CN113193211B - 一种氢能装置内置燃烧供热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了重整制氢设备领域的一种氢能装置内置燃烧供热结构，以克服现有氢能制热装置辐射范围小，热量分布不均匀的缺陷，为了克服上述缺陷，本技术方案包括由上到下依次连接的热交换器、燃烧腔室和电池组，所述热交换器的径向两侧连通有导热管，所述导热管贯穿于电池组，且导热管紧贴于燃烧腔室，导热管沿气流的出口方向处带有导流热效能装置；本技术方案中利用导热管紧贴燃烧室，通过废气的热能进行供热，降低了燃烧室的预热过程，同时导热管扩大了燃烧室的热辐射范围，将热量进行均匀分布，并且将废弃的气体进一步利用，从而提升废气的利用效率。

Description

一种氢能装置内置燃烧供热结构
技术领域
本发明属于重整制氢设备领域，具体是一种氢能装置内置燃烧供热结构。
背景技术
氢能经济的概念最早由John Bockris于1970年提出，旨在使用氢气作为能量载体供交通工具(车、船等)及便携式电子设备使用。美国能源部对氢能的定义为：氢气是一种能量载体而非能源，它将能量以可用的形式储存并运输，但它必须经由含氢化合物提取制备。氢气在自然界中的总量并不大，它需要使用其他能源采用相关技术制备获得；另外制备的氢气也并非直接供用户使用，而是需要先转换为电能再以电的形式提供用户能量所需。
在当代，氢能的利用主要是在能源动力方面的应用，因为它不仅能量密度高，而且燃烧后的产物是水，是一种理想的清洁，绿色，可再生能源。氢气作为燃料的使用主要有两种形式：一是通过氢的离子化转化成电能，通过燃料电池实现；二是通过氢的燃烧从化学能转化为机械能，由内燃机实现。
现有技术的氢能装置主要有以下缺陷，一、反应室中的重整反应区受热均匀性差，从而影响反应效率。二、燃烧筒内以及燃烧筒底温度高，因此只能利用内、外筒底部以上的侧壁之间的夹层作为重整反应区，重整反应区空间受限。三、燃气和空气预热效果差，燃烧效率相对较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种氢能燃烧供热结构，其燃烧后的热量分布均匀。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：包括由上到下依次连接的热交换器、燃烧腔室和电池组，所述热交换器的径向两侧连通有导热管，所述导热管贯穿于电池组，且导热管紧贴于燃烧腔室，导热管沿气流的出口方向处带有导流热效能装置；
所述导流热效能装置包括相互啮合的一组椭圆齿轮，所述椭圆齿轮都包括扁平的齿部，所述椭圆齿轮分为第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，第一椭圆齿轮的中心处连接有第一圆头销，第二椭圆齿轮的中心处连接有第二圆头销，所述第一椭圆齿轮的齿数比大于第二椭圆齿轮，第一圆头销的预紧力小于第二圆头销。
采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于采用重整制氢装置的现有技术，本技术方案中利用导热管紧贴燃烧室，通过废气的热能进行供热，降低了燃烧室的预热过程，同时导热管扩大了燃烧室的热辐射范围，将热量进行均匀分布，并且将废弃的气体进一步利用，从而提升废气的利用效率。
2、相对于废气利用的现有技术，本技术方案中利用椭圆齿轮进行分流和降压，此时由于第一椭圆齿轮与第二椭圆齿轮相互啮合，从而使二者产生相反的转向，在相反转向的带动下周围的气流在经过第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的近点时对流的气流在此处形成真空气压，真空气压产生如下效果，椭圆齿轮组表面形成隔热效果，降低椭圆齿轮组的制造成本，并提升椭圆齿轮组的使用寿命，同时真空气压形成气流阻隔，将热流导向两边，从而使大量热流贴近导热管内壁，将冷却的燃烧腔室快速预热或将高温的燃烧腔室快速带走热量，从而均匀分布热能(类似介质冷却的效果，此时的介质为高压力气流)。
3、相对于形成分流效果的现有技术，本技术方案中利用椭圆齿轮的扁平齿部带有扰流和引流效果。
4、相对于带有导流和引流效果的现有技术，本技术方案中利用第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的不同齿数比，从而实现排流和回流的气体流量不同，此时可以根据实际调节，从而降低供热过程中压力过大的风险。
5、相对于形成降低压力风险的现有技术，本技术方案中利用第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮连接的圆头销扭力不同从而实现不同的工作过程，第一个工作过程为磨合过程，第一圆头销连接的第一椭圆齿轮作为主动副带动第二椭圆齿轮旋转，此时第二齿轮对第一齿轮具有减速作用，从而实现了预热阶段降低对气流的限制，延长了真空气压形成的时间。第二个阶段为适应阶段，这个阶段第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮根据自身惯性降低了旋转需要的阻力，因此加速了真空气压形成的时间，便于快速分流。
进一步，所述燃烧腔室内置有火花塞，火花塞连接有控制系统，所述控制系统包括闭合开关、感应器和铰板，所述火花塞与感应器之间连接有控制火花塞关闭的闭合开关，铰板位于导热管内部，且铰板的运动行程中接触感应器。
有益效果：1、相对于不同阶段气体分流的现有技术，本技术方案中利用外置的感应器(传统技术感应器置于燃烧腔室内部，从而降低了感应器的使用寿命)，延长了感应器的使用寿命。
2、相对于延长感应器使用寿命的现有技术，本技术方案中利用气流压力实现感应器的触控检测，在燃烧室高速运转过程中，气流的流量逐步增加进入导热管，从而使导热管内气流的压力增加，同时，由于第一椭圆齿轮逐步引导气流，在气流压力下铰板逐步靠近感应器，从而通过感应器实现闭合开关控制火花塞的工作状态，避免燃烧室过热。
进一步，所述第一椭圆齿轮顺时针旋转，第二椭圆齿轮逆时针旋转，铰板位于第一椭圆齿轮上方，且铰板自然状态下与导热管之间呈45°夹角，铰板的偏移方向朝向感应器。
有益效果：
进一步，所述电池组包括位于顶部的阳极板、位于中间的电解板和位于底部的阴极板，所述正极板表面开有贯穿整个电池组的若干通孔。
有益效果：利用通孔实现气流的流向通道，实现燃料路径和氧化剂路径的相互交换。
进一步，导热管的顶部为散热孔，导热管的底部为回热孔，回热孔连接于其中一个通孔处。
进一步，所述燃烧腔室的径向两侧带有侧壁，侧壁顶部带有冷媒灌注孔，所述冷媒灌注孔连通另一个通孔。
有益效果：辅助冷媒进行降温，在扩大热辐射以及预热燃烧室机组的同时，降低炸膛风险。
进一步，所述电解板与阳极板之间形成有燃料路径，所述阴极板与电解板之间形成有氧化剂路径。
有益效果：实现路径的分离和交合。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为图1的全剖图；
图3为图2中A处的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：热交换器1、燃烧腔室2、电池组3、导热管4、导流热效能装置5、第一椭圆齿轮、第二椭圆齿轮、火花塞6、感应器7、铰板8、阳极板9、电解板10、阴极板11。
实施例基本如附图1所示：一种氢能装置内置燃烧供热结构包括由上到下依次连接的热交换器1、燃烧腔室2和电池组3，所述热交换器1的径向两侧连通有导热管4，所述导热管4贯穿于电池组3，且导热管4紧贴于燃烧腔室2，导热管4沿气流的出口方向处带有导流热效能装置5；
请参考图2和图3，导流热效能装置5包括相互啮合的一组椭圆齿轮，所述椭圆齿轮都包括扁平的齿部，椭圆齿轮分为第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，第一椭圆齿轮顺时针旋转，第二椭圆齿轮逆时针旋转，第一椭圆齿轮的中心处连接有第一圆头销，第二椭圆齿轮的中心处连接有第二圆头销，所述第一椭圆齿轮的齿数比大于第二椭圆齿轮，第一圆头销的预紧力小于第二圆头销。
燃烧腔室2内置有火花塞6，火花塞6连接有控制系统，所述控制系统包括闭合开关、感应器7和铰板8，所述火花塞6与感应器7之间连接有控制火花塞6关闭的闭合开关，铰板8位于导热管4内部，且铰板8的运动行程中接触感应器7，铰板8位于第一椭圆齿轮上方，且铰板8自然状态下与导热管4之间呈45°夹角，铰板8的偏移方向朝向感应器7。
具体实施过程如下：本技术方案中利用椭圆齿轮进行分流和降压，此时由于第一椭圆齿轮与第二椭圆齿轮相互啮合，从而使二者产生相反的转向，在相反转向的带动下周围的气流在经过第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的近点时对流的气流在此处形成真空气压，真空气压产生如下效果，椭圆齿轮组表面形成隔热效果，降低椭圆齿轮组的制造成本，并提升椭圆齿轮组的使用寿命，同时真空气压形成气流阻隔，将热流导向两边，从而使大量热流贴近导热管4内壁，将冷却的燃烧腔室2快速预热或将高温的燃烧腔室2快速带走热量。导热管4紧贴燃烧室，通过废气的热能进行供热，降低了燃烧室的预热过程，同时导热管4扩大了燃烧室的热辐射范围，并且将废弃的气体进一步利用，从而提升废气的利用效率。
第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮连接的圆头销扭力不同从而实现不同的工作过程，第一个工作过程为磨合过程，第一圆头销连接的第一椭圆齿轮作为主动副带动第二椭圆齿轮旋转，此时第二齿轮对第一齿轮具有减速作用，从而实现了预热阶段降低对气流的限制，延长了真空气压形成的时间。第二个阶段为适应阶段，这个阶段第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮根据自身惯性降低了旋转需要的阻力，因此加速了真空气压形成的时间，便于快速分流。
第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的不同齿数比，从而实现排流和回流的气体流量不同，此时可以根据实际调节，从而降低供热过程中压力过大的风险。
利用气流压力实现感应器7的触控检测，在燃烧室高速运转过程中，气流的流量逐步增加进入导热管4，从而使导热管4内气流的压力增加，同时，由于第一椭圆齿轮逐步引导气流，在气流压力下铰板8逐步靠近感应器7，从而通过感应器7实现闭合开关控制火花塞6的工作状态，避免燃烧室过热。
实施例二
请参考图2，本实施例与上述实施例的区别在于，本实施例中电池组3包括位于顶部的阳极板9、位于中间的电解板10和位于底部的阴极板11，电解板10与阳极板9之间形成有燃料路径，阴极板11与电解板10之间形成有氧化剂路径。
正极板表面开有贯穿整个电池组3的若干通孔，导热管4的顶部为散热孔，导热管4的底部为回热孔，回热孔连接于其中一个通孔处，燃烧腔室2的径向两侧带有侧壁，侧壁顶部带有冷媒灌注孔，冷媒灌注孔连通另一个通孔。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：包括由上到下依次连接的热交换器、燃烧腔室和电池组，所述热交换器的径向两侧连通有导热管，所述导热管贯穿于电池组，且导热管紧贴于燃烧腔室，导热管沿气流的出口方向处带有导流热效能装置；
所述导流热效能装置包括相互啮合的一组椭圆齿轮，所述椭圆齿轮都包括扁平的齿部，所述椭圆齿轮分为第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，第一椭圆齿轮的中心处连接有第一圆头销，第二椭圆齿轮的中心处连接有第二圆头销，所述第一椭圆齿轮的齿数比大于第二椭圆齿轮，第一圆头销的预紧力小于第二圆头销。
2.根据权利要求1所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：所述燃烧腔室内置有火花塞，火花塞连接有控制系统，所述控制系统包括闭合开关、感应器和铰板，所述火花塞与感应器之间连接有控制火花塞关闭的闭合开关，铰板位于导热管内部，且铰板的运动行程中接触感应器。
3.根据权利要求2所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：所述第一椭圆齿轮顺时针旋转，第二椭圆齿轮逆时针旋转，铰板位于第一椭圆齿轮上方，且铰板自然状态下与导热管之间呈45°夹角，铰板的偏移方向朝向感应器。
4.根据权利要求1所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：所述电池组包括位于顶部的阳极板、位于中间的电解板和位于底部的阴极板，所述阴极板表面开有贯穿整个电池组的若干通孔。
5.根据权利要求4所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：导热管的顶部为散热孔，导热管的底部为回热孔，回热孔连接于其中一个通孔处。
6.根据权利要求5所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：所述燃烧腔室的径向两侧带有侧壁，侧壁顶部带有冷媒灌注孔，所述冷媒灌注孔连通另一个通孔。
7.根据权利要求6所述的一种氢能装置内置燃烧供热结构，其特征在于：所述电解板与阳极板之间形成有燃料路径，所述阴极板与电解板之间形成有氧化剂路径。
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