CN110748881B - 微尺度燃烧发电装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微尺度燃烧发电装置，包括：气体混合腔、燃烧发电腔、尾能吸收腔，甲烷、氧气首先在气体混合腔混合或甲烷、氧气、氢气首先在气体混合腔混合，生成的混合气体进入燃烧发电腔中燃烧发电，燃烧发电腔排出的尾气经过尾能吸收腔将热能吸收。本发明在整体装置上增加尾能吸收腔，通过其中的热能发电机将热燃烧发电腔产生的含有大量热能的尾气进行热电转换，提高了能源的吸收率。
Description
技术领域
本发明涉及微尺度发电技术领域，具体涉及一种微尺度燃烧发电装置及其使用方法。
背景技术
燃烧燃料从而产生能量是生产生活中采用的最为广泛的能源利用方式。世界上有90％的能源是直接或间接地通过燃烧而得以利用地。但在某些场合，由于加工技术限制，燃料燃烧就不能发挥用武之地，比如手机，笔记本电脑等可携带电子设备，目前人们主要是依靠电池来给他们提供能源。化学电池由于体积小，携带方便等特点，在这些场合有很大的利用空间，但是其缺点也显而易见，因为其能量密度低，可连续工作时间短，需要经常地更换电池或充电。所以人们就开始尝试采用微燃烧器内的燃烧来获得能量。微燃烧器与电池相比具有：价格低廉，保存期限长，能够提供稳定的电压，再次添加燃料方便和比起一次性电池来环境友好等优点。因此微燃烧器成为一种很有潜力的储能设备。
专利号为CN104682769A，名称为甲烷转化制氢气的微尺度热光伏发电装置及方法。该装置通过将甲烷转化为氢气，利用微燃烧器为热源应用于热光伏发电实现热-电转换。该专利通中甲烷转化为氢气存在一定缺陷，该系统不能随时调节甲烷氢气与氧气的比例，研究表面，甲烷氢气适当比例混合(氢气与甲烷浓度比为1/9-2/8时能够燃烧并且燃烧效率高，且产生的尾气不会含有太多的水蒸气，微型热机发电系统可以正常运行。若氢气太少则不能正常工作，若氢气太多，则会产生过量水蒸气影响微型热机系统性能)可以促进燃烧提高效率，因此条件燃料比例可以间接调节本系统的发电效率，进一步优化了发电装置。并且该专利中甲烷和氢气的混合燃料燃烧以后必定会产生大量高温高压的烧热尾气，还有大量能量的尾气被直接浪费。
发明内容
本发明提供了一种微尺度燃烧发电装置及其使用方法，以解决现有技术中尾气能量浪费，催化剂无法更换，催化过程不可控的技术问题。
本发明提供了一种微尺度燃烧发电装置，包括：气体混合腔、燃烧发电腔、尾能吸收腔，甲烷、氧气首先在气体混合腔混合或甲烷、氧气、氢气首先在气体混合腔混合，生成的混合气体进入燃烧发电腔中燃烧发电，燃烧发电腔排出的尾气经过尾能吸收腔将热能吸收。
进一步地，所述气体混合腔包括：控制箱、氧气进气口、甲烷进气口、氢气进气口、第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀；所述气体混合腔上端设有氧气进气口，下端设有甲烷进气口、氢气进气口，所述氧气进气口内设有第一进气阀，所述甲烷进气口内设有第二进气阀，所述氢气进气口内设有第三进气阀；所述气体混合腔内的上部设有第一混合腔，下部设有第二混合腔；所述控制器与所述第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀电路连接；甲烷、氢气经过第二混合腔混合氧气经过第一混合腔混合后进入燃烧发电腔；
所述燃烧发电腔包括点火器、点火导管、燃烧器、滤波器、光伏电池板；燃烧发电腔内的顶部设有点火器；所述点火器下方设有数个燃烧器，所述点火导管一端与所述点火器连接，另一端伸入所述燃烧器内；所述滤波器、光伏电池板依次由内向外设置在所述燃烧器的左右两侧；
所述尾能吸收腔包括蓄电池、热发电机、电源接出端；所述燃烧发电腔的出气口与所述热发电机的进气口连接；所述蓄电池分别与所述热发电机、所述光伏电池板以及所述电源接出端电路连接。
进一步地，所述气体混合腔还包括：浓度温度传感器；接近所述第二混合腔出口处设有所述浓度温度传感器，所述浓度温度传感器与所述控制箱电路连接。
进一步地，所述气体混合腔还包括：第四进气阀、第五进气阀、催化腔；所述第四进气阀设置于所述甲烷进气口与第二混合腔之间的气体混合腔腔壁上；所述第五进气阀设置于所述第二混合腔腔壁上；所述第四进气阀、第五进气阀与所述控制箱电路连接；所述催化腔一侧设有舱门，催化剂通过舱门装入所述催化腔内，所述催化腔另一侧设有催化腔进气口、催化腔出气口；所述催化腔可拆卸的装配在所述气体混合腔一侧，所述催化腔装备在所述气体混合腔上时，所述催化腔进气口与所述第四进气阀密闭连通，催化腔出气口与所述第五进气阀密闭连通，甲烷气体通过第四进气阀、催化腔进气口进入所述催化腔产生氢气，生成的甲烷、氢气的混合气体通过催化腔出气口、第五进气阀进入第二混合腔。
本发明还提供了一种微尺度燃烧发电装置的使用方法，包括：同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法以及同时通入甲烷、氧气时的使用方法；
其中，所述同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤A1：打开第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀，将负载与电源接出端连接，通过甲烷进气口通入甲烷气体，通过氢气进气口通入氢气，通过氧气进气口通入氧气；
步骤A2：当甲烷浓度低于80％时，通过控制箱调节第三进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
当甲烷浓度高于90％时，通过控制箱调节第二进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
步骤A3：点火后，当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第三进气阀；
所述同时通入甲烷、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤B1：打开第一进气阀、第二进气阀，将负载与电源接出端连接，通过甲烷进气口通入甲烷气体，通过氧气进气口通入氧气；
步骤B2：点火后，当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀；
步骤B3：当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第四进气阀、第五进气阀。
进一步地，所述步骤A2中，当无法通过控制箱调节第三进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀。
进一步地，所述步骤A3中还包括：当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀；当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第四进气阀、第五进气阀。
本发明的有益效果：
本发明在整体装置上增加尾能吸收腔，通过其中的热能发电机将热燃烧发电腔产生的含有大量热能的尾气进行热电转换，提高了能源的吸收率。
本发明可以选择性的通入氢气，并在通入氢气时，调整甲烷和氢气的混合比，以此适应不同尺寸的燃烧器，提高了本发明的工况适应性。
本发明将催化腔可拆卸的与气体混合腔装配，在甲烷浓度过高，无法点火或完全点火时，让部分甲烷进行催化产生氢气，辅助点火，提高装置的适用性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明中一种微尺度燃烧发电装置的结构图；
图2为本发明图1中A-A处剖视图；
图3为本发明催化腔的结构图；
图4为本发明催化腔进、出气处视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种微尺度燃烧发电装置，包括：气体混合腔、燃烧发电腔、尾能吸收腔，甲烷、氧气首先在气体混合腔混合或甲烷、氧气、氢气首先在气体混合腔混合，生成的混合气体进入燃烧发电腔中燃烧发电，燃烧发电腔排出的尾气经过尾能吸收腔将热能吸收。
气体混合腔包括：控制箱1-1、氧气进气口1-2、甲烷进气口1-3、氢气进气口1-4、第一进气阀1-5、第二进气阀1-6、第三进气阀1-7、浓度温度传感器1-8、第四进气阀1-9、第五进气阀1-10、催化腔1-11；气体混合腔上端设有氧气进气口1-2，下端设有甲烷进气口1-3、氢气进气口1-4，氧气进气口1-2内设有第一进气阀1-5，甲烷进气口1-3内设有第二进气阀1-6，氢气进气口1-4内设有第三进气阀1-7；气体混合腔内的上部设有第一混合腔1-12，下部设有第二混合腔1-13；接近第二混合腔出口处设有浓度温度传感器1-8；第四进气阀1-9设置于甲烷进气口1-3与第二混合腔之间的气体混合腔腔壁上；第五进气阀1-10设置于第二混合腔腔壁上；催化腔1-11一侧设有舱门1-11-1，催化剂1-11-2通过舱门装入催化腔1-11内，催化腔1-11另一侧设有催化腔进气口1-11-3、催化腔出气口1-11-4；催化腔1-11可拆卸的装配在气体混合腔一侧，催化腔1-11装备在气体混合腔上时，催化腔进气口1-11-3与第四进气阀1-9密闭连通，催化腔出气口1-11-4与第五进气阀1-10密闭连通，甲烷气体通过第四进气阀1-9、催化腔进气口1-11-3进入催化腔1-11产生氢气，生成的甲烷、氢气的混合气体通过催化腔出气口1-11-4、第五进气阀1-10进入第二混合腔；控制器与第一进气阀1-5、第二进气阀1-6、第三进气阀1-7、浓度温度传感器1-8、第四进气阀1-9、第五进气阀1-10电路连接；甲烷、氢气经过第二混合腔混合氧气经过第一混合腔混合后进入燃烧发电腔；
燃烧发电腔包括点火器2-1、点火导管2-2、燃烧器2-3、滤波器2-4、光伏电池板2-5；燃烧发电腔内的顶部设有点火器2-1；点火器2-1下方设有数个燃烧器2-3，点火导管2-2一端与点火器2-1连接，另一端伸入燃烧器2-3内；滤波器2-4、光伏电池板2-5依次由内向外设置在燃烧器2-3的左右两侧；
尾能吸收腔包括尾气收集室内3-1、蓄电池3-2、热发电机3-3、电源接出端3-4、排气口3-5；燃烧发电腔的出气口与热发电机3-3的进气口连接；蓄电池3-2分别与热发电机3-3、光伏电池板2-5以及电源接出端3-4电路连接。
本发明的使用方法，包括：同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法以及同时通入甲烷、氧气时的使用方法；通过两种使用方法对应两种不同的工况条件；
其中，同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤A1：打开第一进气阀1-5、第二进气阀1-6、第三进气阀1-7，将负载与电源接出端3-4连接，通过甲烷进气口1-3通入甲烷气体，通过氢气进气口1-4通入氢气，通过氧气进气口1-2通入氧气；
步骤A2：当浓度温度传感器1-8检测到的甲烷浓度低于80％时，通过控制箱1-1调节第三进气阀1-7使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
当浓度温度传感器1-8检测到的甲烷浓度高于90％时，通过控制箱1-1调节第二进气阀1-6使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
当无法通过控制箱1-1调节第三进气阀1-7使甲烷浓度保持在80％至90％之间时，在气体混合腔上装配催化腔1-11，通过控制箱1-1打开第四进气阀1-9、第五进气阀1-10；
步骤A3：点火后，当浓度温度传感器1-8检测到的燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，此时说明已经成功将所有燃烧器2-3全部工作，通过控制箱1-1关闭第三进气阀1-7，以此减少消耗；
当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，此时说明有部分燃烧器2-3未能工作或者由于甲烷过多无法点火成功，在气体混合腔上装配催化腔1-11，通过控制箱1-1打开第四进气阀1-9、第五进气阀1-10；当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱1-1关闭第四进气阀1-9、第五进气阀1-10。
同时通入甲烷、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤B1：打开第一进气阀1-5、第二进气阀1-6，将负载与电源接出端3-4连接，通过甲烷进气口1-3通入甲烷气体，通过氧气进气口1-2通入氧气；
步骤B2：点火后，当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，此时说明有部分燃烧器2-3未能工作或者由于甲烷过多无法点火成功，在气体混合腔上装配催化腔1-11，通过控制箱1-1打开第四进气阀1-9、第五进气阀1-10；
步骤B3：当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱1-1关闭第四进气阀1-9、第五进气阀1-10。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (2)
1.一种微尺度燃烧发电装置，其特征在于，包括：气体混合腔、燃烧发电腔、尾能吸收腔，甲烷、氧气首先在气体混合腔混合或甲烷、氧气、氢气首先在气体混合腔混合，生成的混合气体进入燃烧发电腔中燃烧发电，燃烧发电腔排出的尾气经过尾能吸收腔将热能吸收；
所述气体混合腔包括：控制箱、氧气进气口、甲烷进气口、氢气进气口、第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀、浓度温度传感器、第四进气阀、第五进气阀、催化腔；所述气体混合腔上端设有氧气进气口，下端设有甲烷进气口、氢气进气口，所述氧气进气口内设有第一进气阀，所述甲烷进气口内设有第二进气阀，所述氢气进气口内设有第三进气阀；所述气体混合腔内的上部设有第一混合腔，下部设有第二混合腔；所述控制器与所述第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀电路连接；甲烷、氢气经过第二混合腔混合氧气经过第一混合腔混合后进入燃烧发电腔；所述浓度温度传感器设置在接近所述第二混合腔出口处，所述浓度温度传感器与所述控制箱电路连接；所述第四进气阀设置于所述甲烷进气口与第二混合腔之间的气体混合腔腔壁上；所述第五进气阀设置于所述第二混合腔腔壁上；所述第四进气阀、第五进气阀与所述控制箱电路连接；所述催化腔一侧设有舱门，催化剂通过舱门装入所述催化腔内，所述催化腔另一侧设有催化腔进气口、催化腔出气口；所述催化腔可拆卸的装配在所述气体混合腔一侧，所述催化腔装备在所述气体混合腔上时，所述催化腔进气口与所述第四进气阀密闭连通，催化腔出气口与所述第五进气阀密闭连通，甲烷气体通过第四进气阀、催化腔进气口进入所述催化腔产生氢气，生成的甲烷、氢气的混合气体通过催化腔出气口、第五进气阀进入第二混合腔；
所述燃烧发电腔包括点火器、点火导管、燃烧器、滤波器、光伏电池板；燃烧发电腔内的顶部设有点火器；所述点火器下方设有数个燃烧器，所述点火导管一端与所述点火器连接，另一端伸入所述燃烧器内；所述滤波器、光伏电池板依次由内向外设置在所述燃烧器的左右两侧；
所述尾能吸收腔包括蓄电池、热发电机、电源接出端；所述燃烧发电腔的出气口与所述热发电机的进气口连接；所述蓄电池分别与所述热发电机、所述光伏电池板以及所述电源接出端电路连接。
2.一种微尺度燃烧发电装置的使用方法，适用于如权利要求1所述的微尺度燃烧发电装置，其特征在于，包括：同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法以及同时通入甲烷、氧气时的使用方法；
其中，所述同时通入甲烷、氢气、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤A1：打开第一进气阀、第二进气阀、第三进气阀，将负载与电源接出端连接，通过甲烷进气口通入甲烷气体，通过氢气进气口通入氢气，通过氧气进气口通入氧气；
步骤A2：当甲烷浓度低于80％时，通过控制箱调节第三进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
当甲烷浓度高于90％时，通过控制箱调节第二进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间；
当无法通过控制箱调节第三进气阀使甲烷浓度保持在80％至90％之间时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀；
步骤A3：点火后，当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第三进气阀；
当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀；当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第四进气阀、第五进气阀；
所述同时通入甲烷、氧气时的使用方法包括如下步骤：
步骤B1：打开第一进气阀、第二进气阀，将负载与电源接出端连接，通过甲烷进气口通入甲烷气体，通过氧气进气口通入氧气；
步骤B2：点火后，当燃烧发电腔内的温度持续低于预设温度时，在气体混合腔上装配催化腔，通过控制箱打开第四进气阀、第五进气阀；
步骤B3：当燃烧发电腔内的温度达到预设温度时，通过控制箱关闭第四进气阀、第五进气阀。
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