专利名称：多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于利用矿井乏风在多孔介质内催化燃烧释放热量进行高效温差热电转换的 技术领域。
背景技术：
目前，世界范围内煤矿每年抽放的瓦斯，折合成纯甲垸气体体积为29 41X1091！13,其中 70%采用通风方法排出矿井，被称为矿井乏风。由于矿井乏风中甲烷含量一般低于1%，难以 被常规的燃烧技术所利用，大部分被直接排放到大气当中。我国是煤炭大国，根据统计，每 年排空的矿井乏风折合成纯甲烷有10 15X109m3，与西气东输的12X10^s天然气量相当， 造成具大的能源浪费。此外，每年排空矿井乏风占我国工业甲烷总排放量多于20%，占总温 室气体排放量的5%，如此巨大的排放量对环境产生巨大危害。因此，治理和利用矿井乏风， 开发研制相应的设备产品，是煤矿工业的重要课题。
目前，瑞典MEGTEC公司开发研制出的逆流氧化反应系统，正趋于商业化，但其反应系统
在回收利用矿井乏风燃烧释放出热量时，特别是将其转化为高品质电能时，采用了传统的蒸 汽循环和发电系统，使得整个逆流氧化反应发电系统结构复杂、体积庞大，核心设备昂贵， 应用项目投资大收益小，所以，至今没有得到大范围的推广应用。 发明内容
本实用新型的目的就是克服上述不足，提供一种回收利用矿井乏风，设备简单，结构紧 凑，成本低，实现高效温差热电转换的系统一多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置。
本实用新型的技术解决方案是多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，山矿井l，
管路2、引风机3、气体净化储存装置4、鼓风机5、矿井乏风进气管道6、空气进气管道7、 混合气体进气管道8、往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9、控制系统10、排气管道11、 温差发电器电极导线12、直流-直流转换器13、直流电流输出导线14、用电设备15和热水 用户16组成，矿井l出口与引风机3进口相连，引风机3出口与气体净化储存装置4相连， 气体净化储存装置4与鼓风机5进口相连，鼓风机5出口与矿井乏风进气管道6相连，矿井 乏风进气管道6与空气进气管道7汇合后与混合气体进气管道8相连，混合气体进气管道8 与往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9相连，往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装 置9与排气管道11相连，排气管道ll与大气环境相连，温差发电器电极导线12与直流-直 流转换器13相连，直流电流输出导线14与用电设备15相连。
所述的往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9由混合气体进气管道8、正向气流通路17、反向气流通路18、换热器19、换热器壳程20、换热器管 呈21、温差发电燃烧器22、 排气管道11、电磁阀a23、电磁阀b24、电磁阀c25、电磁阀d26、控制系统10和温差发电 器电极导线12组成，混合气体进气哲'道8同iH向气流通路17、反向气流通路18连接，正向 气流通路17、反向气流通路18与温差发电燃烧器22左右对称分别与两个换热器壳程20连 接，两个换热器壳程20与温差发电燃烧器22连接，进气管路和换热器壳程20之间正向气流 通路上布置电磁阀a23，进气管路和换热器壳程2()之间反向气流通路上布置电磁阀b24，换 热器壳程20和排气管道之间反向气流通路h布置电磁阀c25，换热器壳程20和排气管道之 间正向气流通路上布置屯磁胸d26,控制系统〗0与电磁阀a23、电磁阀h24、电磁阀c25、电 磁阀d26的导线连接，」K向气流通路17、反向气流通路18与排气管道11连接，换热器管程 21与热水用户16相连。
所述的温差发电燃烧器22由燃烧室28、绝缘耐火材料29和温差发电燃烧器外壳27组 成，燃烧室28之外包围有绝缘耐火材料29，绝缘耐火材料29外部是温差发电燃烧器外壳27。
所述的燃烧室28由小于淬熄直径多孔介质30、温差发电单元31、温差发电单元冷端33、 温差发电单元热端32、导流薄片47、多孔陶瓷块34、载有催化剂多孔陶瓷块35和电加热点 火器36组成，两块小于淬熄直径多孔介质30对称布置在燃烧室28进出IJ端，载有氧化催化 剂多孔陶瓷块35对称布置在燃烧室28轴向中间位置，温差发电单元31嵌入在多孔陶瓷块34 内，两块多孔陶瓷块34对称布置在小于淬熄直径多孔介质30和载有氧化催化剂多孔陶瓷块35 之间。嵌入在多孔陶瓷块34内温差发电单元31的温差发电单元冷端33与小于淬熄直径多孔 介质31端面接触，温差发电单元热端32与载有氧化催化剂多孔陶瓷块35端面接触，电加热 点火器36导线与控制系统10相连。
所述的温差发电单元31由导流薄片47串联起来，导流薄片47与温差发电器电极导线12 连接，然后温差发电器电极导线12与直流-直流转换器13相连。
所述的温差发电单元31有A、 B两种结构形式，A型结构形式由P型热电偶臂37、 N型 热电偶臂38和导电体39构成，导电体39把P型热电偶臂37和N型热电偶臂38熔结在一起， B型结构形式由Pl段偶臂40、 P2段偶臂41、 P3段偶臂42、 Nl段偶臂43、 N2段偶臂44和N3 段偶臂45构成，它们的连接顺序依次是Pl段偶臂40、 P2段偶臂41、 P3段偶臂42和导电 体39连接，Nl段偶臂43、 N2段偶臂连接44、 N3段偶臂45和导电体39连接。
本实用新型所达到的有益效果是矿井乏风、城市垃圾填埋产生的气体、自然界和人类 生活中生物质热解和阴燃(如燃池取暖)过程中产生的可燃气体等含甲烷浓度极低的气体可 在其中自维持催化燃烧，既可以防止它们对环境的污染，又对这些气体加以利用。混合气体 在多孔介质内实现周期往复流动催化燃烧，燃烧过程屮，气体在燃烧室内周期往复地吸热和
5放热，形成沿燃烧室内轴向中间温度高、两边温度接近室温的梯形温度场。在燃烧室中嵌入 温差发电单元冷端和温差发电单元热端，使其产生大温差，不需要复杂的蒸汽循环和发电系 统,就可以进行高效热电转换发电，温差热电转换效率明显高于常规温差发电器，对于低成本 温差材料制成的温差发电中元，热电转换效率可达到7-10%。如果温差发电单元采用B结构 形式，每段偶臂热电转换最优值都与相应温度匹配，整个装置温差热电转换效率会更高。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一歩说明。
图1是本实用新型多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置结构示意图； 图2是本实用新型往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置结构示意图； 图3是本实用新型嵌入温差发电单元的多孔陶瓷块结构示意图； 图4是本实用新型温差发电单元A、 B型结构示意图。
图中，1.矿井，2.引风机，3.管路，4.气体净化储存装置，5.鼓风机，6 .矿井乏 气进气管道，7.空气进气管道，8.混合气体进气管道，9.往复流动多孔介质催化燃烧温差 发电装置，10.控制系统，11.排气管道，12.温差发电器的电极导线，13.直流-直流转换 器，14.直流-直流转换器输出导线，15.用电设备，16.热水用户，17.正向气流通路，18. 反向气流通路，19.换热器，20.换热器壳程，21.换热器管程，22.温差发电燃烧器，23. 电磁阀a， 24.电磁阀b， 25.电磁阀c， 26.电磁阀d， 27.温差发电燃烧器外壳，28.燃 烧室，29.绝缘耐火材料，30.小于淬熄直径的多孔介质，31.温差发电单元，32.温差发 电单元热端，33.温差发电单元冷端，34.多孔陶瓷块，35.载有氧化催化剂多孔陶瓷块， 36.电加热点火器，37. P型热电偶臂，38. N型热电偶臂，39.导电体，40. Pl段偶臂，41. P2 段偶臂，42. P3段偶臂，43. Nl段偶臂，44. N2段偶臂，45. N3段偶臂，46.燃烧室轴向 梯形温度分布曲线，47.导流薄片。
具体实施方式
如图l、图2、图3、图4所示，本实用新型多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置， 由矿井l，管路2、引风机3、气体净化储存装置4、鼓风机5、矿井乏风进气管道6、空气进 气管道7、混合气体进气管道8、往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9、控制系统IO、 排气管道ll、温差发电器电极导线12、直流-直流转换器13、直流电流输出导线14、用电设 备15和热水用户16组成，矿井1出口与引风机3进口相连，引风机3出口与气体净化储存 装置4相连，气体净化储存装置4与鼓风机5进口相连，鼓风机5出口与矿井乏风进气管道6 相连，矿井乏风进气管道6与空气进气管道7汇合后与混合气体进气管道8相连，混合气体 进气管道8与往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9相连，往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9与排气管道11相连，排气管道11与大气环境相连，温差发电器电极导线12 与直流-直流转换器13相连，直流电流输出导线14与用电设备15相连。
所述的往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置9由混合气体进气管道8、正向气流通 路17、反向气流通路18、换热器19、换热器壳程20、换热器管程21、温差发电燃烧器22、 排气管道ll、电磁阀a23、电磁阀b24、电磁阀c25、电磁阀d26、控制系统10和温差发电 器电极导线12组成，混合气体进气管道8同正向气流通路17、反向气流通路18连接，正向 气流通路17、反向气流通路18与温差发电燃烧器22左右对称分别与两个换热器壳程20连 接，两个换热器壳程20与温差发电燃烧器22连接，进气管路和换热器克程20之间正向气流 通路上布置电磁阀a23，进气管路和换热器壳程20之间反向气流通路上布置电磁阀b24，换 热器壳程20和排气管道之间反向气流通路上布置电磁阀c25，换热器壳程20和排气管道之 间正向气流通路上布置电磁阀d26，控制系统K)与电磁阀a23、屯磁阀b24、电磁阀c25、电 磁阀d26的导线连接，正向气流通路17、反向气流通路18与排气管道11连接，换热器管程 21与热水用户16相连。
所述的温差发电燃烧器22由燃烧室28、绝缘耐火材料29和温差发电燃烧器外壳27组 成，燃烧室28之外包围有绝缘耐火材料29，绝缘耐火材料29外部是温差发电燃烧器外壳27。
所述的燃烧室28由小于淬熄直径多孔介质30、温差发电单元31、温差发电单元冷端33、 温差发电单元热端32、导流薄片47、多孔陶瓷块34、载有催化剂多孔陶瓷块35和电加热点 火器36组成，其特征在于，两块小于淬熄直径多孔介质30对称布置在燃烧室28进出口端， 载有氧化催化剂多孔陶瓷块35对称布置在燃烧室28轴向中l、曰]位赏，温差发电单兀31嵌入在 多孔陶瓷块34内，两块多孔陶瓷块34对称布.置在小于淬熄直径多孔介质30和载有氧化催化 剂多孔陶瓷块35之间。嵌入在多孔陶瓷块34内温差发电单元31的温差发电单元冷端33与 小于淬熄直径多孔介质31端面接触，温差发电单元热端32与载有氧化催化剂多孔陶瓷块35 端面接触，电加热点火器36导线与控制系统10相连。
所述的温差发电单元31由导流薄片47串联起来，导流薄片47与温差发电器电极导线12 连接，然后温差发电器电极导线12 4直流-直流转换器13相连。
所述的温差发电单元31有A、 B两种结构形式，A型结构形式由P型热电偶臂37、 N型 热电偶臂38和导电体39构成，导电体39把P型热电偶臂37和N型热电偶臂38熔结在一起， B型结构形式由Pl段偶臂40、 P2段偶臂41、 段偶臂42、 Ni段偶臂43、 N2段偶臂44和N3 段偶臂45构成，它们的连接顺序依次是Pl段偶臂40、 P2段偶臂41、 P3段偶臂42和导电 体39连接，Nl段偶臂43、 N2段偶臂连接44、 N3段偶臂45和导电体39连接。
本实用新型的使用方法矿井乏风由引风机3从矿井1引入到气体净化储存装置4，然后由鼓风机5引出，与引入的空气混合成给定范围内当量比的预混合气体，然后通入往复流 动多孔介质催化燃烧温差发电装置9中，电加热点火器36通电预热点火，电磁阀a23和电磁 阀d26同步、电磁阀b24和电磁阀c25同歩，控制系统10控制两对同歩电磁阀开关，从而控 制气流周期换向，气体在温差发电燃烧电器22的燃烧室28内周期往复流动、吸热和放热， 通过载有氧化催化剂多孔陶瓷块35载体内的催化剂降低燃烧活化温度，从而在燃烧室28内 实现含甲垸浓度极低气体自维持催化燃烧。由于燃烧过程中，燃烧室28内会形成轴向中间温 度高、两边温度接近室温的燃烧室轴向梯形温度分布曲线46，使得嵌入在多孔陶瓷块34内 的温差发电单元31的温差发电单元冷端33和温差发电单元热端32之间产生大温差，所以可 以进行高效热电转换，发电经直流-直流转换器13电压与电流转换后，供给用电设备15使用， 燃烧产生的烟气流经换热器壳程20，与换热器管程21内循环水交换热量，换热器管程21中 被加热的热水供热水用户16使用。整个装置燃烧排放烟气通过换热器19循环水冷却，排放 烟气温度降为接近室温。如果温差发电单元31采用B型结构形式，每段偶臂热电转换最优值 都与相应温度匹配，整个装置温差热电转换效率会更卨。
权利要求1.多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置由矿井(1)、管路(2)、引风机(3)、气体净化储存装置(4)、鼓风机(5)、矿井乏风进气管道(6)、空气进气管道(7)、混合气体进气管道(8)、往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置(9)、控制系统(10)、排气管道(11)、温差发电器电极导线(12)、直流-直流转换器(13)、直流电流输出导线(14)、用电设备(15)和热水用户(16)组成，其特征在于，矿井(1)出口与引风机(3)进口相连，引风机(3)出口与气体净化储存装置(4)相连，气体净化储存装置(4)与鼓风机(5)进口相连，鼓风机(5)出口与矿井乏风进气管道(6)相连，矿井乏风进气管道(6)与空气进气管道(7)汇合后与混合气体进气管道(8)相连，混合气体进气管道(8)与往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置(9)相连，往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置(9)与排气管道(11)相连，排气管道(11)与大气环境相连，温差发电器电极导线(12)与直流-直流转换器(13)相连，直流电流输出导线(14)与用电设备(15)相连。
2. 根据权利要求l所述的多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，其特征在于，所述的往复流动多孔介质催化燃烧温差发电装置(9)由混合气体迸气管道(8)、正向气流通路(17 )、反向气流通路(18)、换热器(19)、换热器壳程(20)、(换热器管程(2i)、温差发电燃烧器(22)、排气管道(11)、电磁阀a (23)、电磁阀b (24)、电磁阀c (25)、电磁阀d(26);控制系统(10)和温差发电器电极导线(12)组成，混合气体进气管道(8)同正向气流通路(17)、反向气流通路(18)连接，正向气流通路(17)、反向气流通路(18)与温差发电燃烧器(22)左右对称分别与两个换热器壳程(20)连接，两个换热器壳程(20)与温差发电燃烧器(22)连接，进气管路和挺热器壳程(20)之间正向气流通路上布置电磁阀a (23)，进气管路和换热器壳程(20)之间反向气流通路上布置电磁阀b (24)，换热器壳程(20)和排气管道之间反向气流通路上布置电磁阀c (25)，换热器壳程(20)和排气管道之间正向气流通路上布置电磁阀d (26)，控制系统(10)与电磁阀a (23)、电磁阀b (24)、电磁阀c (25)、电磁阀d (26)的导线连接，正向气流通路(17)、反向气流通玲(18)与排气管道(11)连接，换热器管程(21)与热水用户(16)相连。
3. 根据权利要求2所述的多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电燃烧器(22)由燃烧室(28)、绝缘耐火材料(29)和温差发电燃烧器外壳(27)组成，燃烧室(28)之外包围有绝缘耐火材料(29)，绝缘耐火材料(29)外部是温差发电燃烧器外壳(27)。
4. 根据权利要求3所述的多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，其特征在于，所述的燃烧室.(28)由小于淬熄直径多孔介质(30)、温差发电单元(31)、温差发电单元冷端(33)、温差发电单元热端(32)、导流薄片(47)、多孔陶瓷块(34)、载有催化剂多孔陶瓷块(35)和电加热点火器(36)组成，两块小于淬熄直径多孔介质(30)对称布置在燃烧室(28)进出口端，载有氧化催化剂多孔陶瓷块35对称布置在燃烧室(28)轴向中间位置，温差发电单元(31)嵌入在多孔陶瓷块(34)内，两块多孔陶瓷块(34)对称布置在小于淬熄直径多孔介质(30)和载有氧化催化剂多孔陶瓷块(35)之间，嵌入在多孔陶瓷块(34)内温差发电单元(31)的温差发电单元冷端(33)与小于淬熄直径多孔介质(31)端面接触，温差发电单元热端(32)与载有氧化催化剂多孔陶瓷块(35)端面接触，电加热点火器(36)导线与控制系统(10)相连。
5. 根据权利要求4所述的多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电单元(31)由导流薄片(47)串联起来，导流薄片(47)与温差发电器电极导线'(12)连接，然后温差发电器电极导线(12)与直流-直流转换器(13)相连。
6. 根据权利要求4所述的多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电单元(31)有A、 B两种结构形式，A型结构形式由P型热电偶臂(37)、 N型热电偶臂(38)和导电体(39)构成，导电体(39)把P型热电偶臂(37)和N型热电偶臂(38)熔结在一起，B型结构形式由P1段偶臂(40)、 P2段偶臂(41)、 P3段偶臂(42)、 Nl段偶臂(43)、 N2段偶臂(44)和N3段偶臂(45)构成，它们的连接顺序依次是Pl段偶臂(40)、P2段偶臂(41)、 P3段偶臂(42)和导电体(39)连接，Nl段偶臂(43)、 N2段偶臂连接(44)、N3段偶臂(45)和导电体(39)连接。
专利摘要本实用新型多孔介质内往复流动催化燃烧温差发电装置，属于利用矿井乏风在多孔介质内催化燃烧释放热量进行高效温差热电转换的技术领域。含甲烷浓度极低的气体可在本实用新型的系统中实现周期往复流动催化自维持燃烧，燃烧过程中，气体在燃烧室内周期往复地吸热和放热，形成沿燃烧室内轴向中间温度高、两边温度接近室温的梯形温度场。在燃烧室中嵌入温差发电单元冷端和温差发电单元热端，使其产生大温差，不需要复杂的蒸汽循环和发电系统，就可以进行高效热电转换发电，温差热电转换效率明显高于常规温差发电器。本实用新型设备简单，结构紧凑，成本低，效率高，为治理和利用矿井乏风高效提供了一个有效的方法和设备选择。
文档编号H02N11/00GK201393188SQ200920011210
公开日2010年1月27日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者阳 刘, 解茂昭, 邓洋波 申请人:大连海事大学