專利名稱：一種逆流換熱式燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料的高效清潔利用，特別涉及利用燃料燃燒實現(xiàn)熱電直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
所謂熱電轉(zhuǎn)換裝置就是把由熱電材料構(gòu)成的熱電元件置于冷熱環(huán)境或氣流中，熱電元件在冷熱環(huán)境或氣流的溫差作用下可以輸出電勢。熱電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電效率在很大程度上取決于熱電元件冷、熱兩端的溫差。
基于燃燒的熱電轉(zhuǎn)換裝置可以直接實現(xiàn)熱能向電能的轉(zhuǎn)變，而不需要熱機(jī)，且燃燒效率高，燃燒溫度較低，避免普通熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)由于燃料的燃燒溫度很高，以及燃燒不完全等因素，造成煙氣中有大量的污染氣體排放，影響空氣質(zhì)量的不良后果。
在我們原有的《基于燃料燃燒直接實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的裝置》專利(發(fā)明專利號02291536.2；發(fā)明專利申請?zhí)?21568960)中，采用了一種特殊結(jié)構(gòu)的回旋型燃燒器。該燃燒器通過位于絕熱外殼內(nèi)、把預(yù)混可燃?xì)夂蜔煔飧糸_的墻體實現(xiàn)高溫?zé)煔夂皖A(yù)混可燃?xì)怏w之間的熱量傳遞，使預(yù)混可燃?xì)庠谌紵氨患訜?。這樣不僅可以提高火焰的穩(wěn)定性，還可以回收高溫?zé)煔獾臒崃俊５?，在該專利的發(fā)電裝置中，熱電元件也是布置在實現(xiàn)煙氣和預(yù)混可燃?xì)鉄崃拷粨Q的墻體內(nèi)，因而產(chǎn)生了如下的問題為了提高熱量的回收率，燃燒器內(nèi)的上述墻體需要使用了導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，但是使用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料就難以獲得熱電元件發(fā)電所需的大溫差，嚴(yán)重地影響了發(fā)電效率。因此，在該專利所述的發(fā)電裝置中，很難同時兼顧高效的熱量回收和高效的熱電轉(zhuǎn)換。如何提高燃料的利用率和熱電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電效率是發(fā)展基于燃料燃燒熱電轉(zhuǎn)換裝置的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上面提到的熱量回收和熱電元件發(fā)電效率難兩全的矛盾。本發(fā)明提供了一種逆流換熱式燃燒器，它可以與熱電元件配套使用，構(gòu)成一個整體式熱電轉(zhuǎn)換裝置。逆流換熱式燃燒器可有效地實現(xiàn)化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)變，并提供熱電元件發(fā)電所需的較大溫差，同時提高燃料的利用率和熱電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電效率。
一種逆流換熱式燃燒器，燃燒器設(shè)計成如圖1或圖2所示的回旋型。它由外殼絕熱墻體(3)和兩條把預(yù)混可燃?xì)夂蜔煔飧糸_的隔離墻體(5a)和(5b)組成。隔離墻體(5a、5b)把燃燒器分隔成預(yù)混可燃?xì)馔ǖ?4)和煙氣通道(6)，并在燃燒器的中心構(gòu)成燃燒區(qū)(8)。該燃燒器通過燃料燃燒(包括微尺度燃燒)實現(xiàn)化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)變。預(yù)混可燃?xì)夂蜔煔庠诟綦x墻體(5a、5b)兩側(cè)形成逆流形式。
為了同時解決熱量的有效回收和提高熱電元件發(fā)電效率所需的溫差問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案，即兩條隔離墻體(5a、5b)采用導(dǎo)熱系數(shù)不同的材料。這樣，在導(dǎo)熱系數(shù)較大的隔離墻體兩側(cè)，溫度較高的煙氣(9)可以把熱量傳給溫度較低的預(yù)混可燃?xì)?1)，實現(xiàn)熱量的有效回收。同時，由于預(yù)混可燃?xì)獾臏囟壬?，有利于燃燒區(qū)(8)火焰的穩(wěn)定。該隔離墻體的導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量回收的效率越高，燃燒區(qū)(8)的火焰越穩(wěn)定。在導(dǎo)熱系數(shù)較小的隔離墻體兩側(cè)可以形成較大的溫差，把熱電元件布置在導(dǎo)熱系數(shù)小的隔離墻體內(nèi)，在此大溫差作用下，熱電元件實現(xiàn)高效的熱電轉(zhuǎn)換，向外輸出電能；該隔離墻體的導(dǎo)熱系數(shù)越小，墻體兩側(cè)的溫差越大，發(fā)電效率越高。即通過選擇兩條不同材料的隔離墻體(5a、5b)，使其實現(xiàn)不同的功能。導(dǎo)熱系數(shù)較大的隔離墻體完成回收煙氣熱量的任務(wù)，而導(dǎo)熱系數(shù)較小的隔離墻體完成形成熱電元件發(fā)電所需的大溫差任務(wù)，提高熱電轉(zhuǎn)換效率。
隔離墻體可以是5a導(dǎo)熱系數(shù)較大，5b導(dǎo)熱系數(shù)較小，也可以是5a導(dǎo)熱系數(shù)較小，5b導(dǎo)熱系數(shù)較大。
此外，可以在燃燒區(qū)(8)附近位置的隔離墻體(5)上涂催化劑，利用表面催化燃燒進(jìn)一步增強(qiáng)火焰的穩(wěn)定性，同時降低燃燒溫度，實現(xiàn)污染物NOx的低排放。
該燃燒器和熱電元件構(gòu)成了一個整體式發(fā)電裝置，滿足不同的需要，應(yīng)用范圍非常廣，如既可用作大型設(shè)備的動力源、或分布式發(fā)電設(shè)備，其小型(微型)化后可用作移動設(shè)備、便攜設(shè)備的電源。


圖1為矩形逆流換熱式燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)是圖1(a)的A-A剖視圖；圖2為圓形或橢圓形逆流換熱式燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)是圖2(a)的B-B剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
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圖1為矩形逆流換熱式燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是預(yù)混可燃?xì)猓?是預(yù)混可燃?xì)馊肟冢?是外殼絕熱墻體，4是預(yù)混可燃?xì)馔ǖ溃?(包括5a和5b)是隔離墻體，6是煙氣通道，7是點火器，8是燃燒區(qū)，9是煙氣，10是煙氣排出口，11是點火器引線。
燃燒器由外殼絕熱墻體3和兩條隔離墻體5a和5b構(gòu)成。由燃料和氧化劑(通常是空氣)組成的預(yù)混可燃?xì)?由入口2進(jìn)入燃燒器，隨后經(jīng)過預(yù)混可燃?xì)馔ǖ?流向位于燃燒器中心的燃燒區(qū)8，著火燃燒，實現(xiàn)燃料化學(xué)能向熱能的轉(zhuǎn)變，并形成高溫?zé)煔?。高溫?zé)煔怆x開燃燒區(qū)8進(jìn)入煙氣通道6，與預(yù)混可燃?xì)獬赡媪鳡顟B(tài)。高溫?zé)煔庋亓鲃臃较虿粩嗤ㄟ^隔離墻體5與預(yù)混可燃?xì)?實現(xiàn)熱量交換，使預(yù)混可燃?xì)庠谥鹑紵皽囟壬?，同時煙氣溫度沿流動方向逐漸降低，隨后經(jīng)過出口10排出燃燒器。這樣，室溫的預(yù)混可燃?xì)獠粩鄰娜紵魅肟?進(jìn)入燃燒器，沿途不斷通過隔離墻體5吸收來自高溫?zé)煔獾臒崃?，直至到達(dá)燃燒區(qū)8著火燃燒，離開燃燒區(qū)8的高溫?zé)煔庋赝ǖ?通過隔離墻體5不斷把熱量傳遞給預(yù)混可燃?xì)?。經(jīng)過熱量交換后的煙氣9通過出口10排出燃燒器。在燃燒器的設(shè)計中，兩條隔離墻體采用了導(dǎo)熱系數(shù)不同的材料，每條隔離墻體完成的主要功能不同，導(dǎo)熱系數(shù)較大的一條隔離墻體主要完成熱量回收的任務(wù)，而導(dǎo)熱系數(shù)較小的另一條隔離墻體的主要任務(wù)是在其兩側(cè)產(chǎn)生熱電元件發(fā)電所需要的較大的溫差。這樣，同時兼顧了較高的熱量回收效率和提高熱電元件發(fā)電效率所需要的溫差，解決了以前采用由單一材料構(gòu)成的隔離墻體5時出現(xiàn)的問題。試驗證明，使用本發(fā)明所提出的燃燒器結(jié)構(gòu)達(dá)到了在回收熱量的同時、又獲得了熱電元件發(fā)電所需較大溫差的預(yù)期目的。
系統(tǒng)啟動時，預(yù)混可燃?xì)?由入口2進(jìn)入逆流換熱式燃燒器后，流向位于燃燒器中心的燃燒區(qū)8，然后由固定在燃燒器壁面的點火器7點燃，形成穩(wěn)定的火焰。點火器由點火引線11引出，與外部電源連接。
此外，還可以在燃燒區(qū)8周圍的燃燒器壁面上涂催化劑實現(xiàn)表面低溫催化燃燒。這樣，不僅可以進(jìn)一步擴(kuò)展預(yù)混可燃?xì)獾目扇紭O限，提高火焰的穩(wěn)定性，而且可以實現(xiàn)NOx的低排放。
如果使用氫氣作為燃料，同時在燃燒區(qū)的內(nèi)壁上涂有催化劑，則燃燒器可實現(xiàn)無點火裝置的自燃啟動。使用更加方便，而且煙氣中只有水，真正實現(xiàn)零排放。
本發(fā)明的燃燒器可以根據(jù)需要有不同的結(jié)構(gòu)形式。例如，除圖1所示的矩形結(jié)構(gòu)形式外，還可以做成圓形和橢圓形的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該燃燒器的微型化可用作取代化學(xué)電池的微小型熱電裝置的核心部件，通過微尺度燃燒技術(shù)和集成加工技術(shù)有利于促進(jìn)熱電裝置的微小型化，從而降低產(chǎn)品價格，有利于商業(yè)化，使用非常方便。
權(quán)利要求
1.一種逆流換熱式燃燒器，它由外殼絕熱墻體(3)，兩條隔離墻體(5a、5b)組成，隔離墻體(5a、5b)把燃燒器分隔成預(yù)混可燃?xì)馔ǖ?4)和煙氣通道(6)，并在燃燒器的中心構(gòu)成燃燒區(qū)(8)，其特征在于，兩條隔離墻體中一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)大，一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)?。辉谒鋈紵齾^(qū)(8)內(nèi)，安裝在所述外殼絕熱墻體(3)內(nèi)壁上，且在絕熱墻體(3)上引出點火線(11)的點火器(7)；與所述燃燒器配套使用的熱電元件布置于導(dǎo)熱系數(shù)小的一條隔離墻體內(nèi)。
2.一種逆流換熱式燃燒器，它由外殼絕熱墻體(3)，兩條隔離墻體(5a、5b)組成，隔離墻體(5a、5b)把燃燒器分隔成預(yù)混可燃?xì)馔ǖ?4)和煙氣通道(6)，并在燃燒器的中心構(gòu)成燃燒區(qū)(8)，其特征在于，兩條隔離墻體中一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)大，一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)??；在所述燃燒區(qū)(8)附近的兩條隔離墻體上涂覆有可使預(yù)混可燃?xì)庾渣c火的助燃催化劑；與所述燃燒器配套使用的熱電元件布置于導(dǎo)熱系數(shù)小的一條隔離墻體內(nèi)。
3.一種逆流換熱式燃燒器，它由外殼絕熱墻體(3)，兩條隔離墻體(5a、5b)組成，隔離墻體(5a、5b)把燃燒器分隔成預(yù)混可燃?xì)馔ǖ?4)和煙氣通道(6)，并在燃燒器的中心構(gòu)成燃燒區(qū)(8)，其特征在于，兩條隔離墻體中一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)大，一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)小；在所述燃燒區(qū)(8)內(nèi)，安裝在所述外殼絕熱墻體(3)內(nèi)壁上，且在絕熱墻體(3)上引出點火線(11)的點火器(7)；在所述燃燒區(qū)(8)附近的兩條隔離墻體上涂覆有助燃催化劑；與所述燃燒器配套使用的熱電元件布置于導(dǎo)熱系數(shù)小的一條隔離墻體內(nèi)。
全文摘要
一種逆流換熱式燃燒器，由外殼絕熱墻體(3)和兩條把預(yù)混可燃?xì)夂蜔煔飧糸_的隔離墻體(5a、5b)組成，其一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)大，一條隔離墻體導(dǎo)熱系數(shù)小，并在燃燒器的中心構(gòu)成燃燒區(qū)(8)。導(dǎo)熱系數(shù)較大的隔離墻體完成回收煙氣熱量的任務(wù)，而導(dǎo)熱系數(shù)較小的隔離墻體完成形成熱電元件發(fā)電所需的大溫差任務(wù)。燃燒器可以通過點火器點火、助燃催化劑使預(yù)混可燃?xì)庾渣c火或混合點火；通過燃料燃燒實現(xiàn)化學(xué)能高效地向熱能的轉(zhuǎn)變，和布置于導(dǎo)熱系數(shù)小的隔離墻體內(nèi)的熱電元件構(gòu)成了一個整體式發(fā)電裝置，滿足不同的需要，應(yīng)用范圍非常廣，如既可用作大型設(shè)備的動力源、或分布式發(fā)電設(shè)備，其小型(微型)化后可用作移動設(shè)備、便攜設(shè)備的電源等。
文檔編號F23D14/00GK1644985SQ200510011108
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者鐘北京, 王國鋒, 伍亨 申請人:清華大學(xué)