Устройство утилизации утечек жидкого криогенного топлива

Полезная модель относится к теплогенераторным установкам. Может быть использована для экологически чистого сжигания утечек жидкого криогенного топлива из системы стабилизации давления в мобильных топливных хранилищах с генерацией горячего воздуха, который может быть непосредственно использован, например, для подогрева производственных помещений.

Технический результат достигается в устройстве, которое содержит емкость топлива и источник сжатого воздуха, которые соединены с двухкомпонентными форсунками, установленными в камере сгорания. Горячий газ из камеры сгорания поступает в активное сопло эжектора, высоконапорная струя газа за которым подсасывает атмосферный воздух и перемешиваясь с ним отдает свое тепло; горячий воздух из эжектора направляется потребителю тепла.

Предлагаемая полезная модель относится к теплогенераторным установкам. Может быть использована для утилизации утечек криогенного топлива из емкостей, наличие которых диктуется необходимостью ограничения давления в них, повышение которого вызывается теплоподводом из окружающей среды.

В качестве аналога выбрано устройство для сжигания топлива по патенту РФ №2156935 от 08.07.1999 г. F 26 В 23/02. Устройство по аналогу содержит емкость для топлива, органы управления, вентилятор и расположенную за ним по ходу потока камеру сгорания с огневым днищем, систему поджига, наружную обечайку, образующую цилиндрическую полость вокруг камеры сгорания, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещенные в огневом днище и соединенные по входу с выходом вентилятора, а по выходу совмещены с внутренней поверхностью огневого днища.

Устройство по аналогу работает по принципу создания воздухом вентилятора разряжения при прохождении через двухкомпонентную форсунку соплового типа. Благодаря этому происходит засасывание топлива в форсунку через систему трубопроводов из топливной емкости. Форсунки выполнены таким образом, что в них происходит смешение топлива с воздухом в стехиометрическом соотношении. Полученная смесь поступает в камеру сгорания, где поджигается системой поджига и сгорает. Выравнивание поля температур сгоревшей смеси происходит как в камере сгорания, так и за ее пределами путем смешения продуктов сгорания с вторичным воздухом.

Недостатком технического решения по аналогу является сложность конструкции из-за большого количества форсунок, разветвленной сети подводящих трубопроводов.

В результате осложнена сборка и техническое обслуживание устройства, что приводит к удорожанию и снижению надежности в эксплуатации. Из-за увеличенной размерности устройства ограничен нижний уровень диапазона его мощности, что сужает пределы его применимости.

Известно малоразмерное теплогенераторное устройство по свидетельству на полезную модель №24268 от 27.07.2002 г. принятое за прототип. Устройство по прототипу содержит емкость для топлива, вентилятор и расположенную за ним по ходу воздуха камеру сгорания с огневым днищем, систему поджига, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещенные в огневом днище и соединенные по входу с выходом воздуха вентилятора, а по выходу совмещенные с внутренней поверхностью огневого днища, причем подвод топлива к форсункам осуществляется по единому трубопроводу, форсунки в количестве не менее 3-х расположены осесимметрично по окружности с расстоянием между осями соседних форсунок, не превышающем четырех диаметров d минимального сечения воздушного канала двухкомпонентной форсунки, а диаметр d в мм численно равен квадратному корню из N, где N - мощность малоразмерного теплогенераторного устройства в кВт.

Недостатком технического решения по прототипу является невозможность обеспечения относительно низкой величины температуры газа за устройством, что ограничивает область его применения.

Полезная модель ставит задачу полезной утилизации утечек криогенного горючего из его хранилища при работе системы стабилизации давления путем прямого использования подогретого воздуха повышенного давления для нагрева помещений.

Поставленная задача решается тем, что устройство утилизации утечек жидкого криогенного топлива содержит емкость для топлива, источник сжатого воздуха, камеру сгорания, двухкомпонентные форсунки соплового типа, расположенные в камере сгорания и соединенные по входу с источником сжатого воздуха и емкостью для топлива, причем выход камеры сгорания соединен с активным соплом эжектора, вход которого соединен с атмосферой, а выход с потребителем тепла, причем диаметр d минимального сечения воздушного канала каждой из форсунок равен квадратному корню из N/A, где N-удельная тепловая мощность камеры сгорания (тепловая мощность обеспечиваемая одной форсункой) и А коэффициент пропорциональный величине давления в источнике сжатого воздуха.

На фиг.1 представлена схема устройства утилизации утечек жидкого криогенного топлива.

Устройство включает емкость 1 топлива, источник 2 сжатого воздуха, камеру сгорания 3, двухкомпонентные форсунки 4, эжектор 6 с активным соплом 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сжатый воздух из источника 2 и топливо из емкости 1 подаются через двухкомпонентные форсунки 4 в камеру сгорания 3, где образуется горячий газ. Горячая струя газа из камеры сгорания поступает в активное сопло 5, где разгоняется и, входя в газовоздушный эжектор 6 подсасывает воздух из атмосферы. В эжекторе горячий газ перемешивается с атмосферным воздухом, отдает ему тепло и температура воздуха повышается до величины допустимой для его использования потребителем тепла ( например, при непосредственном подогреве помещений).

Форсунки 4 выполнены съемными. Это позволяет обеспечить потребную величину тепловой мощности при разных значениях давления сжатого воздуха в источнике 2 путем подбора диаметра d минимального сечения воздушного канала форсунки.

Расчеты показывают, что при использовании в устройстве природного газа с расходом 0.34 г/с (15 кг в сутки) через три форсунки и сжатого воздуха с давлением 0.16 МПа и расходом 15 г/с обеспечивается на выходе из эжектора расход горячего воздуха 190 г/с с температурой 357 К при избыточном давлении 10 кПа. При этом температура горячего газа в активном сопле эжектора равна 1100К. Тепловая мощность устройства составляет 16кВт, что достаточно для обеспечения теплом 160м² помещений. Потребная электрическая мощность для получения сжатого воздуха в этом случае составляет 0.8кВт.

Величина коэффициента А=0.7*Рсж.возд. и диаметр минимального сечения воздушного канала форсунок мм.

Опытный образец предлагаемого устройства предполагается изготовить в декабре 2004 года.

Устройство утилизации утечек жидкого криогенного топлива, содержащее емкость топлива, источник сжатого воздуха, камеру сгорания, двухкомпонентные форсунки соплового типа, расположенные в камере сгорания и соединенные по входу с источником сжатого воздуха, и емкостью топлива, отличающееся тем, что выход камеры сгорания соединен с активным соплом эжектора, вход которого соединен с атмосферой, а выход с потребителем тепла, при этом диаметр d минимального сечения воздушного канала каждой из форсунок равен корню квадратному из N/A, где N - удельная тепловая мощность камеры сгорания, а А - коэффициент, пропорциональный величине давления в источнике сжатого воздуха.