專利名稱：一種利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于 一 種燃燒裝置，特別是關(guān)于 一 種利用觸媒燃燒 產(chǎn)生能量的節(jié)能燃燒裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)革命以來，人類的生活形態(tài)發(fā)生的大幅的轉(zhuǎn)變，也改變了原 先能源的使用方式，能源的大量開采，不但造成能源極遽損耗，也帶來了許多環(huán)境上潛在的危機(jī)，如溫室效應(yīng)、酸雨等問題，進(jìn)入二十 一世紀(jì)，雖然石化燃料仍屬能源使用的主流，但能源的利用已進(jìn)入了 不同的形式階段，為了改善環(huán)境問題，而積極發(fā)展替代性能源。觸媒燃燒在環(huán)保功能上已受到高度肯定，在燃燒過程中，觸媒為 一種反應(yīng)媒介，可加速反應(yīng)的進(jìn)行，并降低燃燒所需要的能量，且在 觸媒燃燒進(jìn)行時(shí)，所需使用的燃料與空氣混合比例較傳統(tǒng)燃燒機(jī)制低 (即一般所稱的貧油即可進(jìn)行燃燒)，可相對減少燃料用量。目前普遍使用于汽、機(jī)車引擎的觸媒轉(zhuǎn)化器，即是將燃油燃燒所 產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行二次燃燒，以減少廢氣排放時(shí)對空氣的污染;而白金 懷爐則是最早的觸媒發(fā)熱體，利用去漬油的揮發(fā)氣與觸媒反應(yīng)產(chǎn)生熱 能，然而去漬油的揮發(fā)并無法充分進(jìn)行控制，且懷爐結(jié)構(gòu)體無法使懷 爐發(fā)熱均勻，而具有不易控制及使用時(shí)數(shù)短的缺失。觸媒燃燒的反應(yīng)速率與觸媒內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)物擴(kuò)散速率有 關(guān)，觸媒燃燒時(shí)，空氣與燃料會先吸附于觸媒表面，觸媒的氧化反應(yīng) 引發(fā)后，反應(yīng)中所產(chǎn)生的熱能可大幅提高觸媒的溫度，使反應(yīng)速率與 溫度成一指數(shù)關(guān)系增加，并進(jìn)入平穩(wěn)質(zhì)傳控制(mass transfer control)狀 態(tài)，觸媒經(jīng)由氧化反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳、水、自由基及燃燒中間產(chǎn)物， 其中自由基及燃燒中間產(chǎn)物具有高度活性，可在燃燒過程中達(dá)到均質(zhì) 燃燒反應(yīng)(homogeneous phase combustion),而產(chǎn)生完全燃燒作用，減少污染廢棄的排放，且觸媒燃燒溫度低于傳統(tǒng)燃燒時(shí)所需的溫度，減少 了燃料的使用量，因而具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。目前在觸媒燃燒的實(shí)際應(yīng)用達(dá)成上仍具有幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)待克服，包括(1 )燃料與空氣預(yù)混的控制、(2)觸媒燃燒反應(yīng)的激活與控 制及(3)發(fā)熱面積與加熱物之間的熱傳導(dǎo)，本發(fā)明的發(fā)明人有鑒于上 述各項(xiàng)關(guān)鍵技數(shù)至今仍無法充分整合，使觸媒燃燒應(yīng)用技術(shù)得以發(fā)揮 極致效用，乃經(jīng)多年研發(fā)亟思一種應(yīng)用廣泛且易于操作的節(jié)能燃燒裝 置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的為提供一種利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置，該裝置 可降低能源使用量的燃燒系統(tǒng)，以減少因燃燒所造成環(huán)境污染、資源 耗損等缺失，該裝置同時(shí)具有加熱穩(wěn)定的特性，并可有效應(yīng)用于各式 小型加熱爐具。本發(fā)明的利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置，利用燃料及空氣混合物燃燒 引發(fā)一觸J^某層進(jìn)行無焰燃燒產(chǎn)生熱能，包括一燃料進(jìn)口，其一端可供灌注燃料，另一端與一燃料管連接；一調(diào)壓閥旋^組，可控制一調(diào)壓閥的開關(guān)；及一點(diǎn)火器。其中，該裝置更包括有一混合室，供流入該裝置的燃料與空氣均勻混合，該混合室可為至少一文氏管。其中，該裝置更包括有一燃燒室，該燃燒室更具有至少一擋板。其中，該點(diǎn)火器可為一壓電式點(diǎn)火器。其中，該裝置可以是卡式爐、單口爐或咖啡爐。其中，該燃料可以是一桶裝瓦斯、 一罐裝瓦斯或一填充燃料。其中，該燃料可以是丙烷、丁烷、氬氣或去漬油。其中，該燃料管的前端具有一喉嘴，可裝設(shè)于該混合室開口上方。其中，該裝置的該觸媒層可以由鉑(Pt)金屬、鈀(Pd)金屬、鍶(Sr)金屬、鑭(La)金屬或前述金屬的混合物所組成。其中，該裝置的該觸媒層可以鍍附于該擔(dān)體上。 其中，該裝置的該觸媒層可以是一單一觸媒層。其中，本發(fā)明的節(jié)能燃燒裝置其操:作方式先轉(zhuǎn)動該調(diào)壓閥旋鈕，使燃料由該燃料進(jìn)口流通往該喉嘴，該喉嘴切面可設(shè)定為0.12-0.20毫 米(mm),使燃料的噴射速度增加而產(chǎn)生一壓力差，該壓力差可將空氣 導(dǎo)入該混合室，產(chǎn)生一燃料與空氣的混合物，該燃料與空氣的混合物 噴射入該燃燒室，并因在燃燒室與混合室間設(shè)立的擋板作用而減低噴 射速度并產(chǎn)生紊流，提升該燃料與空氣的混合程度，該調(diào)壓閥旋鈕的 轉(zhuǎn)動可激活該點(diǎn)火器點(diǎn)火產(chǎn)生火焰，火焰燃燒達(dá)觸媒反應(yīng)溫度后，便 可激活觸媒作用，火焰則因該燃燒室與該燃料與空氣的混合物的作用 熄滅，觸媒則繼續(xù)進(jìn)行升溫反應(yīng)，燃燒方式轉(zhuǎn)化為無焰燃燒以提供能 源。本發(fā)明的再一目的為提供一種利用觸媒燃燒的節(jié)能方法，該方法 結(jié)合貧油預(yù)混及觸媒然燒的特性，可降低燃料的使用率，藉由一觸媒 作用提升燃燒裝置的效率及達(dá)到節(jié)能的效果，該方法包括下列步驟步驟A.燃料及空氣混合；步驟B.激活點(diǎn)火；步驟C.火焰加熱至觸媒反應(yīng)溫度；步驟D.觸媒加熱至設(shè)定溫度。藉由本發(fā)明可大幅減少能源的使用量，提升加熱的效率，同時(shí)克 服前述習(xí)知關(guān)鍵技術(shù)的障礙，成功完成了各種實(shí)際應(yīng)用的裝置，為使 熟悉該項(xiàng)技藝人士了解本創(chuàng)作的目的、特征及功效，茲藉由下述具體 實(shí)施例，并配合所附的圖式，對本創(chuàng)作詳加說明，說明如后。


圖1為習(xí)知之瓦斯燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能方法之實(shí)施流程圖；圖3為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第一較佳實(shí)施例立體圖；圖4為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第 一較佳實(shí)施例分解圖；圖5為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第一較佳實(shí)施例平面圖； 圖6為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第二較佳實(shí)施例立體圖； 固7為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第二較佳實(shí)施例溫度變 化圖；及圖8為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第三較佳實(shí)施例立體圖。圖號說明
A燃料及空氣混合 B點(diǎn)火器激活點(diǎn)火 C火焰加熱至觸媒反應(yīng)溫度 D觸^ 某加熱至設(shè)定溫度 Tl觸々某表面上方IO公分溫度 T2觸纟某表面溫度 T3環(huán)境溫度 T4燃燒室內(nèi)部溫度 T5燃料罐溫度 T6燃料罐溫度 1單口爐 11燃料進(jìn)口 111燃料管 1111喉嘴 12調(diào)壓閥旋鈕 121調(diào)壓閥 13混合室(文氏管) 14燃燒室 141擋板 15擔(dān)體 16觸媒層 17點(diǎn)火器 3咖叫M戶31燃料筒 32針閥 5卡式爐 8瓦斯燃燒器 81燃料供應(yīng)口 811嘴針 82文氏管821氣體入口調(diào)節(jié)閥 83火焰駐焰器具體實(shí)施方式
以下將參照相關(guān)圖標(biāo)，說明依本發(fā)明的較佳實(shí)施例，說明中提及 的符號參照圖標(biāo)符號，為便于理解，相同的組件將以相同的參照符號 力口以^兌明。圖1為習(xí)知的瓦斯燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖，目前的瓦斯燃燒器8包括 一燃料供應(yīng)口 81、 一文氏管82及一火焰駐焰器83,燃料由一天然氣 供應(yīng)口或液化石油氣調(diào)壓閥輸出，進(jìn)入該燃料供應(yīng)口 81，經(jīng)由爐具的 火力控制開關(guān)調(diào)節(jié)，使燃料可由該燃料供應(yīng)口前端的一嘴針811噴射 至該文氏管82,白努利作用則使外界空氣經(jīng)由該文氏管82尾端的氣體 入口調(diào)節(jié)閥821進(jìn)入該文氏管82,燃料及空氣會在該文氏管82中充分 混合，并經(jīng)由該駐焰器83進(jìn)行燃燒產(chǎn)生能量，惟目前所使用的燃燒加 熱設(shè)備(瓦斯?fàn)t、熱水器等)易發(fā)生燃燒不完全、火焰晃動不穩(wěn)定的 狀況，除了使用時(shí)的安全性堪慮，也容易造成燃料使用時(shí)的浪費(fèi)。圖2為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能方法的實(shí)施流程圖，本發(fā)明的 方法利用燃料及空氣混合物燃燒引發(fā)一觸媒層進(jìn)行無焰燃燒產(chǎn)生熱 能，該方法利用火焰使該觸媒層達(dá)到反應(yīng)溫度后，該觸媒層會激活加 溫至設(shè)定溫度，包括下列步驟步驟A.燃料及空氣混合；步驟B.激活 點(diǎn)火；步驟C.火焰加熱至觸媒反應(yīng)溫度；步驟D.觸媒加熱至設(shè)定溫度。請同時(shí)配合參考圖3至圖5,分別為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置的第一較佳實(shí)施例立體圖、分解圖及平面圖，本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例為 一單口爐1 ，該單口爐1包括一燃料進(jìn)口 11 、 一調(diào)壓閥旋鈕12、 一混合室13、 一燃燒室14、 一擔(dān)體15、至少一觸媒層16及一點(diǎn)火器 17，其中該燃料進(jìn)口 11 一端可供灌注燃料，另 一端則連接一燃料管111， 該燃料管111前端更具有一喉嘴1111，該調(diào)壓閥旋鈕12可控制一調(diào)壓 閥121的開關(guān)，當(dāng)該調(diào)壓閥121開啟時(shí)，可因壓力改變引發(fā)燃料流入 該燃料管111,并由該喉嘴1111處高速噴射出，同時(shí)空氣也因壓力改 變進(jìn)入該混合室13，空氣與燃料在該混合室13中均勻混合，該混合室 13可包括二文氏管，該喉嘴1111則裝設(shè)于該文氏管頂端，該文氏管兩 端口徑差異所造成管壁的斜度，可使大量空氣流入該混合室13參與反 應(yīng)，且該混合室13與該燃燒室14之間增設(shè)一擋板141，以減低空氣與 燃料混合物的流速，并造成紊流以增加混合程度，混合后的空氣與燃 料則噴射至該燃燒室14，該點(diǎn)火器17可為一壓電式點(diǎn)火器，當(dāng)該調(diào)壓 閥旋鈕12轉(zhuǎn)動時(shí)，并可激活該點(diǎn)火器17點(diǎn)火，產(chǎn)生燃燒火焰，當(dāng)火 焰溫度上升至觸J 某激活溫度時(shí)，將啟動該觸媒層16開始作用，該觸媒 層16鍍附于該該擔(dān)體15上，火焰則因空氣與燃料混合物流速及該燃 燒室14的雙重作用下而熄滅，該觸媒層16則會繼續(xù)加溫作用，以產(chǎn) 生熱能。圖6為本發(fā)明利用觸纟某燃燒的節(jié)能裝置的第二較佳實(shí)施例立體圖， 本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例為一咖啡爐3,該咖啡爐3將燃料添加于底部 的燃料筒中31作為燃料來源，燃料導(dǎo)引利用設(shè)置于該咖啡爐6—側(cè)的 針閥32激活。圖7為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第二較佳實(shí)施例溫度變 化圖，說明咖啡爐在進(jìn)行加熱過程中，各部位的溫度變化情形，其中 該咖啡爐在空氣與燃料混合物流速為每分鐘360c.c. (360 c.c./min)，橫軸為時(shí)間，計(jì)時(shí)單位為秒數(shù)，縱軸則為溫度rc)，該折線分別代表溫度偵測時(shí)的不同區(qū)域，其中Tl觸媒表面上方IO公分溫度，T2觸 媒表面溫度，T3環(huán)境溫度，T4燃燒室內(nèi)部溫度，T5燃料罐溫度，T6 燃料罐溫度，由圖中可看出，觸媒可快速的被激活作用，并穩(wěn)定維持一力口熱溫度。圖8為本發(fā)明利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置之第三較佳實(shí)施例立體圖， 該節(jié)能燃燒裝置之第三較佳實(shí)施例系為一卡式爐7，該卡式爐7之結(jié)構(gòu) 與單口爐1 (請參考圖4)近似，同具備一燃料進(jìn)口 11、 一調(diào)壓閥旋鈕 12、 一混合室13、 一燃燒室14、 一擔(dān)體15、至少一觸媒層16及一點(diǎn) 火器17的組件，其中該卡式爐7利用一罐裝瓦斯(未圖標(biāo))作為其燃 料來源，進(jìn)行燃燒產(chǎn)生熱能，經(jīng)由觸媒的作用后，一 220公克罐裝瓦 斯，可由原先瓦斯流量為3600c.c./min、平均加熱溫度600。C、瓦斯使 用2小時(shí)，降低為瓦斯流量2000c.c./min、平均加熱溫度500。C、瓦斯 使用3小時(shí)，由此可見經(jīng)由觸媒作用可大幅提升燃料使用時(shí)數(shù)，減少 能源損沖毛，并具有燃燒速度快、效率高的特性。藉由以上較佳具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本創(chuàng)作的 特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)施例來對本創(chuàng)作的范 疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安 排于本創(chuàng)作所欲申請的專利范圍的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置，利用燃料及空氣混合物燃燒引發(fā)一觸媒層進(jìn)行無焰燃燒產(chǎn)生熱能，包括一燃料進(jìn)口，其一端可供灌注燃料，另一端與一燃料管連接；一調(diào)壓閥旋鈕，可控制一調(diào)壓閥的開關(guān)；及一點(diǎn)火器。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，更包括有一混合室，供 灌入該裝置的燃料與空氣均勻混合，該混合室可為至少 一文 氏管。
3、 如權(quán)利要求1所述的裝置，更包括有一燃燒室，該 燃燒室更具有至少一擋板。
4、 如權(quán)利要求1所述的裝置，更包括有一擔(dān)體，該擔(dān) 體可以是陶瓷、復(fù)合性材料或金屬。
5、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該點(diǎn)火器可為一壓 電式點(diǎn)火器。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該裝置可以是卡式 爐、單口爐或是咖啡爐。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料可以是一桶 裝瓦斯、 一罐裝瓦斯或一填充燃料。
8、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料可以是碳?xì)?類氣體燃料、氫氣或去漬油。
9、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該燃料管的前端具 有一喉嘴，可裝設(shè)于該混合室開口上方。
10、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中該觸媒層可以由鉑 金屬、鈀金屬、鍶金屬、鑭金屬或前述金屬的混合物所組成。
11、 如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的裝置，其中該觸媒層可以鍍 附于該擔(dān)體上，其比例可為5-10%。
12、 如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的裝置，其中該觸媒層可以是 一單一觸媒層。
13、 一種利用觸媒燃燒的節(jié)能方法，利用燃料與空氣混 合物燃燒引發(fā)一觸媒層進(jìn)行燃燒產(chǎn)生熱能，利用火焰使該觸 媒層達(dá)到反應(yīng)溫度后，該觸媒層會激活加溫至設(shè)定溫度，操4卡方法々c下步驟A.燃料及空氣混合；步驟B.激活點(diǎn)火；步驟C.火焰加熱至觸媒反應(yīng)溫度；步驟D.觸媒加熱至設(shè)定溫度。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該燃料可以是丙 烷、丁烷、氬氣或去漬油。
15、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該觸媒可以是鉑 金屬、鈀金屬、鍶金屬、鑭金屬或前述金屬的混合物所組成。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種利用觸媒燃燒的節(jié)能裝置，包括一燃料進(jìn)口、一調(diào)壓閥旋鈕及一點(diǎn)火器，利用燃料與空氣混合物先行燃燒到觸媒反應(yīng)溫度，進(jìn)而使觸媒產(chǎn)生催化反應(yīng)，燃料混合氣隨即在觸媒面進(jìn)行無焰燃燒產(chǎn)生熱能。利用火焰使該觸媒達(dá)到反應(yīng)溫度后，燃料混合氣在該觸媒進(jìn)行吸附、催化、脫附而使環(huán)境加溫至設(shè)定溫度，包括下列步驟步驟A.燃料及空氣混合、步驟B.激活點(diǎn)火、步驟C.火焰加熱至觸媒反應(yīng)溫度及步驟D.觸媒加熱至設(shè)定溫度。
文檔編號F23D14/18GK101319783SQ20071011064
公開日2008年12月10日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者劉軒誠 申請人:劉軒誠