CN110411012A - 一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种迷宫式燃烧催化加热器发热内芯，其内壳体为圆管状，一端封闭，另一端设有热气出口；助燃催化体用于对气体起助燃或催化作用，也为圆管状，同轴固定设置在内壳体内，侧壁上分布有若干用于气体穿过的网孔；在助燃催化体的内侧或外侧设有气体缓冲空间，在助燃催化体的与气体缓冲空间相对的外侧或内侧设有热交换空间。本发明能使得燃烧充分。

Description

一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯

技术领域

本发明涉及催化燃烧技术加热设备，尤其是涉及一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯。

背景技术

燃料加热器通过燃料燃气(如天然气、液化石油气、城市煤气、沼气等)的燃烧产生热量对水进行加热，使水温达到生活、采暖等要求，实现供暖和提供生活、洗浴用热水。而在燃烧加热的过程中却会产生一系列的问题，如燃烧不充分，燃烧不充分不仅造成了资源上的浪费，提高了使用成本，而且燃气在不充分燃烧还会产生CO等有毒气体，不仅污染了空气，还危害了人的身体健康。

为了解决燃烧加热所存在的一系列问题，人们发明了催化燃烧技术，(如生物质颗粒、甲醇、氢气催化燃烧技术等)，催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完全燃烧，对改善燃烧过程、降低反应温度、促进完全燃烧、抑制有毒有害物质的形成等方面具有极为重要的作用，是一个环境友好的过程。

随着社会的发展，催化燃烧技术的应用领域不断扩展，在经济、社会的发展以及工业化的需求使得催化技术，特别是催化燃烧技术日益成为一种不可或缺的工业技术手段，催化燃烧不但可以使燃料得到充分利用，而且无论是从能源利用角度还是从环境保护角度考虑，其技术进步都会对社会发展产生重大影响。

催化燃烧技术的研究已不再是停留在理论及实验室水平上了，更具有现实意义的是各类新品种催化剂研究成功，尤其是甲醇催化剂，已开始成为一种产业走进我们的生活。

目前，甲醇催化燃烧技术的研究与应用已经进入一个快速发展的阶段，它的作用也越来越被人们所重视。例如,甲醇催化燃烧技术无焰加热装置，不用燃烧燃料就能取得热能的新加热方式，这种无焰加热装置是采用甲醇在反应器内进行催化反应进行制热的装置。

催化燃烧技术应用在锅炉燃煤中,实现了贫燃料的燃烧过程，打破了传统火焰燃烧的可燃界限，能进一步提高燃气炉的燃烧效率和热效率。另外，催化燃烧技术也已成功应用于其他领域，例如家用燃气的催化燃烧，水泥熟料的煅烧等等。可见，催化燃烧领域的应用之广，意义之大，在未来的社会发展中，它具有举足轻重的地位，对节能降耗，合理利用资源和保护环境上都具有重要的推动作用。因此，大力推进催化燃烧技术的研究工作，积极推广催化燃烧技术的应用，对社会的发展和环境的保护具有深刻积极地意义，发展前景广阔，市场巨大。

而目前市场上的燃料加热器虽然使用了催化技术，但却均为在燃料路径上直接设置催化剂进行催化的结构，会出现新的问题，就是不能均匀的、充分的进行催化，从而还是带来了不能燃烧充分的问题。

另外，现有的燃气加热器在加热时只能利用热交换装置的一部分导热壁进行热交换，影响了加热速度。而产生上述问题的主要原因是因为未设置合理的内芯对燃气进行合理的分配和进行充分的催化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其能使得燃烧充分。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于，包括：

内壳体，为圆管状，一端封闭，另一端设有热气出口；

助燃催化体，用于对燃料起助燃或催化作用，也为圆管状，同轴固定设置在内壳体内，侧壁上设有若干用于燃料穿过的网孔；在助燃催化体的内侧或外侧设有气体缓冲空间，在助燃催化体的与气体缓冲空间相对的外侧或内侧设有热交换空间；

当燃料进入气体缓冲空间后，从网孔穿过助燃催化体，再在热交换空间产生热量与设置在热交换空间内的热交换装置进行热交换，经热交换后的气体从热气出口流出。

其中一个具体的实施结构为：所述内壳体的一端口处密封盖设有密封头，另一端口设有端部圆环板，端部圆环板的中孔作为热气出口；助燃催化体的一端面与端部圆环板固定连接，另一端面设有圆环盖板，圆环盖板的外环面与内壳体的内壁之间留有气体流通间隙，助燃催化体的外侧壁与内壳体的内侧壁之间留有间隙，形成气体缓冲空间，助燃催化体的内侧作为热交换空间；使用时，外部的进气管延伸入圆环盖板与密封头之间的空间中。

所述密封头的内面的中部为凸面、周边为凹面，凸面、凹面与内壳体的内面圆滑衔接。

所述凸面、凹面和内壳体的内面上分别设有同一螺旋方向的螺旋槽。

另一个具体的实施结构为：所述助燃催化体的一端面与内壳体的封闭端口的端面固定连接，助燃催化体的另一端面设有端部圆环板，端部圆环板的外环面与内壳体的内壁之间留有间隙，作为热气出口，助燃催化体与内壳体的内壁之间留有间隙，作为热交换空间，助燃催化体的内侧作为气体缓冲空间；使用时，外部的进气管从端部圆环板的中孔伸入气体缓冲空间中。

所述助燃催化体包括圆管状的内网和圆管状的外网，在外网和内网之间填充有颗粒状的催化剂或助燃剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在使用时，进入的燃料会先在气体缓冲空间进行缓冲，助燃催化体会对气体进行一定的阻挡缓冲，使得燃料在气体缓冲空间中较均匀的分布，且减缓了气体的流速，之后燃料才在进气压力的作用下较均匀的通过网孔穿过助燃催化体，进入热交换空间产生热量，与热交换装置的整个侧面进行热交换，热交换面积广，利用率高，从而使得加热更快。由于燃料进入本发明后会被分散开，且分布较均匀，流速较小，助燃催化体能充分作用在燃料上，使得燃料能充分进行催化和燃烧。

附图说明

图1是本发明实施例一的立体示意图；

图2是本发明实施例一的剖视示意图；

图3是本发明实施例二的剖视示意图；

图4是本发明实施例一装配在加热器中的立体示意图；

图5是本发明实施例一装配在加热器中的爆炸示意图；

图6是本发明实施例一装配在加热器中的剖视示意图；

图7是施例一中的加热器隐藏上壳体、下壳体和发热内芯后的结构示意图；

图8是施例一中的加热器隐藏上壳体和下壳体后的结构示意图；

图9是本发明实施例三的剖视示意图；

图10是本发明实施例三装配在加热器中的剖视示意图。

图中附图标记含义：

1-外壳体；1.1-上壳体；1.2-下壳体；1.3-排气口；1.4-气体缓存腔；2-进气管；2.1-卡片；2.1.1-平板支撑部；2.1.2-卡接部；3-热交换装置；3.1-进气液管；3.2-出气液管；3.3-螺旋管；3.4-竖管；3.5-外圆管壁；3.6-圆环板；3.7-内圆管壁；3.8-缓冲网；3.9-分隔板；3.10-完成隔板；3.11-缺口；4-发热内芯；4.1-密封头；4.2-凹面；4.3-凸面；4.4-进气间距；4.5-圆环盖板；4.6-气体流通间隙；4.7-缓冲空间；4.8-助燃催化体；4.8.1-内网；4.8.2-催化剂或助燃剂；4.8.3-外网；4.9-内壳体；4.10-凸环；4.11-端部圆环板；4.12-热气出口；4.13-端部圆环板的中孔；4.14-螺旋槽；4.15-热交换空间。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例一：

如图1和图2所示的一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯4，其包括内壳体4.9和助燃催化体4.8。

如图2所示，内壳体4.9为圆管状，内壳体4.9的上端口处密封盖设有密封头4.1，下端口设有端部圆环板4.11，端部圆环板4.11的中孔4.13作为热气出口，助燃催化体4.8的下端面与端部圆环板4.11固定连接，从而将助燃催化体4.8同轴固定设置在内壳体4.9内，助燃催化体4.8的上端与密封头4.1的内面之间留有一定距离，助燃催化体4.8上端面设有圆环盖板4.5，圆环盖板4.5的外环面与内壳体的内壁之间留有气体流通间隙4.6，助燃催化体4.8的外侧壁与内壳体4.9的内侧壁之间留有间隙，形成气体缓冲空间4.7，气体缓冲空间4.7位于助燃催化体4.8的外侧，助燃催化体4.8的内侧作为热交换空间4.15。

本实施例的助燃催化体4.8包括圆管状的内网4.8.1和圆管状的外网4.8.3，在外网4.8.3和内网4.8.1之间填充有颗粒状的催化剂或助燃剂4.8.2。对于助燃催化体4.8的结构还可以为将助燃催化体整体直接制成网状，此时，其使用的材质本身就是催化剂或助燃剂。

使用时，热交换装置设置在热交换空间4.15内，外部的进气管穿过圆环盖板4.5的中孔4.14延伸入圆环盖板4.5与密封头4.1之间的空间中，从进气管进入的燃料首先进入圆环盖板4.5与密封头4.1之间的空间，再通过气体流通间隙4.6进入气体缓冲空间4.7，由于助燃催化体4.8的一定阻挡作用，燃料将在气体缓冲空间4.7进行一定的缓冲，之后较均匀的通过网孔穿过助燃催化体4.8，进入热交换空间4.15，在热交换空间4.15通过燃烧或化学反应产生热量与热交换装置进行热交换，经热交换后的气体在气压作用下不断向热气出口4.12流动，从热气出口流出。可见，燃料不是直接进行燃烧后就排出的，而是如进入迷宫似的，经多次波折。

上述的燃料可以是燃气与空气进行混合的混合燃料，也可以是雾化的甲醇与空气的混合燃料，也可以是氢气，也可以是其它常规燃料。针对不同的混合燃料，在使用时是需要不同的选择的，就以上述的两种混合燃料为例：当使用的是燃气与空气进行混合的混合燃料时，助燃催化体中设置的是助燃剂，且还设置有常规手段的点火装置，点火装置在热交换空间内进行打火，以点燃气体。而当使用的是雾化的甲醇与空气的混合燃料时，助燃催化体中设置的是催化剂(甲醇催化剂)，在雾化的甲醇与空气的混合气体经过助燃催化体时，甲醇与催化剂接触发生化学反应并发热，此时不再需要点火装置。燃料的送入可以通过常规手段中的鼓风机送风及甲醇定量控制流量计送甲醇，也可以通过增氧机输送燃料。

本实施例的密封头4.1的内面的中部为凸面4.3、周边为凹面4.2，凸面4.3、凹面4.2与内壳体4.9的内面圆滑衔接。当气体从进气管2的里端喷出时，首先喷向凸面4.3，在凸面4.3作用下向周边均匀散开，再在凸面4.3的引导下向侧边流动，沿内壳体4.9的内面向下流动，使得气体分布更均匀，且起到缓冲作用。

如图4至图8所示为本实施例的发热内芯4安装在迷宫式催化燃烧加热器时的结构示意图，该迷宫式催化燃烧加热器除了包括发热内芯4，还包括外壳体1、进气管2和热交换装置3。

外壳体1为圆筒状，两端封闭，内设有气体缓存腔1.4，上端设有与气体缓存腔1.4连通的排气口1.3。为了能对外壳体1内的部件进行维护，外壳体1设置成上壳体1.1和下壳体1.2，上壳体1.1和下壳体1.2之间通过螺纹密封连接。

进气管2穿入气体缓存腔1.4内，进气管2从外壳体1的下端穿出，当然需对穿出孔的位置进行密封处理，进气管2位于外壳体1外边的外端用于与外部气管连接，排气口1.3和进气管2穿出的位置为位于外壳体的相对的两端。

热交换装置3呈圆管状，套设在进气管2上，热交换装置3可以通过焊接固定在进气管2上，热交换装置3位于气体缓存腔1.4内，下端设有延伸至外壳体1外的进气液管3.1和出气液管3.2，进气液管3.1和出气液管3.2沿着进气管2的外壁向外延伸。进入热交换装置的，可以是液体，也可以是气体，需加热的液体或气体通过进气液管进入热交换装置3，热交换后的液体或气体通过出气液管流出。当然，热交换装置3由导热材料制成，如：金属材料。

本实施例的发热内芯4通过卡扣结构可拆卸的套设在进气管2的位于气体缓存腔4.4内的部位上，热交换装置3位于发热内芯4.8中。进气管2通过端部圆环板4.11的中孔4.13穿入助燃催化体4内，进气管2的内端还穿过圆环盖板的中孔，延伸入圆环盖板与密封头之间的空间中，热交换装置3位于助燃催化体4内侧的热交换空间内，端部圆环板4.11的内环面与进气管2的侧壁之间留有间隙，圆环盖板4.5的内环面紧贴在进气管2的外侧壁上，进气管2的端面与密封头4.1的内面之间留有进气间距4.4。

使用时，从热气出口4.12流出的气体进入气体缓存腔1.4，当气体缓存腔1.4内的气体积累到一定量后自然从排气口1.3排出，积累在气体缓存腔内的气体还起到一定的保温隔离作用。

上述的卡扣结构包括固定在进气管上的四个卡片2.1和设在内壳体4.9的设有热气出口4.12的端部的外侧壁上的凸环4.10，四个卡片2.1按圆周方向均匀分布，相邻卡片2.1之间预留有间距，使得从热气出口4.12出来的气体可以穿过该间距进入气体缓存腔。如图5所示，卡片2.1包括沿进气管2径向延伸的平板支撑部2.1.1和设在平板支撑部2.1.1外沿边的圆弧状的卡接部2.1.2。当发热内芯4扣接在进气管2上时，发热内芯4的对应端面平贴支撑在平板支撑部2.1.1的表面上，卡接部2.1.2配合扣在凸环4.10上，从而实现卡接。

上述的热交换装置3包括两螺旋管3.3，两螺旋管3.3的靠近进气液管和出气液管的一端分别与进气液管3.1和出气液管3.2连通，远离进气液管3.1和出气液管3.2的另一端相互连接在一起，形成一条液体通道，从而形成双螺旋结构，实现液体可以在同一方向流入，并在同一方向流出，热交换装置的安装更简单。

实施例二：

如图3所示为实施例二的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯的结构示意图，实施例二为了使得燃料更均匀，在凸面4.3、凹面4.2和内壳体4.9的内面上分别设有同一螺旋方向的螺旋槽4.14，部分气体将沿螺旋槽4.14的螺旋方向运动，形成一定的旋转气流，使得燃料更均匀分布。

实施例三：

实施例三的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯与实施例一的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯的区别在于：热交换空间4.15位于助燃催化体4.8的外侧，气体缓冲空间4.7位于助燃催化体4.8的内侧。

具体为：如图9所示，助燃催化体4.8的上端面与内壳体4.9的上封闭端口的端面固定连接，助燃催化体4.8的下端面设有端部圆环板4.11，端部圆环板4.11的外环面与内壳体4.9的内壁之间留有间隙，作为热气出口4.12，助燃催化体4.8与内壳体4.9的内壁之间留有间隙，作为热交换空间4.15，助燃催化体4.8的内侧作为气体缓冲空间4.7。

使用时，外部的进气管从端部圆环板4.11的中孔4.13伸入气体缓冲空间中，从进气管进入的气体首先进入气体缓冲空间4.7中，在气体缓冲空间4.7进行一定的缓冲后，较均匀的通过网孔穿过助燃催化体4.8，进入热交换空间4.15，在热交换空间4.15通过燃烧或化学反应产生热量与热交换装置进行热交换，经热交换后的气体在气压作用下不断向热气出口4.12流动，从热气出口流出。

如图10所示为实施例二的发热内芯安装在迷宫式催化燃烧加热器时的结构示意图，该迷宫式催化燃烧加热器的圆管状的热交换装置3的内侧面与进气管2的外侧壁之间设有间距，热交换装置3通过其与进气液管和出气液管连接的一端与进气管2固定连接，连接的方式可以是焊接，圆管状的热交换装置3通过热气出口4.12穿入助燃催化体4.8与内壳体4.9之间。进气管2通过端部圆环板4.11的中孔穿入助燃催化体4.8内侧的气体缓冲空间中，进气管2的上端抵靠在内壳体4.9的上端封闭板上，进气管2的位于助燃催化体4.8内的部位的侧壁上设有若干个出气孔2.2，端部圆环板4.11的内环面紧贴在进气管2的外侧壁上。

使用时，从进气管2进入的燃料先从出气孔2.2进入缓冲空间4.7，再从网孔穿过助燃催化体4.8，穿过助燃催化体4.8的燃料通过燃烧或化学反应产生热量与热交换装置3进行热交换，经热交换后的气体在气压作用下不断向热气出口4.12流动，并穿过热气出口4.12进入气体缓存腔1.4，当气体缓存腔1.4内的气体积累到一定量后自然从排气口排出。

本发明可以使用在；直热热泵设备、冷热水地暖设备、家用水循环设备、高温热水、烘干设备、恒温养殖、泳池设备、冷热水两用机组设备、喷气增焓超低温采暖热泵设备、空调热水机组大小型工业家用等设备中。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于，包括：

内壳体，为圆管状，一端封闭，另一端设有热气出口；

助燃催化体，用于对燃料起助燃或催化作用，也为圆管状，同轴固定设置在所述内壳体内，侧壁上设有若干用于燃料穿过的网孔；在所述助燃催化体的内侧或外侧设有气体缓冲空间，在所述助燃催化体的与所述气体缓冲空间相对的外侧或内侧设有热交换空间；

当燃料进入所述气体缓冲空间后，从所述网孔穿过所述助燃催化体，再在所述热交换空间产生热量与设置在所述热交换空间内的热交换装置进行热交换，经热交换后的气体从热气出口流出。

2.根据权利要求1所述的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于：所述内壳体的一端口处密封盖设有密封头，另一端口设有端部圆环板，所述端部圆环板的中孔作为所述热气出口；所述助燃催化体的一端面与端部圆环板固定连接，另一端面设有圆环盖板，所述圆环盖板的外环面与内壳体的内壁之间留有气体流通间隙，所述助燃催化体的外侧壁与所述内壳体的内侧壁之间留有间隙，形成所述气体缓冲空间，所述助燃催化体的内侧作为所述热交换孔间；使用时，外部的进气管延伸入所述圆环盖板与所述密封头之间的空间中。

3.根据权利要求2所述的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于：所述密封头的内面的中部为凸面、周边为凹面，所述凸面、凹面与内壳体的内面圆滑衔接。

4.根据权利要求3所述的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于：所述凸面、凹面和内壳体的内面上分别设有同一螺旋方向的螺旋槽。

5.根据权利要求1所述的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于：所述助燃催化体的一端面与内壳体的封闭端口的端面固定连接，所述助燃催化体的另一端面设有端部圆环板，所述端部圆环板的外环面与所述内壳体的内壁之间留有间隙，作为所述热气出口，所述助燃催化体与所述内壳体的内壁之间留有间隙，作为所述热交换空间，所述助燃催化体的内侧作为所述气体缓冲空间；使用时，外部的进气管从所述端部圆环板的中孔伸入所述气体缓冲空间中。

6.根据权利要求1所述的迷宫式催化燃烧加热器发热内芯，其特征在于：所述助燃催化体包括圆管状的内网和圆管状的外网，在所述外网和内网之间填充有颗粒状的催化剂或助燃剂。