Каталітичне джерело тепла на газовому паливі

Реферат: Каталітичне джерело тепла на газовому паливі містить каталізатор безполум'яного згоряння палива, пусковий пальник для запалювання реакції горіння, розподільчу камеру для газового палива, термоелектричний перетворювач з гарячим і холодним радіаторами і вентилятор, радіатор для відведення тепла від каталізатора, який має суцільну основу і вертикальні ребра, розташовані по її різні сторони. На верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори, які з'єднують канали, утворені ребрами радіатора. Гарячий радіатор термоперетворювача має тепловий контакт з каталізатором. Вентилятор, який розташований у нижній частині радіатора, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря, необхідне для згоряння палива і відведення тепла від каталізатора. UA 80662 U (12) UA 80662 U UA 80662 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології одержання теплової енергії шляхом безполум'яного спалювання органічного палива у каталітичних джерелах тепла. Такі джерела використовуються для обігріву жилих та побутових приміщень, різноманітної електронної та іншої апаратури у холодну пору року, сушіння лакофарбових покриттів, що містять вибухонебезпечні речовини. Відомий каталітичний пристрій для спалювання газу [1], який містить каталізатор, виготовлений у вигляді пористої пластини, змішувальну камеру, пальник для попереднього підігріву каталізатора і вентилятор для подачі повітря і паливно-повітряної суміші до каталізатора. За каталізатор використовуються оксиди нікелю, заліза, кобальту та платина, нанесені на носії, виготовлені з оксидів алюмінію, кремнію та ін. Недоліком описаного пристрою є необхідність постійного підтримування стехіометричного співвідношення паливо-повітряної суміші внаслідок використання сумісної подачі палива і повітря до каталізатора. Це вимагає постійного обслуговування такого пристрою. Окрім цього при роботі такого джерела продукти згоряння не відводяться за межі приміщення, що погіршує екологічні показники повітря в приміщенні. Це обмежує області практичного використання такого джерела тепла, зокрема у жилих приміщеннях. Відомий пристрій для спалювання органічного палива [2], який містить пристрій для змішування палива і повітря, вентилятор для подачі повітря і каталізатор у вигляді окремих пластин, розташований паралельно потоку горючого газу. Між пластинами каталізатора розташовано ряд елементів радіатора для відведення тепла, які об'єднані каналом для їх охолодження. Недоліком описаного пристрою є необхідність його постійного обслуговування та використання двох вентиляторів або пристроїв: окремо для формування паливно-повітряної суміші і подачі повітря для охолодження, що в цілому понижує надійність джерела тепла. Пристрій не є автономним, оскільки для живлення вентиляторів необхідна електрична енергія, що обмежує області його практичного використання. Відомий опалювальний апарат [3], який містить пристрій для подачі і змішування повітря та палива, вентилятор, каталізатор, виготовлений у вигляді пластини та радіатор для відведення тепла згоряння палива і нагрівання теплоносія. Апарат оснащений пристроєм для запалювання реакції горіння палива (пусковим пальником), який розташований у камері змішування. Недоліком опалювального апарата є необхідність постійного обслуговування і низька надійність, зумовлена використанням сумісної подачі палива і повітря до каталізатора та двох пристроїв для формування і подачі паливно-повітряної суміші та циркуляції теплоносія. Окрім цього недоліком є низька ефективність відведення тепла від каталізатора до радіатора, яке в даному випадку здійснюється тільки шляхом конвекції, а також необхідність у електричній енергії для живлення електричних пристроїв джерела тепла. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є каталітичне джерело тепла, описане у роботі [4]. Джерело тепла містить каталізатор для спалювання газового палива, пусковий пальник для запалювання реакції горіння, розподільчу газову камеру та електричний вентилятор для подачі повітря до каталізатора. Джерело тепла оснащене термоелектричним перетворювачем, яким здійснюється автономне живлення електричного вентилятора. Недоліком описаного джерела тепла є погіршені екологічні показники повітря у приміщенні, що опалюється, оскільки продукти згоряння газового палива (СО2, пари води, можливо CO, NO x) не відводяться за межі приміщення і накопичуються в ньому при роботі джерела тепла. Навіть при повномузгорянні газового палива наявність у приміщенні підвищених концентрацій СО 2 і парів води небажана. Окрім цього недоліком джерела тепла є низька ефективність відведення тепла від каталізатора та підведення тепла до гарячої сторони термоелектричного перетворювача. Тому актуальним є створення ефективного, екологічно чистого каталітичного джерела тепла підвищеної надійності для довготривалого забезпечення споживачів тепловою енергією. Поставлена задача вирішується тим, що каталітичне джерело тепла на газовому паливі, яке містить каталізатор безполум'яного згоряння палива, пусковий пальник для запалювання реакції горіння, розподільчу камеру для газового палива, термоелектричний перетворювач з гарячим і холодним радіаторами і вентилятор, містить радіатор для відведення тепла від каталізатора, який має суцільну основу і вертикальні ребра, розташовані по її різні сторони, на верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори, які з'єднують канали, утворені ребрами радіатора, гарячий радіатор термоперетворювача має тепловий контакт з каталізатором, а вентилятор, який розташований у нижній частині радіатора, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря, необхідне для згоряння палива і відведення тепла від каталізатора. Відповідність критерію «новизна» запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. 1 UA 80662 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У корисній моделі запропоноване нове рішення для каталітичних джерел тепла, яке полягає в тому, що каталітичне джерело тепла на газовому паливі, яке містить каталізатор безполум'яного згоряння палива, пусковий пальник для запалювання реакції горіння, розподільчу камеру для газового палива, термоелектричний перетворювач з гарячим і холодним радіаторами і вентилятор, містить радіатор для відведення тепла від каталізатора, який має суцільну основу і вертикальні ребра, розташовані по її різні сторони, на верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори, які з'єднують канали, утворені ребрами радіатора, гарячий радіатор термоперетворювача має тепловий контакт з каталізатором, а вентилятор, який розташований у нижній частині радіатора, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря, необхідне для згоряння палива і відведення тепла від каталізатора. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів, - містить радіатор для відведення тепла від каталізатора, який має суцільну основу і вертикальні ребра, розташовані по її різні сторони, на верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори, які з'єднують канали, утворені ребрами радіатора, гарячий радіатор термоперетворювача має тепловий контакт з каталізатором, а вентилятор, який розташований у нижній частині радіатора, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря, необхідне для згоряння палива і відведення тепла від каталізатора. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих приладобудівних підприємствах. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється рисунками. На фіг. 1 і 2 наведено відповідно вертикальний і горизонтальний перерізи каталітичного джерела на газовому паливі. На фіг. 3 наведено зовнішній вигляд джерела тепла (вид зверху). Каталітичне джерело тепла складається з каталізатора 1, який має вигляд пористої пластини, розподільчої камери для газового палива 2, радіатора 3 для відведення тепла, вентилятора 4 для подачі повітря охолодження і повітря, необхідного для згоряння палива та термоелектричного перетворювача 5. За активну фазу каталізатора 1 використано суміш оксидів Со і Сr, які промотовані невеликими добавками Pd. Активні речовини нанесені на пористий носій з кремнеземного волокна. Радіатор для відведення тепла 3 має вигляд суцільної основи, на двох сторонах якої зроблені вертикальні ребра, які утворюють канали 6 і 7. Ребра однієї зі сторін радіатора мають тепловий контакт з каталізатором 1. Каталітичне джерело тепла оснащене пусковим пальником 8 і термопарою 9, яка з'єднана з магнітним клапаном 10. Цей пристрій призначений для забезпечення безпеки експлуатації каталітичного джерела тепла. На верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори 11 і 12, які з'єднують відповідно канали 6 і 7, утворені ребрами радіатора. Колектор 11 з'єднує канали 6, по яких надходить повітря, необхідне для горіння, і здійснюєтьсявідведення продуктів горіння палива. Колектор 12 з'єднує канали 7 радіатора, по яких рухається повітря для відведення тепла від каталізатора. Газовий колектор 11 оснащений вихлопною трубою 13 для відведення продуктів горіння у навколишнє середовище, а колектор 12 - повітряним трубопроводом 14 для подачі нагрітого повітря до споживача. Вентилятор 4, який розташовано в нижній частині радіатора 3, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря у канали 6 і 7. Термогенератор 5 розташований у нижній частині каталізатора і містить термобатарею 15, гарячий радіатор 16, який має тепловий контакт з каталізатором 1 та гарячою стороною термобатареї і холодний радіатор 17, який має тепловий контакт з холодною стороною термобатареї 15. Гарячий радіатор 16 має додатковий тепловий контакт з пусковим пальником 8. Для під'єднання каталітичного джерела тепла до газової магістралі пристрій оснащений штуцером 18. Працює каталітичне джерело тепла наступним чином. За допомогою пускового полум'яного пальника 8 здійснюється попередній підігрів невеликої ділянки каталізатора 1. З розподільчої камери 2 до каталізатора 1 під невеликим тиском надходить газове паливо. З протилежної сторони з каналів 6 у шар каталізатора 1 шляхом природної дифузії надходить повітря. На нагрітих ділянках каталізатора 1 починається реакція безполум'яного окиснення палива, яка швидко поширюється по усій поверхні каталізатора. Одночасно за допомогою пускового пальника 8 нагрівається гарячий радіатор 16 термогенератора. Тепло проходить через термоелектричну батарею 15 і відводиться у навколишнє середовище радіатором 17. Надалі до термобатареї 15 за допомогою гарячого 2 UA 80662 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 радіатора 16, що має тепловий контакт з каталізатором 1, надходить основна теплова потужність, яка забезпечує стабільну роботу термогенератора. Внаслідок різниці температур між гарячою і холодною сторонами термобатарея генерує електричну енергію, яка використовується для живлення вентилятора. За допомогою вентилятора 4 здійснюється подача повітря у канали 6 та відведення у навколишнє середовище продуктів горіння палива через колектор 11 і вихлопну трубу 13. Одночасно повітря надходить у канали 7 між ребрами радіатора 3 і відводить до споживача тепло, генероване каталізатором через колектор 12 і повітряний трубопровід 14. Таким чином здійснюється ефективне відведення тепла від каталізатора; при роботі джерела тепла немає необхідності постійно і точно підтримувати стехіометричне співвідношення суміші повітря і палива, оскільки в джерелі тепла використана зустрічна подача реагентів до каталізатора. Ефективне відведення тепла від каталізатора і подача повітря для горіння здійснюється за допомогою одного вентилятора без використання зовнішнього джерела електричного струму, чим забезпечується можливість автономного живлення споживачів тепловою енергією і в цілому можливість надійної тривалої роботи джерела тепла без обслуговування. Використання окремих колекторів для подачі споживачу нагрітого повітря і для відведення у навколишнє середовище продуктів згоряння газового палива забезпечує покращення екологічних показників у приміщеннях, що обігріваються такими каталітичними джерелами тепла. Запропоновані автономні джерела тепла можуть знайти використання для обігріву жилих і побутових приміщень, дач, теплиць, гаражів, для сушіння лакофарбових покриттів, зокрема таких, що містять леткі вибухонебезпечні компоненти. Література 1. Патент JP59142319, МКИ: F23D14/18. Catalytic combustion device. / Tabata Kenji; Matsumoto Ikuo (JP). - Опубл. 15.08.1984. 2. Патент JP11022916, МКИ: F24H9/00. Combustion device / Tomizawa Takeshi; Fujita Tatsuo; Maenishi Akira; Suzuki Jiro; Obara Katsuyuki (JP) - Опубл. 26.01.1999. 3. Патент US3709473, МКИ: F23C13/00, F23D14/00. Heating apparatus / Ito Т.; Nomaguchi Т.; Tabata N. - Опубл. 09.01.1973. 4. Михайловский В.Я., Струтинская Л.Т. Каталитический источник тепла с термоэлектрическим интенсификатором подачи воздуха // Термоэлектричество. - 2005. - № 3. С. 84-89. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Каталітичне джерело тепла на газовому паливі, яке містить каталізатор безполум'яного згоряння палива, пусковий пальник для запалювання реакції горіння, розподільчу камеру для газового палива, термоелектричний перетворювач з гарячим і холодним радіаторами і вентилятор, яке відрізняється тим, що містить радіатор для відведення тепла від каталізатора, який має суцільну основу і вертикальні ребра, розташовані по її різні сторони, на верхньому торці радіатора встановлено два окремі газові колектори, які з'єднують канали, утворені ребрами радіатора, гарячий радіатор термоперетворювача має тепловий контакт з каталізатором, а вентилятор, який розташований у нижній частині радіатора, встановлено таким чином, що він одночасно подає повітря, необхідне для згоряння палива і відведення тепла від каталізатора. 2. Каталітичне джерело тепла на газовому паливі за п. 1, яке відрізняється тим, що каталізатор має тепловий контакт з ребрами радіатора для відведення тепла, які розташовані на одній з його сторін. 3. Каталітичне джерело тепла на газовому паливі за п. 1, яке відрізняється тим, що один з окремих колекторів, встановлених на верхньому торці радіатора, з'єднує канали радіатора, по яких надходить повітря для горіння і здійснюється відведення продуктів згоряння, а інший з'єднує канали, по яких рухається повітря для відведення тепла від каталізатора. 4. Каталітичне джерело тепла на газовому паливі за будь-яким з пп. 1 або 3, яке відрізняється тим, що колектор, який об'єднує канали, по яких рухаються продукти згоряння, оснащений вихлопною трубою для їх відведення в навколишнє середовище, а інший колектор оснащений повітряним трубопроводом для подачі нагрітого повітря до споживача. 5. Каталітичне джерело тепла на газовому паливі за п. 1, яке відрізняється тим, що гарячий радіатор термоперетворювача має додатковий тепловий контакт з пусковим пальником каталітичного джерела тепла. 3 UA 80662 U 4 UA 80662 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5