CN113357628A - 一种折流式自动点火微型催化燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种折流式自动点火微型催化燃烧器，燃烧器的燃烧室内设有进气区和出口区，所述燃烧室内设有弧形挡板组件，所述弧形挡板组件将燃烧室的进气区和出口区之间划分为燃烧区和分流区，所述分流区位于燃烧区两侧；任一分流区出口设有用于偏移流体流动方向的偏置挡板，使分流区气体流动方向偏移并与燃烧区已有气体充分混合。所述弧形挡板组件包括弧形挡板和平直挡板，所述平直挡板一端位于进气区，所述平直挡板另一端与弧形挡板一端连接，所述弧形挡板另一端位于出口区附近。本发明使气体进入燃烧器之后能够充分混合，流动的湍流程度极大提升，且提高对于气体的滞止效果。

Description

一种折流式自动点火微型催化燃烧器
技术领域
本发明涉及微尺度热光电能量转换技术领域，特别涉及一种折流式自动点火微型催化燃烧器。
背景技术
随着热光电转换系统的不断发展以及微燃烧领域燃烧理论的不断完善，人们对能源领域，尤其是微尺度能源领域的关注度不断增长，其中，热光电转换系统，尤其是微热光电转换系统结构简单，没有活动部件，具有良好的实用性，因此也成为了目前研究的重点。微热光电系统的基本原理是燃烧器壁面上产生辐射，通过光电池产生电能。由于整个燃烧反应的尺度非常小，因此会产生一些不同于传统燃烧器的问题，首先是由于微燃烧室的面体比过大，导致壁面热损失大幅度增加，当燃烧产生的热量小于管壁损失的热量时，就会发生淬熄现象；其次，燃料在燃烧室内停留时间较短，燃烧不充分，会出现火焰温度低，温度分布不均以及能量转换率低的问题。
在微热光电系统中，微燃烧室是关键部件，常规的微尺度燃烧室主要存在的问题有温度分布不均、燃烧效率较低、燃烧稳定性差、燃烧不完全等，这些问题将会直接影响光电能量转化效率。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种折流式自动点火微型催化燃烧器，使气体进入燃烧器之后能够充分混合，流动的湍流程度极大提升，且提高对于气体的滞止效果，让气体在燃烧室中的停留时间大大加长，从而大幅提高燃烧效率。本发明还结合自动控制技术，使燃烧器在气体浓度达到阈值时能够自动点火。本发明能够有效解决传统微燃烧器中燃烧效率低下、温度分布不均、能量转化率低等问题。该发明结构简单易于实现，成本低廉，能够满足多种燃料和流速条件下的稳定燃烧，且具有较宽的燃烧极限。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种折流式自动点火微型催化燃烧器，燃烧器的燃烧室内设有进气区和出口区，所述燃烧室内设有弧形挡板组件，所述弧形挡板组件将燃烧室的进气区和出口区之间划分为燃烧区和分流区，所述分流区位于燃烧区两侧；任一分流区出口设有用于偏移流体流动方向的偏置挡板，使分流区气体流动方向偏移并与燃烧区已有气体充分混合。
进一步，所述弧形挡板组件包括弧形挡板和平直挡板，所述平直挡板一端位于进气区，所述平直挡板另一端与弧形挡板一端连接，所述弧形挡板另一端位于出口区附近。
进一步，所述平直挡板延伸线与燃烧室对称轴的夹角角度为30°～60°。
进一步，所述偏置挡板延长线与燃烧室对称轴的夹角角度为30°～60°。
进一步，靠近分流区的所述弧形挡板的侧壁面涂覆催化剂。
进一步，所述偏置挡板上设有气体浓度检测装置和电弧打火器，所述气体浓度检测装置用于检测出口区的气体浓度，当气体浓度达到阈值时，控制电弧打火器。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，在燃烧区域和分流区域之间加入弧形挡板组件，使得气体被分流为三部分，使分流区气体流动方向偏移并与燃烧区已有气体充分混合，同时达到紊流效果。
2.本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，燃烧区的末端有偏置挡板，使得分流区内的气体流动方向改变，并与燃烧区内的气体混合，使燃烧的湍流程度大大加强，同时加长了气体的停留时间，大幅度提高了燃烧的稳定性，减小了局部温差，使燃烧更加充分。
3.本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，使用自动点火装置，无需人工干预，能在气体浓度达到阈值时自动点火。
4.本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，燃烧区中气体燃烧的热量能够通过挡板传热给分流区中流动的气体，起到预热作用。这能够大大加强燃烧效率，减小能量损失。
5.本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，在分流区的挡板上设置催化剂，使燃烧更加完全，减少污染物的产生。
附图说明
图1为本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器示意图。
图2为本发明所述燃烧器内气体流动轨迹图。
图3为本发明所述燃烧器内燃烧温度图。
图中：
1-进气区；2-分流区；3-燃烧区；4-出口区；5-弧形挡板；6-偏置挡板；7-涂覆催化剂；8-平直挡板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，燃烧器的燃烧室内设有进气区1和出口区4，所述燃烧室内设有弧形挡板组件，所述弧形挡板组件将燃烧室的进气区1和出口区4之间划分为燃烧区3和分流区2，所述分流区2位于燃烧区3两侧；任一分流区2出口设有用于偏移流体流动方向的偏置挡板6，使分流区气体流动方向偏移并与燃烧区已有气体充分混合。所述弧形挡板组件包括弧形挡板5和平直挡板8，所述平直挡板8一端位于进气区1，所述平直挡板8另一端与弧形挡板5一端连接，所述弧形挡板5另一端位于出口区4附近。平直挡板8的延伸线与燃烧器对称轴的夹角角度为30°～60°，弧形挡板靠近分流区2一侧涂有催化剂7，催化剂7选用贵金属或贵金属氧化物，例如Pt，催化剂涂覆方式选用气相沉积法。任一分流区2出口有偏置挡板6，其延长线与燃烧器对称轴的夹角角度为30°～60°，用于使分流区气体与燃烧区气体充分混合，同时达到紊流效果。分流区2出口偏移气体流动方向的挡板，其末端有气体浓度检测装置与电弧打火器。整个燃烧器入口宽为1cm，壁面厚度为2mm。燃烧器厚5mm。所述偏置挡板6上设有气体浓度检测装置和电弧打火器，所述气体浓度检测装置用于检测出口区4的气体浓度，当气体浓度达到阈值时，控制电弧打火器。
燃烧器的背面使用304不锈钢，靠近观察者一方使用选用高透光石英玻璃，用耐高温胶粘于燃烧器正面。点火方式为电弧点火，选用设备为电弧点火器。对本发明的实际效果用FLUENT进行数值模拟，选用了H2和空气两种气体，采用的当量比为1，气体入口流速为5m/s。
如图2所示，从入口进入的气体经过燃烧室结构的引导，最终在燃烧区3内形成了四个明显的回流区域。在这个区域内，气体充分混合，使燃烧的效率得到提升，与此同时，由于回流过程提高了流动传热系数，燃烧区3对分流区2的预热效果得到了加强，
如图3所示，燃烧过程中，燃烧室内的最高温度达到1600摄氏度，高温区域主要分布在燃烧区3和分流区2内部靠近挡板一侧。前者主要是气态燃烧过程，与图2相互印证，可以看出燃烧区3中的回流对于燃烧的效果。后者主要是壁面上催化反应产生的热量。
工作方式如下，预混气体进入进气区1，并被平直挡板8分开，从而分成三个不同的区域。在分流区2流动的气体在分流区的尾端被偏置挡板6改变流动方向。在这个过程中，气体损失部分动能。改变方向之后的气体与从燃烧区内气体混合。当气体浓度检测装置检测到燃烧区3中的氢气浓度达到阈值，则发信号给打火器点火。燃烧区中的气体燃烧之后，部分热量传递给弧形挡板5，使弧形挡板5的温度迅速升高，从而预热分流区2的气体。最终分流区2中气体的温度达到催化反应的需求，使弧形挡板5分流区一侧产生催化反应。从而让分流区中的气体在进入燃烧区之前就进行催化燃烧，使整个燃烧过程更加充分，并提升火焰稳定性。燃烧之后的废气从出口区4排出燃烧器。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，燃烧器的燃烧室内设有进气区(1)和出口区(4)，所述燃烧室内设有弧形挡板组件，所述弧形挡板组件将燃烧室的进气区(1)和出口区(4)之间划分为燃烧区(3)和分流区(2)，所述分流区(2)位于燃烧区(3)两侧；任一分流区(2)出口设有用于偏移流体流动方向的偏置挡板(6)，使分流区气体流动方向偏移并与燃烧区已有气体充分混合。
2.根据权利要求1所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，所述弧形挡板组件包括弧形挡板(5)和平直挡板(8)，所述平直挡板(8)一端位于进气区(1)，所述平直挡板(8)另一端与弧形挡板(5)一端连接，所述弧形挡板(5)另一端位于出口区(4)附近。
3.根据权利要求2所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，所述平直挡板(8)延伸线与燃烧室对称轴的夹角角度为30°～60°。
4.根据权利要求1所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，所述偏置挡板(6)延长线与燃烧室对称轴的夹角角度为30°～60°。
5.根据权利要求2所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，靠近分流区(2)的所述弧形挡板(5)的侧壁面涂覆催化剂。
6.根据权利要求2所述的折流式自动点火微型催化燃烧器，其特征在于，所述偏置挡板(6)上设有气体浓度检测装置和电弧打火器，所述气体浓度检测装置用于检测出口区(4)的气体浓度，当气体浓度达到阈值时，控制电弧打火器。
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