Благодаря новому интерметаллическому сплаву из никеля и алюминия усовершенствованная российскими учеными инфракрасная горелка на испытаниях показала себя экологичной и высокоэффективной. Сегодня ученые работают над созданием перспективных водонагревательных котлов на основе своей горелки, которые очень актуальны для частных домов в Сибири и на Дальнем Востоке. Сообщение об усовершенствовании и его возможном практическом применении было опубликовано в последнем номере журнала Energy. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.

Для того, чтобы обогревать помещения, инфракрасные газовые горелки используют с начала XX века. В таких горелках газовая смесь фильтруется через специальный пористый материал и при сгорании нагревает его до белого каления, а тепло передается через излучение. Коэффициент полезного действия таких горелок, то есть доля энергии, перешедшая в излучение, зависит от множества факторов, в том числе конструкции и материала горелки и соотношения объемов газа и окислителя.

Для того, чтобы создать эффективную инфракрасную горелку, ученые использовали уникальный интерметаллический сплав никеля и алюминия вместо керамики и нержавеющих сталей, которые обычно применяются в подобных устройствах. Помимо высокой теплопроводности этот сплав обладает высокой пластичностью, причем, в отличие от большинства материалов, с увеличением температуры его пластичность возрастает. Кроме того, интерметаллиды устойчивы к окислению и их можно использовать до температур порядка 1100 °C.

Авторы работы предложили создавать на основе этого сплава пористые матрицы цилиндрической формы. Во время работы горелки продукты сгорания продуваются через поры и вырываются наружу уже изрядно охлажденными, а тепло, забранное горелкой, излучается наружу. В таких горелках можно получать максимально возможную эффективность, которую возможна достичь для заданных режимов работы.

Предложенное усовершенствование решает и проблему экологичности. «Недостаток многих горелок – это низкая экологичность: высокие температуры в зоне горения приводят к окислению атмосферного азота и образованию его весьма нежелательных окисей: ядовитого газа – оксида азота (NO и NO₂). Достаточно сказать, что двуокись азота за ее воздействие на психику называют веселящим газом, и это лишь одно из отравляющих качеств NO₂. Если в атмосфере крупных городов много оксидов азота, то это провоцирует разрушение озонового слоя и появление вредного смога. Чтобы окисления азота не происходило, надо либо снизить температуру в зоне горения, либо ограничить время нахождения продуктов сгорания в зоне высоких температур. В нашей горелке продукты сгорания, проходя через поры материала, остывают очень быстро, максимум за несколько десятков миллисекунд, и азот практически не успевает создать свои окислы», – рассказал руководитель исследования Анатолий Мазной.

Сейчас ее авторы работают над созданием первых прототипов водогрейных котлов мощностью 20–50 киловатт, которые часто используют для обогрева частных домов. Для Сибири и Дальнего Востока это особенно актуально, тем более что разрабатываемый котел будет экономичным и, что немаловажно, дешевым. Существенная доля энергии выделяется в виде инфракрасного излучения, поэтому можно существенно снизить размер и массу теплообменников. Кроме того, выбросы в атмосферу от такой горелки соответствуют всем мировым экологическим стандартам.