CN101319783A - 一种利用触媒燃烧的节能装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种利用触媒燃烧的节能装置，包括一燃料进口、一调压阀旋钮及一点火器，利用燃料与空气混合物先行燃烧到触媒反应温度，进而使触媒产生催化反应，燃料混合气随即在触媒面进行无焰燃烧产生热能。利用火焰使该触媒达到反应温度后，燃料混合气在该触媒进行吸附、催化、脱附而使环境加温至设定温度，包括下列步骤：步骤A.燃料及空气混合、步骤B.激活点火、步骤C.火焰加热至触媒反应温度及步骤D.触媒加热至设定温度。

Description

一种利用触媒燃烧的节能装置与方法

技术领域

本发明关于一种燃烧装置，特别是关于一种利用触媒燃烧产生能量的节能燃烧装置。

背景技术

工业革命以来，人类的生活形态发生的大幅的转变，也改变了原先能源的使用方式，能源的大量开采，不但造成能源极遽损耗，也带来了许多环境上潜在的危机，如：温室效应、酸雨等问题，进入二十一世纪，虽然石化燃料仍属能源使用的主流，但能源的利用已进入了不同的形式阶段，为了改善环境问题，而积极发展替代性能源。

触媒燃烧在环保功能上已受到高度肯定，在燃烧过程中，触媒为一种反应媒介，可加速反应的进行，并降低燃烧所需要的能量，且在触媒燃烧进行时，所需使用的燃料与空气混合比例较传统燃烧机制低(即一般所称的贫油即可进行燃烧)，可相对减少燃料用量。

目前普遍使用于汽、机车引擎的触媒转化器，即是将燃油燃烧所产生的废气进行二次燃烧，以减少废气排放时对空气的污染；而白金怀炉则是最早的触媒发热体，利用去渍油的挥发气与触媒反应产生热能，然而去渍油的挥发并无法充分进行控制，且怀炉结构体无法使怀炉发热均匀，而具有不易控制及使用时数短的缺失。

触媒燃烧的反应速率与触媒内部化学反应及反应物扩散速率有关，触媒燃烧时，空气与燃料会先吸附于触媒表面，触媒的氧化反应引发后，反应中所产生的热能可大幅提高触媒的温度，使反应速率与温度成一指数关系增加，并进入平稳质传控制(mass transfer control)状态，触媒经由氧化反应产生二氧化碳、水、自由基及燃烧中间产物，其中自由基及燃烧中间产物具有高度活性，可在燃烧过程中达到均质燃烧反应(homogeneous phase combustion)，而产生完全燃烧作用，减少污染废弃的排放，且触媒燃烧温度低于传统燃烧时所需的温度，减少了燃料的使用量，因而具有节能的优点。

目前在触媒燃烧的实际应用达成上仍具有几项关键技术待克服，包括：(1)燃料与空气预混的控制、(2)触媒燃烧反应的激活与控制及(3)发热面积与加热物之间的热传导，本发明的发明人有鉴于上述各项关键技数至今仍无法充分整合，使触媒燃烧应用技术得以发挥极致效用，乃经多年研发亟思一种应用广泛且易于操作的节能燃烧装置。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种利用触媒燃烧的节能装置，该装置可降低能源使用量的燃烧系统，以减少因燃烧所造成环境污染、资源耗损等缺失，该装置同时具有加热稳定的特性，并可有效应用于各式小型加热炉具。

本发明的利用触媒燃烧的节能装置，利用燃料及空气混合物燃烧引发一触媒层进行无焰燃烧产生热能，包括：

一燃料进口，其一端可供灌注燃料，另一端与一燃料管连接；

一调压阀旋钮，可控制一调压阀的开关；及

一点火器。

其中，该装置更包括有一混合室，供流入该装置的燃料与空气均匀混合，该混合室可为至少一文氏管。

其中，该装置更包括有一燃烧室，该燃烧室更具有至少一挡板。

其中，该点火器可为一压电式点火器。

其中，该装置可以是卡式炉、单口炉或咖啡炉。

其中，该燃料可以是一桶装瓦斯、一罐装瓦斯或一填充燃料。

其中，该燃料可以是丙烷、丁烷、氢气或去渍油。

其中，该燃料管的前端具有一喉嘴，可装设于该混合室开口上方。

其中，该装置的该触媒层可以由铂(Pt)金属、钯(Pd)金属、锶(Sr)金属、镧(La)金属或前述金属的混合物所组成。

其中，该装置的该触媒层可以镀附于该担体上。

其中，该装置的该触媒层可以是一单一触媒层。

其中，本发明的节能燃烧装置其操作方式先转动该调压阀旋钮，使燃料由该燃料进口流通往该喉嘴，该喉嘴切面可设定为0.12-0.20毫米(mm)，使燃料的喷射速度增加而产生一压力差，该压力差可将空气导入该混合室，产生一燃料与空气的混合物，该燃料与空气的混合物喷射入该燃烧室，并因在燃烧室与混合室间设立的挡板作用而减低喷射速度并产生紊流，提升该燃料与空气的混合程度，该调压阀旋钮的转动可激活该点火器点火产生火焰，火焰燃烧达触媒反应温度后，便可激活触媒作用，火焰则因该燃烧室与该燃料与空气的混合物的作用熄灭，触媒则继续进行升温反应，燃烧方式转化为无焰燃烧以提供能源。

本发明的再一目的为提供一种利用触媒燃烧的节能方法，该方法结合贫油预混及触媒然烧的特性，可降低燃料的使用率，藉由一触媒作用提升燃烧装置的效率及达到节能的效果，该方法包括下列步骤：

步骤A.燃料及空气混合；

步骤B.激活点火；

步骤C.火焰加热至触媒反应温度；

步骤D.触媒加热至设定温度。

藉由本发明可大幅减少能源的使用量，提升加热的效率，同时克服前述习知关键技术的障碍，成功完成了各种实际应用的装置，为使熟悉该项技艺人士了解本创作的目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合所附的图式，对本创作详加说明，说明如后。

附图说明

图1为习知之瓦斯燃烧器结构示意图；

图2为本发明利用触媒燃烧的节能方法之实施流程图；

图3为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第一较佳实施例立体图；

图4为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第一较佳实施例分解图；

图5为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第一较佳实施例平面图；

图6为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第二较佳实施例立体图；

图7为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第二较佳实施例温度变化图；及

图8为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第三较佳实施例立体图。

【图号说明】

A燃料及空气混合

B点火器激活点火

C火焰加热至触媒反应温度

D触媒加热至设定温度

T1触媒表面上方10公分温度

T2触媒表面温度

T3环境温度

T4燃烧室内部温度

T5燃料罐温度

T6燃料罐温度

1单口炉

11燃料进口

111燃料管

1111喉嘴

12调压阀旋钮

121调压阀

13混合室(文氏管)

14燃烧室

141挡板

15担体

16触媒层

17点火器

3咖啡炉

31燃料筒

32针阀

5卡式炉

8瓦斯燃烧器

81燃料供应口

811嘴针

82文氏管

821气体入口调节阀

83火焰驻焰器

具体实施方式

以下将参照相关图标，说明依本发明的较佳实施例，说明中提及的符号参照图标符号，为便于理解，相同的组件将以相同的参照符号加以说明。

图1为习知的瓦斯燃烧器结构示意图，目前的瓦斯燃烧器8包括：一燃料供应口81、一文氏管82及一火焰驻焰器83，燃料由一天然气供应口或液化石油气调压阀输出，进入该燃料供应口81，经由炉具的火力控制开关调节，使燃料可由该燃料供应口前端的一嘴针811喷射至该文氏管82，白努利作用则使外界空气经由该文氏管82尾端的气体入口调节阀821进入该文氏管82，燃料及空气会在该文氏管82中充分混合，并经由该驻焰器83进行燃烧产生能量，惟目前所使用的燃烧加热设备(瓦斯炉、热水器等)易发生燃烧不完全、火焰晃动不稳定的状况，除了使用时的安全性堪虑，也容易造成燃料使用时的浪费。

图2为本发明利用触媒燃烧的节能方法的实施流程图，本发明的方法利用燃料及空气混合物燃烧引发一触媒层进行无焰燃烧产生热能，该方法利用火焰使该触媒层达到反应温度后，该触媒层会激活加温至设定温度，包括下列步骤：步骤A.燃料及空气混合；步骤B.激活点火；步骤C.火焰加热至触媒反应温度；步骤D.触媒加热至设定温度。

请同时配合参考图3至图5，分别为本发明利用触媒燃烧的节能装置的第一较佳实施例立体图、分解图及平面图，本发明的第一较佳实施例为一单口炉1，该单口炉1包括一燃料进口11、一调压阀旋钮12、一混合室13、一燃烧室14、一担体15、至少一触媒层16及一点火器17，其中该燃料进口11一端可供灌注燃料，另一端则连接一燃料管111，该燃料管111前端更具有一喉嘴1111，该调压阀旋钮12可控制一调压阀121的开关，当该调压阀121开启时，可因压力改变引发燃料流入该燃料管111，并由该喉嘴1111处高速喷射出，同时空气也因压力改变进入该混合室13，空气与燃料在该混合室13中均匀混合，该混合室13可包括二文氏管，该喉嘴1111则装设于该文氏管顶端，该文氏管两端口径差异所造成管壁的斜度，可使大量空气流入该混合室13参与反应，且该混合室13与该燃烧室14之间增设一挡板141，以减低空气与燃料混合物的流速，并造成紊流以增加混合程度，混合后的空气与燃料则喷射至该燃烧室14，该点火器17可为一压电式点火器，当该调压阀旋钮12转动时，并可激活该点火器17点火，产生燃烧火焰，当火焰温度上升至触媒激活温度时，将启动该触媒层16开始作用，该触媒层16镀附于该该担体15上，火焰则因空气与燃料混合物流速及该燃烧室14的双重作用下而熄灭，该触媒层16则会继续加温作用，以产生热能。

图6为本发明利用触媒燃烧的节能装置的第二较佳实施例立体图，本发明的第二较佳实施例为一咖啡炉3，该咖啡炉3将燃料添加于底部的燃料筒中31作为燃料来源，燃料导引利用设置于该咖啡炉6一侧的针阀32激活。

图7为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第二较佳实施例温度变化图，说明咖啡炉在进行加热过程中，各部位的温度变化情形，其中该咖啡炉在空气与燃料混合物流速为每分钟360c.c.(360c.c./min)，横轴为时间，计时单位为秒数，纵轴则为温度(℃)，该折线分别代表温度侦测时的不同区域，其中T1触媒表面上方10公分温度，T2触媒表面温度，T3环境温度，T4燃烧室内部温度，T5燃料罐温度，T6燃料罐温度，由图中可看出，触媒可快速的被激活作用，并稳定维持一加热温度。

图8为本发明利用触媒燃烧的节能装置之第三较佳实施例立体图，该节能燃烧装置之第三较佳实施例系为一卡式炉7，该卡式炉7之结构与单口炉1(请参考图4)近似，同具备一燃料进口11、一调压阀旋钮12、一混合室13、一燃烧室14、一担体15、至少一触媒层16及一点火器17的组件，其中该卡式炉7利用一罐装瓦斯(未图标)作为其燃料来源，进行燃烧产生热能，经由触媒的作用后，一220公克罐装瓦斯，可由原先瓦斯流量为3600c.c./min、平均加热温度600℃、瓦斯使用2小时，降低为瓦斯流量2000c.c./min、平均加热温度500℃、瓦斯使用3小时，由此可见经由触媒作用可大幅提升燃料使用时数，减少能源损耗，并具有燃烧速度快、效率高的特性。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本创作的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本创作的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本创作所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (15)

1、一种利用触媒燃烧的节能装置，利用燃料及空气混合物燃烧引发一触媒层进行无焰燃烧产生热能，包括：

一燃料进口，其一端可供灌注燃料，另一端与一燃料管连接；

一调压阀旋钮，可控制一调压阀的开关；及

一点火器。

2、如权利要求1所述的装置，更包括有一混合室，供灌入该装置的燃料与空气均匀混合，该混合室可为至少一文氏管。

3、如权利要求1所述的装置，更包括有一燃烧室，该燃烧室更具有至少一挡板。

4、如权利要求1所述的装置，更包括有一担体，该担体可以是陶瓷、复合性材料或金属。

5、如权利要求1所述的装置，其中该点火器可为一压电式点火器。

6、如权利要求1所述的装置，其中该装置可以是卡式炉、单口炉或是咖啡炉。

7、如权利要求1所述的装置，其中该燃料可以是一桶装瓦斯、一罐装瓦斯或一填充燃料。

8、如权利要求1所述的装置，其中该燃料可以是碳氢类气体燃料、氢气或去渍油。

9、如权利要求1所述的装置，其中该燃料管的前端具有一喉嘴，可装设于该混合室开口上方。

10、如权利要求1所述的装置，其中该触媒层可以由铂金属、钯金属、锶金属、镧金属或前述金属的混合物所组成。

11、如权利要求1项所述的装置，其中该触媒层可以镀附于该担体上，其比例可为5-10％。

12、如权利要求1项所述的装置，其中该触媒层可以是一单一触媒层。

13、一种利用触媒燃烧的节能方法，利用燃料与空气混合物燃烧引发一触媒层进行燃烧产生热能，利用火焰使该触媒层达到反应温度后，该触媒层会激活加温至设定温度，操作方法如下：

步骤A.燃料及空气混合；

步骤B.激活点火；

步骤C.火焰加热至触媒反应温度；

步骤D.触媒加热至设定温度。

14、如权利要求13所述的方法，其中该燃料可以是丙烷、丁烷、氢气或去渍油。

15、如权利要求13所述的方法，其中该触媒可以是铂金属、钯金属、锶金属、镧金属或前述金属的混合物所组成。

Images