一種液體燃料催化重整微型燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃燒裝置，旨在提供一種液體燃料催化重整微型燃燒器。本發(fā)明包括圓形頂蓋板、與頂蓋板連接一體的殼體，所述頂蓋板上開設(shè)有兩個(gè)對稱的燃料進(jìn)口孔，所述殼體側(cè)面上部開設(shè)有兩個(gè)對稱的空氣進(jìn)口孔，殼體側(cè)面下部開設(shè)有兩個(gè)對稱的排氣孔，殼體底部中心處開設(shè)有點(diǎn)火器孔；燃料通道與空氣通道之間呈90°交叉連通，燃料通道和空氣通道與燃燒室一側(cè)相連通，排氣通道與燃燒室的另一側(cè)相連通。本發(fā)明的有益效果是：采用燃料通道和燃燒室表面設(shè)置了環(huán)形螺紋，增加了換熱面積、加強(qiáng)燃料與高溫?zé)煔獾膫鳠?；采用燃料通道和燃燒室表面分別設(shè)置了裂解/重整催化劑和燃燒催化劑，能夠保證液體燃料在微燃燒器中高效燃燒。
【專利說明】一種液體燃料催化重整微型燃燒器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃燒裝置，具體涉及一種液體燃料催化重整微型燃燒器。

【背景技術(shù)】
[0002]以微尺度燃燒器為核心的微型供能系統(tǒng)以其體積小、質(zhì)量輕、能量密度高、供能時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)越來越受到重視。但是微尺度燃燒器的尺寸比傳統(tǒng)燃燒器小幾個(gè)數(shù)量級，其小的特征尺度使得比表面積增大，散熱速率大大提高，引起嚴(yán)重的熱損失，使得火焰難以穩(wěn)定，易發(fā)生熄火現(xiàn)象；同時(shí)，尺寸的減小，導(dǎo)致燃料和空氣在燃燒器中停留時(shí)間短，不能保證燃料的充分燃燒，尤其是液體燃料。因此，在微小尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒而不熄火是微型燃燒器首要解決的難題。
[0003]目前微型燃燒器多針對氣體燃料的燃燒。與氣體燃料燃燒相比，液體燃料安全性能優(yōu)良、便于儲存運(yùn)輸且具有更高的能量密度，更具有實(shí)用性。但液體燃料微尺度燃燒是一個(gè)邊蒸發(fā)、邊混合、邊燃燒的過程，存在的主要問題是霧化、蒸發(fā)較難，混合不充分，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定、燃燒效率低、散熱損失大。目前，有些微燃燒器采用多孔介質(zhì)使液體燃料充分霧化，但是仍不能很好地解決點(diǎn)火問題，且燃燒后綜合熱利用效率較低，產(chǎn)物中CO產(chǎn)量較高，造成環(huán)境污染。
[0004]因此，需要一種針對液體燃料專門設(shè)計(jì)的微型燃燒器，使其大大改善液體燃料微尺度燃燒的燃燒性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的液體燃料微尺度燃燒過程中燃燒不穩(wěn)定、燃燒效率低以及綜合熱利用效率低的問題，提出了一種液體燃料催化重整微型燃燒器。
[0006]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]提供一種液體燃料催化重整微型燃燒器，包括圓形頂蓋板、與頂蓋板連接一體的殼體，所述頂蓋板上開設(shè)有兩個(gè)對稱的燃料進(jìn)口孔，所述殼體側(cè)面上部開設(shè)有兩個(gè)對稱的空氣進(jìn)口孔，殼體側(cè)面下部開設(shè)有兩個(gè)對稱的排氣孔，殼體底部中心處開設(shè)有點(diǎn)火器孔；所述殼體內(nèi)部安裝有內(nèi)側(cè)套筒、中間套筒和外側(cè)套筒，所述空氣通道設(shè)于殼體與外側(cè)套筒之間，并與空氣進(jìn)口相連通；排氣通道設(shè)于外側(cè)套筒與中間套筒之間，并與排氣出口相連通；燃料通道設(shè)于中間套筒與內(nèi)側(cè)套筒之間，并與燃料進(jìn)口相連通；燃燒室設(shè)于內(nèi)側(cè)套筒內(nèi)；其中:燃料通道與空氣通道之間呈90°交叉連通，燃料通道和空氣通道與燃燒室一側(cè)相連通，排氣通道與燃燒室的另一側(cè)相連通。
[0008]本發(fā)明中，所述頂蓋板上設(shè)有的兩個(gè)料進(jìn)口孔、殼體側(cè)面上部設(shè)有的兩個(gè)空氣進(jìn)口孔、殼體側(cè)面下部設(shè)有的兩個(gè)排氣孔分別關(guān)于圓形頂蓋板圓心所在的中軸線對稱。
[0009]本發(fā)明中，所述內(nèi)側(cè)套筒的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均設(shè)有環(huán)形螺紋，以增加表面積和傳熱強(qiáng)度。
[0010]本發(fā)明中，所述內(nèi)側(cè)套筒的外側(cè)螺紋上設(shè)有液體燃料裂解重整催化劑層，該液體燃料裂解重整催化劑層中所含催化劑的成分為Cu0/Zn0/Al203，CuO作為主催化劑，ZnO和Al2O3作為助催化劑，用于將液體燃料裂解/重整為CO、CH4或H2等易燃?xì)怏w。
[0011]本發(fā)明中，所述內(nèi)側(cè)套筒的內(nèi)側(cè)螺紋上設(shè)有燃燒催化劑層，該燃燒催化劑層中所含有催化劑的成分為鉬Pt，用于提高燃料燃燒效率。
[0012]本發(fā)明中，所述頂蓋板和殼體均采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，如陶瓷，為的是減少微型燃燒器的向外界散熱，提高燃燒器整體熱效率。所述套筒組由外側(cè)套筒、中間套筒、內(nèi)側(cè)套筒組成，套筒組采用導(dǎo)熱系數(shù)高、耐高溫的材料，如高鎳含量的不銹鋼。
[0013]本發(fā)明中，所述燃料通道、燃燒室和排氣通道的高度均相等。
[0014]本發(fā)明中，燃燒器的高度為25?35mm，頂蓋板厚度為2mm，殼體厚度為2臟，燃料通道寬度為1.5mm，高度為20?25mm，內(nèi)側(cè)套筒厚度為1.5mm，中間套筒厚度為1.5mm，夕卜側(cè)套筒厚度為1.2mm，燃燒室內(nèi)徑為3?3.5mm，高度為20?25mm，空氣通道寬度為2.5?3mm,空氣通道底端與殼體底端的間距為I?1.5mm,排氣通道寬度為4?5mm、高度為20?25mm，其中還滿足下列關(guān)系式:
[0015]空氣通道寬度=排氣通道寬度-(1.5?2mm)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明采用燃料通道和燃燒室表面設(shè)置了環(huán)形螺紋，不但增加了換熱面積、力口強(qiáng)燃料與高溫?zé)煔獾膫鳠?；而且增加了催化劑面積。
[0018]2、本發(fā)明采用燃料通道和燃燒室表面分別設(shè)置了裂解/重整催化劑和燃燒催化劑，增強(qiáng)了液體燃料重整和催化燃燒的效果，能夠保證液體燃料在微燃燒器中高效燃燒。
[0019]3、本發(fā)明的燃料通道、空氣通道與燃燒室、排氣通道相間布置，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的階梯回收利用，完成了空氣預(yù)熱和燃料裂解。
[0020]4、本發(fā)明將催化重整和催化燃燒結(jié)合在一起，與單純使液體燃料霧化、蒸發(fā)之后燃燒相比，將液體燃料先經(jīng)過催化裂解使其轉(zhuǎn)化為ch4、h2和CO等混合氣體，再進(jìn)行燃燒，易于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和燃燒穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的一種催化重整微型燃燒器的剖面示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的一種催化重整微型燃燒器殼體剖面示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的一種催化重整微型燃燒器頂蓋板俯視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的一種催化重整微型燃燒器套筒組半剖視圖；
[0025]圖5為圖1中沿A-A方向剖面示意圖；
[0026]圖6為圖1中沿B-B方向剖面示意圖；
[0027]圖7為圖1中內(nèi)側(cè)套筒中螺紋部分I的放大圖；
[0028]附圖標(biāo)記:頂蓋板1，空氣進(jìn)口 2，殼體3，空氣通道4，外側(cè)套筒5，排氣出口 6，點(diǎn)火器孔7，燃燒室8，內(nèi)側(cè)套筒9，燃料通道10，中間套筒11，排氣通道12，燃料進(jìn)口 13。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下的實(shí)施例可以使本專業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員更全面的了解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明:
[0030]如圖1?7所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種液體燃料催化重整微型燃燒器具體實(shí)施例，包括圓形頂蓋板1、與頂蓋板I連接一體的殼體3，所述頂蓋板I上開設(shè)有兩個(gè)對稱的燃料進(jìn)口 13孔，所述殼體3側(cè)面上部開設(shè)有兩個(gè)對稱的空氣進(jìn)口 2孔，殼體3側(cè)面下部開設(shè)有兩個(gè)對稱的排氣孔，殼體3底部中心處開設(shè)有點(diǎn)火器孔7 ;所述殼體3內(nèi)部安裝有內(nèi)側(cè)套筒9、中間套筒11和外側(cè)套筒5，所述空氣通道4設(shè)于殼體3與外側(cè)套筒5之間，并與空氣進(jìn)口 2相連通；排氣通道12設(shè)于外側(cè)套筒5與中間套筒11之間，并與排氣出口 6相連通；燃料通道10設(shè)于中間套筒11與內(nèi)側(cè)套筒9之間，并與燃料進(jìn)口 13相連通；燃燒室8設(shè)于內(nèi)側(cè)套筒9內(nèi)；其中:燃料通道10與空氣通道4之間呈90°交叉連通，燃料通道10和空氣通道4與燃燒室8 一側(cè)相連通，排氣通道12與燃燒室8的另一側(cè)相連通。
[0031]所述頂蓋板I上設(shè)有的兩個(gè)料進(jìn)口孔、殼體3側(cè)面上部設(shè)有的兩個(gè)空氣進(jìn)口 2孔、殼體3側(cè)面下部設(shè)有的兩個(gè)排氣孔分別關(guān)于圓形頂蓋板I圓心所在的中軸線對稱。
[0032]所述內(nèi)側(cè)套筒9內(nèi)外側(cè)均設(shè)有環(huán)形螺紋，以增加表面積和傳熱強(qiáng)度；其中:所述內(nèi)側(cè)套筒9外側(cè)螺紋上設(shè)有液體燃料裂解重整催化劑層，該液體燃料裂解重整催化劑層中所含催化劑的成分為Cu0/Zn0/Al203，CuO作為主催化劑，ZnO和Al2O3作為助催化劑，用于將液體燃料裂解/重整為CO、CH4或H2等易燃?xì)怏w；
[0033]所述內(nèi)側(cè)套筒9內(nèi)側(cè)螺紋上設(shè)有燃燒催化劑層，該燃燒催化劑層中所含有催化劑的成分為鉬Pt，用于提高燃料燃燒效率。
[0034]圖1為本實(shí)施例液體燃料催化重整微型燃燒器的剖面示意圖，呈左右對稱，整個(gè)燃燒器的高度根據(jù)需要在25?35_之間調(diào)整。本實(shí)施例中用甲醇水溶液作為液體燃料。
[0035]本實(shí)施例中頂蓋板I的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其形狀為圓形，厚度為2mm，距離圓心一定位置處開有兩個(gè)對稱的燃料進(jìn)口孔，頂蓋板I采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，如陶瓷。
[0036]殼體3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其采用導(dǎo)熱系數(shù)低或絕緣的材料，厚度為2mm，殼體3側(cè)面上部設(shè)有兩個(gè)對稱的的空氣進(jìn)口 2，其側(cè)面下部設(shè)有兩個(gè)對稱的排氣出口 6，在殼體3底端中心位置處開有一個(gè)點(diǎn)火器孔7，用于放置點(diǎn)火器。
[0037]燃料通道10設(shè)于內(nèi)側(cè)套筒9與中間套筒11之間的區(qū)域內(nèi)，寬度為1.5mm，高度為20?25mm。內(nèi)側(cè)套筒9、中間套筒11的厚度均為1.5mm，選用導(dǎo)熱性好、耐高溫的材料，如高鎳含量的不銹鋼。
[0038]圖7為本實(shí)例中帶有環(huán)形螺紋的燃料通道10的按照4:1比例進(jìn)行放大后的示意圖，螺紋選擇牙型角為30°的等腰梯形螺紋，其具有較好的強(qiáng)度。在外側(cè)螺紋上涂覆有Cu0/Zn0/Al203作為燃料重整催化劑，CuO作為主催化劑，ZnO和Al2O3作為助催化劑，以增強(qiáng)催化劑的催化活性，轉(zhuǎn)化氣雜質(zhì)少。
[0039]甲醇水溶液在燃料通道內(nèi)受熱、蒸發(fā)催化重整產(chǎn)生H2，有利于著火。
[0040]燃燒室8設(shè)于內(nèi)側(cè)套筒9內(nèi)形成的區(qū)域中，直徑為3?3.5mm,高度為20?25mm，在燃燒室8內(nèi)側(cè)螺紋上覆涂有Pt催化劑。空氣與催化重整后的混合氣體在Pt催化劑的作用下，發(fā)生催化燃燒反應(yīng)。
[0041]空氣通道4設(shè)于殼體3與外側(cè)套筒5之間圍成的區(qū)域內(nèi)，寬度為2.5?3mm，外側(cè)套筒的厚度為1.2_，空氣由空氣進(jìn)口 2進(jìn)入空氣通道4，空氣通道4底端與殼體3底端的距離I?1.5mm,以使其加速降壓，更好地與燃料混合，進(jìn)入燃燒室8內(nèi)進(jìn)行燃燒。
[0042]排氣通道12設(shè)于中間套筒11與外側(cè)套筒5之間所圍成的區(qū)域內(nèi)，寬度為4?5mm，高度為20?25mm。在燃燒室8內(nèi)燃燒生成的煙氣進(jìn)入與之相連通的排氣通道12，最后由開設(shè)在外側(cè)套筒5下部的排氣出口 6排出。煙氣在排氣通道6內(nèi)由上到下流動(dòng)，對空氣進(jìn)行預(yù)熱，改善點(diǎn)火性能和提高燃燒穩(wěn)定性。
[0043]最后需要說明的是，上述實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，與本發(fā)明權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)娜魏涡薷?、等同替換、改進(jìn)等，都認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種液體燃料催化重整微型燃燒器，包括圓形頂蓋板，其特征在于，還包括與頂蓋板連接一體的殼體，所述頂蓋板上開設(shè)有兩個(gè)對稱的燃料進(jìn)口孔，所述殼體側(cè)面上部開設(shè)有兩個(gè)對稱的空氣進(jìn)口孔，殼體側(cè)面下部開設(shè)有兩個(gè)對稱的排氣孔，殼體底部中心處開設(shè)有點(diǎn)火器孔；所述殼體內(nèi)部安裝有內(nèi)側(cè)套筒、中間套筒和外側(cè)套筒，所述空氣通道設(shè)于殼體與外側(cè)套筒之間，并與空氣進(jìn)口相連通；排氣通道設(shè)于外側(cè)套筒與中間套筒之間，并與排氣出口相連通；燃料通道設(shè)于中間套筒與內(nèi)側(cè)套筒之間，并與燃料進(jìn)口相連通；燃燒室設(shè)于內(nèi)側(cè)套筒內(nèi)；其中:燃料通道與空氣通道之間呈90°交叉連通，燃料通道和空氣通道與燃燒室一側(cè)相連通，排氣通道與燃燒室的另一側(cè)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃燒器，其特征在于，所述頂蓋板上設(shè)有的兩個(gè)料進(jìn)口孔、殼體側(cè)面上部設(shè)有的兩個(gè)空氣進(jìn)口孔、殼體側(cè)面下部設(shè)有的兩個(gè)排氣孔分別關(guān)于圓形頂蓋板圓心所在的中軸線對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃燒器，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)套筒的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均設(shè)有環(huán)形螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的燃燒器，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)套筒的外側(cè)環(huán)形螺紋上設(shè)有液體燃料裂解重整催化劑層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的燃燒器，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)套筒的內(nèi)側(cè)環(huán)形螺紋上設(shè)有燃燒催化劑層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的燃燒器，其特征在于，所述燃料通道、燃燒室和排氣通道的聞度均相等。
【文檔編號】F23D11/00GK104235839SQ201410458783
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)娟, 周俊虎, 劉建忠, 張彥威, 王智化, 程軍, 周志軍, 黃鎮(zhèn)宇, 岑可法 申請人:浙江大學(xué)