一种迷宫式催化燃烧加热器的制作方法

本发明涉及催化燃烧技术加热设备，尤其是涉及一种迷宫式催化燃烧加热器。

背景技术：

燃料加热器通过燃料燃气(如天然气、液化石油气、城市煤气、沼气等)的燃烧产生热量对水进行加热，使水温达到生活、采暖等要求，实现供暖和提供生活、洗浴用热水。而在燃烧加热的过程中却会产生一系列的问题，如燃烧不充分，燃烧不充分不仅造成了资源上的浪费，提高了使用成本，而且燃气在不充分燃烧还会产生co等有毒气体，不仅污染了空气，还危害了人的身体健康。

为了解决燃烧加热所存在的一系列问题，人们发明了催化燃烧技术，(如生物质颗粒、甲醇、氢气催化燃烧技术等)，催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完全燃烧，对改善燃烧过程、降低反应温度、促进完全燃烧、抑制有毒有害物质的形成等方面具有极为重要的作用，是一个环境友好的过程。

随着社会的发展，催化燃烧技术的应用领域不断扩展，在经济、社会的发展以及工业化的需求使得催化技术，特别是催化燃烧技术日益成为一种不可或缺的工业技术手段，催化燃烧不但可以使燃料得到充分利用，而且无论是从能源利用角度还是从环境保护角度考虑，其技术进步都会对社会发展产生重大影响。

催化燃烧技术的研究已不再是停留在理论及实验室水平上了，更具有现实意义的是各类新品种催化剂研究成功，尤其是甲醇催化剂，已开始成为一种产业走进我们的生活。

目前，甲醇催化燃烧技术的研究与应用已经进入一个快速发展的阶段，它的作用也越来越被人们所重视。例如,甲醇催化燃烧技术无焰加热装置，不用燃烧燃料就能取得热能的新加热方式，这种无焰加热装置是采用甲醇在反应器内进行催化反应进行制热的装置。

催化燃烧技术应用在锅炉燃煤中,实现了贫燃料的燃烧过程，打破了传统火焰燃烧的可燃界限，能进一步提高燃气炉的燃烧效率和热效率。另外，催化燃烧技术也已成功应用于其他领域，例如家用燃气的催化燃烧，水泥熟料的煅烧等等。可见，催化燃烧领域的应用之广，意义之大，在未来的社会发展中，它具有举足轻重的地位，对节能降耗，合理利用资源和保护环境上都具有重要的推动作用。因此，大力推进催化燃烧技术的研究工作，积极推广催化燃烧技术的应用，对社会的发展和环境的保护具有深刻积极地意义，发展前景广阔，市场巨大。

而目前市场上的燃料加热器虽然使用了催化技术，但却均为在燃料路径上直接设置催化剂进行催化的结构，会出现新的问题，就是不能均匀的、充分的进行催化，从而还是带来了不能燃烧充分的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种燃烧充分的迷宫式催化燃烧加热器。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种迷宫式催化燃烧加热器，其特征是包括：

外壳体，内设有气体缓存腔，一端部设有与气体缓存腔连通的排气口；

进气管，穿入气体缓存腔内，位于外壳体外边的外端用于与外部燃料管连接；

热交换装置，呈圆管状，套设在进气管上，并位于气体缓存腔内，设有延伸至外壳体外的进气液管和出气液管；需加热的气体或液体通过进气液管进入热交换装置，热交换后的气体或液体通过出气液管流出；

发热内芯，设在气体缓存腔内，包括内壳体和用于对燃料起助燃或催化作用的助燃催化体，内设有用于缓冲燃料的缓冲空间；内壳体为圆管状，一端封闭，另一端设有热气出口；助燃催化体也为圆管状，同轴固定设置在内壳体内，助燃催化体的侧壁上分布有若干用于燃料穿过的网孔；

所述发热内芯通过卡扣结构可拆卸的套设在进气管的位于气体缓存腔内的部位上，热交换装置位于发热内芯中；燃料从进气管进入发热内芯内后，先进入缓冲空间，之后从网孔穿过助燃催化体，再产生热量与热交换装置进行热交换，经热交换后的气体从热气出口进入气体缓存腔。

发热内芯的一个实施结构为：内壳体的一端口处密封盖设有密封头，另一端口设有端部圆环板；助燃催化体的一端面与端部圆环板固定连接，另一端面设有圆环盖板，圆环盖板的外环面与内壳体的内壁之间留有气体流通间隙，助燃催化体的外侧壁与内壳体的内侧壁之间设有缓冲空间；进气管穿过端部圆环板的中孔、助燃催化体和圆环盖板的中孔，热交换装置位于助燃催化体内，端部圆环板的内环面与进气管的侧壁之间留有间隙，作为热气出口，圆环盖板的内环面紧贴在进气管的外侧壁上，进气管的端面与密封头的内面之间留有进气间距。

所述密封头的内面的中部为凸面、周边为凹面，凸面、凹面与内壳体的内面圆滑衔接。

所述凸面、凹面和内壳体的内面上分别设有同一螺旋方向的螺旋槽。

发热内芯的另一个实施结构为：助燃催化体的一端面与内壳体的封闭端口的端面固定连接，助燃催化体的另一端面设有端部圆环板，端部圆环板的外环面与内壳体的内壁之间留有间隙，作为热气出口，进气管通过端部圆环板的中孔穿入助燃催化体内，进气管的外侧壁与助燃催化体的内侧壁之间设有缓冲空间，进气管的位于助燃催化体内的部位的侧壁上设有若干个出气孔，端部圆环板的内环面紧贴在进气管的外侧壁上，圆管状的热交换装置的内侧面与进气管的外侧壁之间设有间距，圆管状的热交换装置通过热气出口穿入助燃催化体与内壳体之间。

热交换装置的一种实施结构为：所述热交换装置包括两螺旋管，两螺旋管的靠近进气液管和出气液管的端部分别与进气液管和出气液管连通，远离进气液管和出气液管的另一端相互连接在一起，从而形成一条气液流道。

热交换装置的第二种实施结构为：所述热交换装置包括若干条沿进气管轴线方向延伸的竖管，竖管按圆周方向排列，竖管之间交错连通形成一条气液流道，气液流道的两端分别与进气液管和出气液管连通。

热交换装置的第三种实施结构为：所述热交换装置包括外圆管壁和位于外圆管壁内的内圆管壁，外圆管壁与内圆管壁之间设有气液流动空间，气液流动空间的两端通过圆环板封闭，在气液流动空间内设有若干隔板，通过隔板分隔形成一条气液流道，气液流道的两端分别与进气液管和出气液管连通。

在气液流道内设有若干块缓冲网，缓冲网的两边分别对应与外圆管壁和内圆管壁固定连接。外圆管壁、内圆管壁和缓冲网均使用导热材料制成，需加热的气体或液体在流经缓冲网时，除了起到缓冲作用，减缓流速外，气体或液体与缓冲网之间也进行着热交换，外圆管壁和内圆管壁上的部分热量会直接传递至缓冲网上，这样对气体或液体的加热将更快。

所述卡扣结构包括固定在进气管上的多个卡片和设在内壳体的设有热气出口的端部的外侧壁上的凸环，多个卡片按圆周方向均匀分布，相邻卡片之间预留有间距；卡片包括沿进气管径向延伸的平板支撑部和设在平板支撑部外沿边的圆弧状的卡接部；当发热内芯扣接在进气管上时，发热内芯的对应端面平贴支撑在平板支撑部的表面上，卡接部配合扣在凸环上。

所述助燃催化体包括圆管状的内网和圆管状的外网，在外网和内网之间填充有颗粒状的催化剂或助燃剂。

所述助燃催化体为网状，其材质为催化剂或助燃剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在使用时，从进气管进入的燃料会在进气压力的作用下通过网孔透过助燃催化体，助燃催化体除了对燃料起助燃和催化作用外，还能对燃料进行阻挡缓冲，实现燃料在缓冲空间中的缓冲，这样燃料会较均匀的穿透过助燃催化体上的网孔，助燃和催化作用更充分，从而使得燃烧更充分，之后还可以更全面与热交换装置进行热交换，热交换的面积更广，也就使得加热速度更快。

本发明中的进行热交换后的气体不是直接排出，而是在气体压力作用下，顺着热交换装置所在空间向热气出口方向流动，从热气出口流出的热气会进入气体缓存腔进行一定量的积累，这样进行热交换的气体不会流动过快，能更充分的进行热量转换，在使用燃气燃烧发热时能更充分的燃烧，且积累在气体缓存腔内的气体还起到一定的保温隔离作用。

2、本发明的发热内芯为可拆卸安装，可以直接进行更换，维护方便。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体示意图；

图2是本发明实施例一的剖视示意图；

图3是本发明实施例一的爆炸示意图；

图4是本发明实施例一隐藏上壳体和助燃催化体后的结构示意图；

图5是本发明实施例一隐藏上壳体、下壳体和发热内芯后的结构示意图；

图6是本发明实施例一的发热内芯的剖视示意图之一；

图7是本发明实施例一的发热内芯卡扣在进气管上的结构示意图之一；

图8是本发明实施例一的发热内芯卡扣在进气管上的结构示意图之二；

图9是本发明实施例二的热交换装置的结构示意图；

图10是本发明实施例三的热交换装置的结构示意图；

图11是本发明实施例三的热交换装置隐藏外圆管壁后的结构示意图；

图12是本发明实施例一的助燃催化体的剖视示意图之二；

图13是本发明实施例四的爆炸示意图；

图14是本发明实施例四的剖视示意图；

图15是本发明实施例四隐藏上壳体、下壳体和助燃催化体后的结构示意图。

图中附图标记含义：

1-外壳体；1.1-上壳体；1.2-下壳体；1.3-排气口；1.4-气体缓存腔；2-进气管；2.1-卡片；2.1.1-平板支撑部；2.1.2-卡接部；3-热交换装置；3.1-进气液管；3.2-出气液管；3.3-螺旋管；3.4-竖管；3.5-外圆管壁；3.6-圆环板；3.7-内圆管壁；3.8-缓冲网；3.9-分隔板；3.10-完成隔板；3.11-缺口；3.12-出气液口；3.13-进气液口；4-发热内芯；4.1-密封头；4.2-凹面；4.3-凸面；4.4-进气间距；4.5-圆环盖板；4.6-气体流通间隙；4.7-缓冲空间；4.8-助燃催化体；4.8.1-内网；4.8.2-催化剂或助燃剂；4.8.3-外网；4.9-内壳体；4.10-凸环；4.11-端部圆环板；4.12-热气出口；4.13-端部圆环板的中孔；4.14-螺旋槽；4.15-内壳体的封闭端口的端面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例一：

如图1至8所示为实施例一的迷宫式催化燃烧加热器，其包括外壳体1、进气管2、热交换装置3和发热内芯4，其中，发热内芯4包括内壳体4.9和用于对气体起助燃或催化作用的助燃催化体4.8。

如图2所示，外壳体1为圆筒状，内设有气体缓存腔1.4，上端设有与气体缓存腔1.4连通的排气口1.3。为了能对外壳体1内的部件进行维护，外壳体1设置成上壳体1.1和下壳体1.2，上壳体1.1和下壳体1.2之间通过螺纹密封连接。

进气管2穿入气体缓存腔1.4内，进气管2从外壳体1的下端穿出，对进气管2与外壳体1的连接位置进行密封处理，进气管2位于外壳体1外边的外端用于与外部气管连接，排气口1.3和进气管2穿出的位置为位于外壳体的相对的两端。

热交换装置3呈圆管状，套设在进气管2上，热交换装置3位于气体缓存腔1.4内，下端设有延伸至外壳体1外的进气液管3.1和出气液管3.2，进气液管3.1和出气液管3.2沿着进气管2的外壁向外延伸。进入热交换装置的，可以是液体，也可以是气体，需加热的液体或气体通过进气液管进入热交换装置3，热交换后的液体或气体通过出气液管流出。当然，热交换装置3由导热材料制成，如：金属材料。

发热内芯4设在气体缓存腔1.4内。如图2和图6所示，本实施例的发热内芯的内壳体4.9为圆管状，内壳体4.9的上端口处密封盖设有密封头4.1，下端口设有端部圆环板4.11；发热内芯的助燃催化体4.8也为圆管状，助燃催化体4.8的侧壁上分布有若干网孔，助燃催化体4.8同轴设置在内壳体4.9内，助燃催化体4.8的下端面与端部圆环板4.11固定连接，上端面设有圆环盖板4.5，圆环盖板4.5的外环面与内壳体4.9的内壁之间留有气体流通间隙4.6，助燃催化体4.8的外侧壁与内壳体4.9的内侧壁之间设有缓冲空间4.7；进气管2通过端部圆环板4.11的中孔4.13穿入助燃催化体4内，热交换装置3位于助燃催化体4内，端部圆环板4.11的内环面与进气管2的侧壁之间留有间隙，作为热气出口4.12，圆环盖板4.5的内环面紧贴在进气管2的外侧壁上，实现密封，进气管2的端面与密封头4.1的内面之间留有进气间距4.4。

发热内芯4通过卡扣结构可拆卸的套设在进气管2的位于气体缓存腔4.4内的部位上，热交换装置3位于发热内芯4.8中。热交换装置3可以通过焊接固定在进气管2上。

其中，如图5、图7和图8所示，卡扣结构包括固定在进气管上的四个卡片2.1和设在内壳体4.9的设有热气出口4.12的端部的外侧壁上的凸环4.10，四个卡片2.1按圆周方向均匀分布，相邻卡片2.1之间预留有间距，使得从热气出口4.12出来的气体可以穿过该间距进入气体缓存腔。如图5所示，卡片2.1包括沿进气管2径向延伸的平板支撑部2.1.1和设在平板支撑部2.1.1外沿边的圆弧状的卡接部2.1.2。当发热内芯4扣接在进气管2上时，发热内芯4的对应端面平贴支撑在平板支撑部2.1.1的表面上，卡接部2.1.2配合扣在凸环4.10上，从而实现卡接。

使用时，排气口1.3与外部的排气管连接，进气液管3.2和出气液管3.1分别与外部管道连接，进气管2的外端与外部燃料管连接，通过进气管2往发热内芯4内送燃料，该燃料可以是燃气与空气进行混合的混合燃料，也可以是雾化的甲醇与空气的混合燃料，也可以是氢气，也可以是其它常规燃料。针对不同的气体燃料，在使用时是需要不同的选择的，就以上述的两种混合燃料为例：当使用的是燃气与空气进行混合的混合燃料时，助燃催化体中设置的是助燃剂，且还设置有常规手段的点火装置，点火装置在助燃催化体与热交换装置之间进行打火，以点燃气体。而当使用的是雾化的甲醇与空气的混合燃料时，助燃催化体中设置的是催化剂(甲醇催化剂)，在雾化的甲醇与空气的混合气体经过助燃催化体时，甲醇与催化剂接触发生化学反应并发热，此时不再需要点火装置。燃料的送入可以通过常规手段中的鼓风机送风及甲醇定量控制流量计送甲醇，也可以通过增氧机输送燃料。

从进气管2进入的燃料首先进入内壳体4.9的上部，然后从周边向下穿过气体流通间隙4.6进入缓冲空间4.7，进入缓冲空间4.7的燃料再从网孔穿过助燃催化体4.8，由于助燃催化体4.8具有一定的阻挡作用，在缓冲空间4.7中能对燃料进行一定的缓冲，使得燃料能更均匀的穿过助燃催化体4.8，穿过助燃催化体4.8的燃料通过燃烧或化学反应产生热量与热交换装置进行热交换，经热交换后的气体在气压作用下不断向热气出口4.12流动，并穿过热气出口4.12进入气体缓存腔1.4，当气体缓存腔1.4内的气体积累到一定量后自然从排气口1.3排出。可见，燃料不是直接进入燃烧后就直接排出的，而是如进入迷宫似的，经多次波折。

本实施例的密封头4.1的内面的中部为向进气管方向延伸的凸面4.3、周边为凹面4.2，凸面4.3、凹面4.2与内壳体4.9的内面圆滑衔接。当燃料从进气管2的里端喷出时，首先喷向凸面4.3，在凸面4.3作用下向周边均匀散开，再在凸面4.3的引导下向侧边流动，沿内壳体4.9的内面向下流动，使得燃料分布更均匀，且起到缓冲作用。

如图12所示，为了使得燃料分布更均匀，在凸面4.3、凹面4.2和内壳体4.9的内面上分别设有同一螺旋方向的螺旋槽4.14，部分气体将沿螺旋槽4.14的螺旋方向运动，形成一定的旋转气流，使得燃料更均匀分布。

如图5所示，本实施例的热交换装置3包括两螺旋管3.3，两螺旋管3.3的靠近进气液管和出气液管的一端分别与进气液管3.1和出气液管3.2连通，远离进气液管3.1和出气液管3.2的另一端相互连接在一起，从而形成一条气液流道，从而形成双螺旋结构，实现气体或液体可以在同一方向流入，并在同一方向流出，热交换装置的安装更简单。

本实施例的助燃催化体4.8包括圆管状的内网4.8.1和圆管状的外网4.8.3，在外网4.8.3和内网4.8.1之间填充有颗粒状的催化剂或助燃剂4.8.2。

对于助燃催化体4.8的结构还可以为将助燃催化体整体直接制成网状，此时，其使用的材质本身就是催化剂或助燃剂。

实施例二：

实施例二的迷宫式催化燃烧加热器与实施例一的迷宫式催化燃烧加热器的区别在热交换装置3上。

如图9所示，实施例二的热交换装置3包括若干条沿进气管2轴线方向延伸的竖管3.4，竖管3.4按圆周方向排列，竖管3.4之间交错连通形成一条气液流道，气液流道的两端分别与进气液管3.1和出气液管3.2连通。进入热交换装置3的气体或液体流将沿进气管2轴线方向进行往返运动。

实施例三：

实施例三的迷宫式催化燃烧加热器与实施例一的迷宫式催化燃烧加热器的区别也在热交换装置上。

如图10和图11所示，实施例三的热交换装置包括外圆管壁3.5和位于外圆管壁内的内圆管壁3.7，外圆管壁3.5与内圆管壁3.7之间设有气液流动空间，气液流动空间的两端通过圆环板3.6封闭，在气液流动空间内设有若干隔板，通过隔板分隔形成一条气液流道，气液流道的两端分别与进气液管3.1和出气液管3.2连通。

隔板的具体分隔结构为：隔板均为沿轴向方向设置，隔板的两侧边分别与外圆管壁3.5和内圆管壁3.7连接，隔板包括一块完成隔板3.10和若干块分隔板3.9，完成隔板3.10设置在进气液口3.13和出气液口3.12之间，完成隔板3.10的两端分别与圆环板3.6连接，分隔板3.9按圆周方向均匀分布，分隔板3.9的一端与对应的圆环板连接，另一端预留出缺口3.11，缺口3.11交错设置，从而形成一条气液流道。

当然，外圆管壁3.5、内圆管壁3.7和隔板均由导热材料制成，外圆管壁3.5和内圆管壁3.7上的热量可直接传递至隔板上，外圆管壁3.5、内圆管壁3.7和隔板均可以与热交换装置内的气体或液体进行热量交换，交换面积更广，从而使得加热速度更快。

本实施例在气液流道内设有若干块缓冲网3.8，缓冲网3.8的四边分别对应与外圆管壁、内圆管壁和隔板直接固定连接。缓冲网3.8使用导热材料制成，外圆管壁3.5、内圆管壁3.7和隔板上的热量会直接传递至缓冲网3.8，需加热的气体或液体在流经缓冲网3.8时，缓冲网3.8除了起到缓冲作用，减缓流速外，液体与缓冲网3.8之间也进行着热交换，这样对气体或液体的加热将更快。

实施例四：

如图13至图15所示为实施例四的迷宫式催化燃烧加热器，其与实施例一的区别在于热交换装置3和发热内芯4上。

如图14所示，本实施例的发热内芯4的内壳体4.9还是为圆管状，上端通过平板封闭，发热内芯4的助燃催化体4.8的上端面与内壳体4.9的封闭端口的端面4.15固定连接，助燃催化体4.8的下端面设有端部圆环板4.11，端部圆环板4.11的外环面与内壳体的内壁之间留有间隙，作为热气出口4.12，进气管2通过端部圆环板4.11的中孔穿入助燃催化体4.8内，进气管2的上端抵靠在内壳体4.9的封闭端口的端面4.15上，进气管2的外侧壁与助燃催化体4.8的内侧壁之间设有缓冲空间4.7，进气管2的位于助燃催化体4.8内的部位的侧壁上设有若干个出气孔2.2，端部圆环板4.11的内环面紧贴在进气管2的外侧壁上，圆管状的热交换装置3的内侧面与进气管2的外侧壁之间设有间距，热交换装置3通过其与进气液管和出气液管连接的一端与进气管2固定连接，连接的方式可以是焊接，圆管状的热交换装置3通过热气出口4.12穿入助燃催化体4.8与内壳体4.9之间。

使用时，从进气管2进入的燃料先从出气孔2.2进入缓冲空间4.7，再从网孔穿过助燃催化体4.8，穿过助燃催化体4.8的气体通过燃烧或化学反应产生热量与热交换装置3进行热交换，经热交换后的气体在气压作用下不断向热气出口4.12流动，并穿过热气出口4.12进入气体缓存腔1.4，当气体缓存腔1.4内的气体积累到一定量后自然从排气口排出。

为了实现智能化和提高安全性，本发明的迷宫式催化燃烧加热器还可使用常规手段，增加控制器、气压传感器、水压传感器、气流控制电磁阀、水流控制电磁阀、温度传感器。

本发明的迷宫式催化燃烧加热器可以使用在：直热热泵设备、冷热水地暖设备、家用水循环设备、高温热水、烘干设备、恒温养殖、泳池设备、冷热水两用机组设备、喷气增焓超低温采暖热泵设备、空调热水机组大小型工业家用等设备中。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。