газу створюється лопатевим колесом 334, яке приводиться в дію електродвигуном 340, що містить, крім всього іншого, вал 336, на якому розташоване лопатеве колесо, і електричну обмотку 342 навколо неї. Газ залишає вентилятор 220 з випуску 338 і досягає випуску вентилятора 30 через трубопровід 204. Вентилятор 30 втягує повітря з лінії 12 подачі повітря. Повітряний потік 14 створюється лопатевим колесом 34, яке розташоване в кожусі 32 вентилятора і приводиться в дію електродвигуном 40, який містить електричну обмотку 42, і ротор 36 якого сполучений з лопатевим колесом 34 так, щоб приводити в дію лопатеве колесо 34. Повітря, що втягується вентилятором 30, змішується на випуску 38 з газом з трубопроводу 204, і повітряно-газова суміш спрямовується далі в пальник. Вентилятори 220 і 30, як показано на фіг. 4, є вентиляторами відцентрового типу. Звичайно, також можна використовувати інші типи насоса. У даному винаході виконується активне нагнітання газу замість пасивного всмоктування газу за допомогою повітряного потоку в трубці Вентурі. Альтернативний, але особливо вигідний варіант здійснення показаний на фіг. 5. У цьому варіанті здійснення використовується окремий кожух 32 вентилятора, в якому є дволопатеве колесо 34a, 34b, що приводиться в дію єдиним електродвигуном 40. Електродвигун 40 містить електричну обмотку 42, в якій обертається ротор 36. Ротор з'єднаний з дволопатевим колесом 34a, 34b. На першій осьовій стороні кожух 32 вентилятора містить стінку з виходом лінії 12 подачі повітря в ньому. Сторона 34a дволопатевого колеса, повернена до цієї першої сторони, створює повітряний потік 14. На другій осьовій стороні кожух 32 вентилятора додатково містить стінку з виходом лінії 22 подачі газу в ньому. Сторона 34b дволопатевого колеса, повернена до цієї другої сторони, створює потік 24 газу. Повітря і газ змішуються на периферії лопатевого колеса 34a, 34b, де повітряно-газова суміш знов залишає кожух 32 вентилятора через випуск 38, щоб протікати в пальник. Нарешті, фіг. 1 показує суміщений котел, призначений для нагрівання водопровідної води і подачі гарячої води центрального опалювання, на якій показаний вентилятор 100 відповідно до винаходу. Лінія 22 подачі газу спрямовує газ з блоку регулювання витрати газу до вентилятора 100. Лопатеве колесо 34a, 34b приводиться в дію електродвигуном 40. Повітряно-газова суміш спрямовується через випуск 38 в пальник. Варіанти здійснення, показані і описані в даному описі, наведені виключно як зразкові варіанти здійснення і в жодному разі не повинні інтерпретуватися як обмежуючі для винаходу. Фахівцям в даній галузі техніки повинно бути очевидно, що можлива множина коректувань і модифікацій зразкових варіантів здійснення в межах даного винаходу. Таким чином, звичайно, можливо об'єднувати ознаки різних варіантів здійснення, щоб таким чином отримувати додаткові варіанти здійснення відповідно до винаходу. Додатково, можливо змішувати газ і повітря в кожусі повітряного вентилятора або на випуску повітряного вентилятора. Крім того, також можна виконувати змішування тільки в пальнику. Тому охорона, що запитується, визначається виключно подальшою формулою винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Система подачі суміші, виконана з можливістю встановлення у водонагрівачі і подачі горючої суміші в пальник водонагрівача, що містить: лінію подачі палива для текучого палива, лінію подачі окисника для текучого окисника, змішувальну камеру для змішування палива і окисника для утворення горючої суміші, випуск для випускання горючої суміші із змішувальної камери і вентилятор для нагнітання палива і окисника з відповідної лінії подачі в змішувальну камеру і нагнітання суміші з неї до випуску, при цьому вентилятор виконаний з можливістю впливу безпосередньо на паливо і окисник, вентилятор містить камеру для вентилятора, забезпечену лопатевим колесом, кожна з лінії подачі палива і лінії подачі окисника виходить у відкритий простір в камері для вентилятора, змішувальна камера вбудована в камеру для вентилятора і містить дві стінки, що розташовані одна навпроти одної і утворюють змішувальну камеру в осьовому напрямку, випуск для суміші з'єднаний з камерою для вентилятора, яка відрізняється тим, що лінія подачі палива і лінія подачі окисника містять окремі виходи в змішувальну камеру, причому додатково вентилятор містить кожух вентилятора, який утворює камеру для вентилятора, і лінія подачі палива виходить у відкритий простір з однієї з двох 4 UA 115525 C2 5 10 15 20 25 30 протилежних стінок змішувальної камери, а лінія подачі окислювача виходить у відкритий простір з іншої з двох протилежних стінок змішувальної камери. 2. Система подачі суміші за п. 1, яка додатково містить паливний насос для нагнітання потоку палива з лінії подачі палива в змішувальну камеру. 3. Система подачі суміші за п. 2, причому потік палива нагнітається механічно. 4. Система подачі суміші за п. 2 або 3, в якій паливний насос містить інший вентилятор. 5. Система подачі суміші за п. 2 або 3, в якій паливний насос вбудований в лінію подачі палива, при цьому паливний насос з’єднаний за допомогою трубопроводу зі змішувальною камерою. 6. Система подачі суміші за п. 4, в якій паливний насос вбудований в камеру для вентилятора. 7. Система подачі суміші за п. 6, в якій лопатеве колесо виконане у вигляді дволопатевого колеса, виконаного таким чином, що одна сторона лопатевого колеса по суті нагнітає окисник, а інша сторона лопатевого колеса по суті нагнітає паливо. 8. Система подачі суміші за п. 7, в якій сторона лопатевого колеса, яка нагнітає окисник, має більші лопаті, ніж сторона, яка нагнітає паливо. 9. Водонагрівач, який містить пальник для нагрівання води і систему подачі суміші за будь-яким одним з пп. 1-8. 10. Водонагрівач за п. 9, в якому по суті все паливо, що спалюється в пальнику, подається вентилятором. 11. Спосіб змішування текучого палива і текучого окисника, що включає в себе етапи, на яких: забезпечують змішувальну камеру, подають окисник в змішувальну камеру і подають паливо в змішувальну камеру, при цьому окисник і паливо подають окремо в змішувальну камеру примусовим чином, причому примусову подачу окисника і палива здійснюють за допомогою вентилятора з камерою для вентилятора, яка функціонує як змішувальна камера, при цьому окисник і паливо переносять в змішувальну камеру через окремі виходи, причому камера для вентилятора утворена кожухом вентилятора, що містить дві стінки, які розташовані одна навпроти одної і утворюють змішувальну камеру в осьовому напрямку, і лінія подачі палива виходить у відкритий простір з однієї з двох протилежних стінок змішувальної камери, а лінія подачі окислювача виходить у відкритий простір з іншої з двох протилежних стінок змішувальної камери. 12. Спосіб за п. 11, який додатково включає етап, на якому подають паливо в змішувальну камеру за допомогою другого вентилятора. 13. Спосіб за п. 11, в якому камера для вентилятора містить лопатеве колесо, виконане у вигляді дволопатевого колеса, виконаного таким чином, що одна сторона лопатевого колеса по суті нагнітає окисник, а інша сторона лопатевого колеса по суті нагнітає паливо. 5 UA 115525 C2 6 UA 115525 C2 7 UA 115525 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8