专利名称：一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器，特别涉及利用燃料燃烧实现
热电直接转换装置，属于燃料高效清洁利用技术领域。
背景技术：
基于燃烧直接实现燃料化学能向电能转变的热电转换装置可以避免普通热机发电系统由于燃料的燃烧温度很高，以及燃烧不完全等因素，造成烟气中有大量的污染气体排放，影响空气质量的不良后果。常规的电火花点火、电阻加热点火两种方法，无论采取哪种具体的设计，都是需要在燃烧器中专门设置点火部件，这无疑会增加系统的复杂性。随着燃烧器尺度的下降，由于空间的限制，点火部件的设计、加工难度会相应增大。
发明内容
本发明提供一种基于氢气辅助催化自燃的新型逆流换热燃烧器，可以实现燃烧器在常温下的冷启动，并用于热电转换装置。该燃烧器利用常温下氢气在催化剂表面(如铂、钯等)可以催化自燃的特性，利用氢气催化反应释热，维持碳氢燃料催化燃烧所需的高温，从而实现燃烧器的冷启动。此外，利用表面催化燃烧可以大大降低燃烧温度，拓展燃料的可燃范围，同时实现污染物N0X的低排放。 本发明是通过如下技术方案实现的实现常温冷启动的高兴微小燃烧器由两个主要部件组成。预混可燃气体通过燃气通道进入燃烧器中心进行催化燃烧，燃料的化学能转化为热能，使烟气温度迅速升高。高温烟气通过烟气通道流出燃烧器。燃气和烟气通道平行，但呈逆流形式，有利于实现高温烟气对燃气的加热，回收部分热量，提高燃料的利用效率。将贵金属催化剂(如铂)沉积在多孔陶瓷上，放置在燃烧器中心燃烧区位置，可以增大催化剂的比表面积，并使内部流场速度分布均匀，有利于氢气催化自燃辅助点火和燃料的低温催化燃烧。 可以将热电转换组件(热端)贴附在燃烧器的端面上，利用燃烧器向环境的散热，实现燃料的化学能与电能的转换。可以通过改变燃烧器运行状态，改变热电转换组件的热端温度，来改变微动力系统的输出，满足不同的需要。该热电转换系统既可用作大型设备的动力源、或发电设备，也可用作移动设备、便携设备的电源。
图1为本发明二维逆流换热催化燃烧器示意图。
图2为本发明三维逆流换热催化燃烧器示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，进一步说明本发明。图1为本发明二维逆流换热催化燃烧器示意图，燃烧器由墙体材料1和多孔陶瓷催化剂2组成。墙体材料1以回旋结构形成入口燃气
3通道3和烟气通道4，燃气和烟气通道相邻，利用烟气的高温，通过逆流对流换热和墙体的导热，实现对入口预混可燃气5的加热，从而提高燃烧区6入口温度，改善可燃条件。在燃烧区内放置一附有贵金属催化剂的多孔陶瓷2，一方面可以提高燃烧区内流场的均匀性，另一方面提高催化剂的比表面积，促进燃料的催化点火和燃烧性能。 燃烧器的工作过程是首先将一定比例和流量的预混可燃气体5(碳氢燃料/氢气/空气或碳氢燃料/氢气/氧气)由入口通过燃气通道3，进入内部燃烧区6中多孔陶瓷催化剂2的催化通道内。常温下氢气在催化表面可以自燃释热，使燃烧器内部温度提高，通过改变氢气的流量可以实现燃烧器内部温度的控制。在一定温度下，碳氢燃料可以实现在催化燃烧器内的催化点火，起燃后可以将停止氢气供给。点火成功后，碳氢燃料的催化燃烧过程使化学能转换为热能，同时烟气7温度升高。高温烟气通过对流和导热，把热能传给预混可燃气5，使燃气在着火燃烧前温度升高，而烟气温度降低，最后低温烟气7由烟气通道4排出燃烧器。这样室温燃气不断从燃气通道3进入燃烧器，沿途吸收来自高温烟气的热量提高温度，到达燃烧区6催化燃烧，同时高温烟气流出燃烧器时，沿程不断把热量传递给燃气，直至排出燃烧器时温度降至接近燃气入口温度。 对于二维新型逆流换热催化燃烧器，其两个端面上的散热会使燃烧器的燃烧性能受限。因此，在二维燃烧器的基础上，提出三维逆流换热催化燃烧器，其结构示意图如图2所示。图2为本发明三维逆流换热催化燃烧器示意图。在二维逆流换热催化燃烧器的两个端面外，增加两个扁平通道8作为进气通道，相应地设置两个进气口 9。
实验时，燃料和空气分别从两个进气口 9进入，经过扁平通道8后，垂直进入烟气通道3混合，在内部燃烧区6内燃烧反应后，烟气7沿回旋烟气通道4排出，同时对扁平通道8以及燃气通道3中的预混燃气进行预热。由于采取氢气辅助催化点火，可以取消点火部件及其控制部件，所以可以使内部燃烧区的所有散热面与进气通道相邻。这样燃料反应的释热除了维持核心区的高温外，大部分传递给了温度较低的燃料/空气，所以可以大大减少燃烧器与外界的换热，提高微小过量焓燃烧器的燃烧性能，扩展燃料的可燃范围。
权利要求
一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括墙体材料(1)和多孔陶瓷催化剂(2)；墙体材料(1)以回旋结构形成入口燃气通道(3)和烟气通道(4)，燃气通道(3)和烟气通道(4)相邻，利用烟气的温度通过逆流对流换热和墙体的导热，实现对入口预混可燃气(5)的加热，并提高燃烧区(6)入口温度；燃烧区内放有附有贵金属催化剂的多孔陶瓷(2)。
2. 据权利要求1所述的一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器，其特征在于，在所述 燃烧器的两个端面外，增加两个扁平通道(8)作为进气通道，相应地设置两个进气口 (9)。
全文摘要
一种无点火装置的逆流换热催化燃烧器，属于燃料高效清洁利用技术领域。该燃烧器包括墙体材料(1)和多孔陶瓷催化剂(2)；墙体材料(1)以回旋结构形成入口燃气通道(3)和烟气通道(4)，燃气通道(3)和烟气通道(4)相邻，燃烧区内放有附有贵金属催化剂的多孔陶瓷(2)。在燃烧器的两个端面外，增加两个扁平通道(8)作为进气通道，相应地设置两个进气口(9)。本发明可以增大催化剂的比表面积，使内部流场速度分布均匀，有利于氢气催化自燃辅助点火和燃料的低温催化燃烧。可以将热电转换组件(热端)贴附在燃烧器的端面上，实现燃料的化学能与电能的转换，用作大型设备的动力源、或发电设备，也可用作移动设备、便携设备的电源。
文档编号F23D14/66GK101706102SQ20091024159
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者杨庆涛, 钟北京 申请人:清华大学