CN105588140B - 一种燃油燃气的节能装置和节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油燃气的节能装置和节能方法，该节能装置包括连接高压直流电的金属外管和固定于所述外管的内部并且接地的导电内棒，所述外管的内表面涂覆有二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒。本发明的节能装置能够在燃油燃气设备工作时，同步通高压，形成电场；外管的内表面涂覆的二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒起到大比表面及催化作用，减低断键解离能，从而实现节能减排和降耗。

Description

一种燃油燃气的节能装置和节能方法

技术领域

本发明涉及燃油燃气节能领域，尤其涉及一种燃油燃气的节能装置和节能方法。

背景技术

中国是一个高能耗的国家，特别是工业领域，吨产品比发达国家高出几倍的能耗。我国化石能源资源中90％以上是煤炭，人均储量为世界平均水平的1/2，人均石油储量为世界平均水平的11％，天然气仅为4.5％。我国煤炭消耗量占世界总量的40％，石油消费仅次美国，位居世界第二，中国对海外能源的依赖程度达50％以上。能源人均储量少，先天不足，但能耗效率却低。我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元，占GDP总量的比例为13％，而美国仅为7％。同时，我国单位产品的能耗水平较高，目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47％，而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73％。这造成了很大社会能源浪费。

目前汽车、工业窑炉、锅炉使用汽油、柴油或者天然气作为燃料，虽然进行了各种节能改造，但主要集中在化学添加剂和富氧燃烧等方面，这一方面成本较高，另一方面已无法再进一步提升能效，而随着能源成本总体上涨、用户成本压力，迫切需要有一种新的技术应用于节能领域中。

发明内容

本发明提供一种燃油燃气的节能装置和节能方法，能够显著降低燃油燃气在燃烧过程中的能耗。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种燃油燃气的节能装置，包括连接高压直流电的金属外管和固定于上述外管的内部并且接地的导电内棒，上述外管的内表面涂覆有二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒。

作为本发明的优选方案，上述高压直流电是1000伏特以上的直流电。

作为本发明的优选方案，上述金属外管为不锈钢金属管；优选地，上述导电内棒为实心或空心不锈钢棒。

作为本发明的优选方案，上述导电内棒固定于所述外管的中心。

作为本发明的优选方案，上述导电内棒的一端通过绝缘材料，优选氧化铝陶瓷环，固定在上述外管的内表面，并且从该端引出接地的线。

作为本发明的优选方案，上述微粒的粒径是纳米级。

作为本发明的优选方案，上述外管的内表面涂覆有纳米二氧化钛和稀土金属氧化物；进一步优选地，按重量百分含量计，包括50-70％的纳米二氧化钛和30-50％的稀土金属氧化物。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种安装有如第一方面的节能装置的燃油燃气设备。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种燃油燃气的节能方法，包括：在油气通道内形成一个强静电场且在该通道的内表面形成二氧化钛和/或稀土金属氧化物的颗粒作为正电中心。

根据本发明的第三方面，本发明还提供一种燃油燃气的节能方法，包括：在燃油燃气设备的喷油气嘴上安装或者形成如第一方面的节能装置。

本发明的节能装置能够在燃油燃气设备工作时，同步通高压，形成电场；外管的内表面涂覆的二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒起到大比表面及催化作用，减低断键解离能，从而实现节能减排和降耗。

本发明的节能装置结构简单、安装简便、成本较低，其推广应用将提升目前汽车、工业窑炉、锅炉等燃油燃气设备的能效，为用户节约能源、降低运营成本，同时解决能源紧缺的现状和日益严重的环境污染问题。

附图说明

图1为本发明一个实施方案的燃油燃气的节能装置的纵剖面结构示意图；

图2为本发明一个实施方案的燃油燃气的节能装置的一端的横截面结构示意图；

图中，1表示金属外管，2表示导电内棒，3表示氧化铝陶瓷环，4表示油气通道。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

汽车燃油、锅炉燃气的过程都是一个氧化反应过程，通过氧气与天然气、汽油、柴油等的化学反应来释放能量进而加以利用。而氧化反应的过程可以分为两步：第一步是氧分子解离断键成为氧原子，第二步是氧原子与汽油、天然气等反应生产二氧化碳和水，释放出化学能。同理汽油、天然气等碳氢化合物也需要经历这两个步骤。而第一步需要吸收能量才能实现，也就是说，整个反应过程中释放出的能量需要拿出一部分供给第一步所需要的能量，剩下的能量才是能够被设备利用的能量。

基于上述原理，设计出本发明的节能装置，使得第一步的解离能量降低，进而使得吸收的能量减少，客观上使得设备利用的有效能量增加，从而达到节能降耗减排的目的。

图1为本发明一个实施方案的燃油燃气的节能装置的纵剖面结构示意图，该节能装置是一个燃油燃气的燃烧喷嘴辅助装置，呈空心金属管状，即包括一个金属外管1，该金属外管1连接高压直流电，高压直流电的电压可以根据金属外管1以及喷嘴的直径决定，没有特殊要求，一般金属外管1以及喷嘴的直径越大，电压也可以越大，一般大于1000伏特的电压即可取得应用效果。在上述金属外管1的内部固定有一个导电内棒2，该导电内棒2接地，但是不接触金属外管1。金属外管1的内表面涂覆有二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒，在实际应用中只要涂覆二氧化钛或稀土金属氧化物中的任意一种即可，也可以涂覆两种以上。二氧化钛或稀土金属氧化物的微粒起到大比表面及催化作用，能够减低断键解离能，基于这种作用的需求，任何稀土金属氧化物均可以用于本发明中。

上述金属外管1的材料可以是各种导电金属，如铁、铜或不锈钢等。在本发明的一个优选实施例中，上述金属外管1为不锈钢金属管。类似地，上述导电内棒2可以是任何导电材料做成的实心或空心的导电棒，包括但不限于各种导电金属，如铁、铜或不锈钢等。在本发明的一个优选实施例中，上述导电内棒2为实心或空心不锈钢棒。

本发明的导电内棒2固定在金属外管1的内部，但是不接触金属外管1。虽然从实现本发明的基本功能的角度，只要导电内棒2固定在金属外管1的内部即可，然而从获取均匀的强静电场的需要出发，最好是将导电内棒2固定于金属外管1的中心位置。

除了导电内棒2固定在金属外管1的内部但不接触金属外管1以外，对于固定方式没有特别要求。然而，从操作的简便性的角度，如图2所示，在本发明的一个优选实施例中，导电内棒2的一端通过绝缘材料固定在金属外管1的内表面，并且从该端引出接地的线。任何绝缘材料均可用于本发明中，优选氧化铝陶瓷环3，不但具有绝缘作用，还有很强的耐用性和牢固度。在图2所示的节能装置中，燃油、燃气等从油气通道4穿过。

金属外管1的内表面涂覆的二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒起到大比表面及催化作用，从尽可能提高表面积和催化效率的角度出发，二氧化钛和/或稀土金属氧化物微粒采用纳米级的颗粒，即纳米二氧化钛和/或稀土金属氧化物。

已经表明，只要涂覆二氧化钛或稀土金属氧化物中的任意一种即可，也可以涂覆两种以上。在本发明的一个优选实施例中，金属外管1的内表面涂覆有纳米二氧化钛和稀土金属氧化物两种材料；进一步优选地，按重量百分含量计，包括50-70％的纳米二氧化钛和30-50％的稀土金属氧化物，能够最优化大比表面及催化作用。

本发明的节能装置可以安装在燃油燃气设备上，这样的燃油燃气设备比如汽车、工业窑炉、锅炉等，典型但非限定性地，将该节能装置加装在汽油机、锅炉、窑炉燃烧器的喷油气嘴后端距离嘴口1-5cm处。

本发明的节能装置的基本原理是：在金属外管内部形成一个强静电场且内壁涂覆的纳米二氧化钛或稀土金属氧化物会构成无数个纳米级正电中心。当氧气等从金属外管之间的空腔进入到装置中，在强电场作用下，氧分子被“撕扯”导致两个氧原子的化学键间距拉大直至断裂，使氧原子成为独立的原子状态。在这样的状态下，即通过电场的附加能量降低了断键解离能，那么第二步释放的能量就能够被设备充分利用。达到节能的效果。将本发明的节能装置加装在汽油机、锅炉、窑炉燃烧器的喷油气嘴后端距离嘴口1-5cm处。当设备工作时，同步通高压，形成强静电场。金属外管内壁涂覆纳米二氧化钛或稀土金属氧化物起到大比表面及催化作用，减低断键解离能。

根据化学催化燃烧的机理，高温下催化剂中特定的元素会以离子态的形式，嵌入碳晶格的内部使碳的微观结构发生变化，并作为电子给予体，通过电子转移加速部分反应步骤。在加热过程中离子能够被活化，从而其自身的电子发生转移，成为电子给予体。结果离子将形成空穴，而碳表面的电子构型也将发生变化，这种电荷的迁移将加速反应，从而提高了整个反应的速度，起到降低燃烧过程活化能、促进燃烧的作用。由于燃烧系统的能量守恒，用于炭燃烧所需要的活化能(即燃烧过程内耗)减少后，煤炭的燃烧释放出的热量将增大，从而能够实现根本意义上的节能、减排。

举例说明，碳燃烧的实质是C与氧发生反应生成CO₂并放出热量。这个过程中其实是化学键的变化，第一步是氧分子中的氧原子共价双键断开；第二步是一个C原子与两个O原子形成两个O＝C＝O。热力学测定结果表明，断开1摩尔的O₂双键需要吸收96*4.18KJ能量。生成1摩尔C＝O双键可以放出174*4.18KJ能量。一个CO₂分子含两个C＝O双键，因此1摩尔CO₂可以放出2*174X4.18KJ能量，相当于1千克C燃烧后可以放出28500*4.18KJ能量，这比标准煤的实际发热值高许多。原因就在于第一步氧原子断键，以及C原子电子由低能级跃迁到高能级，也就是C原子的活化过程，这两个过程都需要消耗大量的能量。而氧原子与活化后的碳原子生成CO₂放出能量的值是恒定的，因此，如果我们能够减少第一步的能量消耗，则实际上可以利用的放出能量就会增加，即热值增加，从而实现节能减排的目的。氧分子属于电负性，在电场中的正极表面，这些表面有许多纳米氧化钛和稀土涂层构成的正电中心，在这些正电中心的作用下，O₂分子变形并断键成为O原子，紧接着与C原子反应生成CO₂放出热量，这就减少了内能消耗，达到节能效果。

基于本发明的上述原理，本发明还提出一种燃油燃气的节能方法，包括：在油气通道内形成一个强静电场且在该通道的内表面形成二氧化钛和/或稀土金属氧化物的颗粒作为正电中心。

与本发明的上述燃油燃气的节能装置相对应，本发明还提出一种燃油燃气的节能方法，包括：在燃油燃气设备的喷油气嘴上安装或者形成如本发明的节能装置。需要说明的是，本发明的节能装置可以作为一个独立部件安装在燃油燃气设备的喷油气嘴上，也可以与燃油燃气设备的喷油气嘴形成一体结构。在本发明的一个优选实施例中，本发明的节能装置作为一个独立部件安装在燃油燃气设备的喷油气嘴上。

以下通过实施例详细说明本发明的技术方案及技术效果，应当理解，这些实施例仅是示例性的，并不构成对本发明保护范围的限制。

将316L不锈钢按照需要配合的喷嘴大小制成所需直径的管，并可以用螺纹相连喷嘴，管的内表面预先涂覆纳米二氧化钛和稀土金属氧化物，外表面接高压装置。在管的中心位置放置一根实心或空心不锈钢棒，该棒的一端用氧化铝陶瓷环固定在管的内表面，并从这一端的棒引出一根接地的线。

材料准备：

上述节能装置，小型柴油燃烧器，500kg燃油热水常压锅炉，1000升20℃自来水，110℃1吨燃气锅炉。

实施例1

1、取下柴油燃烧器的喷嘴，将发明装置接到燃烧器上。

2、再将喷嘴接到发明装置上，完成二者对接。

3、将燃烧器置入锅炉原先位置，连接柴油供油管。

4、点火开始燃烧，记录开始时的柴油起始量。

5、待水温到达设定值90℃，关闭燃烧器，记录结束时的柴油用量。

6、结果显示耗油11.6升。

对比例1

1、将燃烧器不加发明装置，置入锅炉特定位置，连接柴油供油管。

2、点火开始燃烧，记录开始时的柴油起始量。

3、待水温到达设定值90℃，关闭燃烧器，记录结束时的柴油用量。

4、结果显示耗油15.3升。

上述实验对比，在同等条件下，节油率达到24.18％。

实施例2

1、天然气燃烧器的喷嘴取下，将发明装置接到燃烧器上。

2、再将喷嘴接到发明装置上，完成二者对接。

3、将燃烧器置入锅炉原先位置，连接供气管。

4、点火开始燃烧，记录开始时的天然气起始量。

5、满负荷运行24小时，关闭燃烧器，记录结束时的天然气用量。

6、结果显示耗气322立方。

对比例2

1、将燃烧器不加发明装置，置入锅炉特定位置，连接供气管。

2、点火开始燃烧，记录开始时的天然气起始量。

3、满负荷运行24小时，关闭燃烧器，记录结束时的天然气用量。

4、结果显示耗气451立方。

上述实验对比，在同等条件下，节天然气率达到28.6％。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种燃油燃气的节能装置，其特征在于，所述装置包括连接高压直流电的金属外管和固定于所述外管的内部并且接地的导电内棒，所述外管的内表面涂覆有二氧化钛和/或稀土金属氧化物的微粒。

2.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述高压直流电是1000伏特以上的直流电。

3.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述金属外管为不锈钢金属管。

4.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述导电内棒为实心或空心不锈钢棒。

5.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述导电内棒固定于所述外管的中心。

6.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述导电内棒的一端通过绝缘材料固定在所述外管的内表面，并且从该端引出接地的线。

7.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述导电内棒的一端通过氧化铝陶瓷环固定在所述外管的内表面，并且从该端引出接地的线。

8.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述微粒的粒径是纳米级。

9.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述外管的内表面涂覆有纳米二氧化钛和稀土金属氧化物。

10.根据权利要求9所述的节能装置，其特征在于，按重量百分含量计，包括50-70%的纳米二氧化钛和30-50%的稀土金属氧化物。

11.一种安装有如权利要求1-10任一项所述的节能装置的燃油燃气设备。

12.一种燃油燃气的节能方法，其特征在于，所述方法包括：在油气通道内形成一个强静电场且在该通道的内表面形成二氧化钛和/或稀土金属氧化物的颗粒作为正电中心。

13.一种燃油燃气的节能方法，其特征在于，所述方法包括：在燃油燃气设备的喷油气嘴上安装或者形成如权利要求1-10任一项所述的节能装置。