CN201531879U - 气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，燃烧器本体从上至下依次设置进气孔、预混腔、燃烧腔和排气孔；进气孔包括湿空气进气孔和围绕湿空气进气孔均布的多个燃料进气孔，围绕燃烧腔均布设置预热通道；湿空气进气孔和燃料进气孔分别与预混腔连通，预混腔通过预热通道与燃烧腔连通，燃烧腔与排气孔连通；燃烧器底部设有点火孔。本实用新型的预混腔内置利于减小微型燃烧器的整体尺寸；预热通道可以回收燃烧腔的部分散热，提高混合气体的温度，同时延长预混时间，使其充分均匀混合；预混腔的内壁上的Ni-γAl₂O₃催化剂层使气体碳氢燃料和湿空气催化重整产氢，协助混合气体在燃烧腔内起燃和稳定燃烧，提高燃烧效率。

Description

气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器

技术领域

本实用新型涉及微型燃烧器，尤其涉及一种气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器。

背景技术

近年发展的以微型燃烧器作为前置能量转化单元的微型机电装置，如：微发动机、微涡轮机和微热电系统等，体积在1cm³左右，功率范围为10～100W，其共同特征是利用氢气或碳氢气体作为燃料，在微型燃烧器中燃烧放热，然后通过运动单元或热电转换材料输出能量。

这种以氢、碳氢作为燃料的微型机电装置具有能量密度高、寿命长、体积小、重量轻、结构简单、成本低等显著优势。一般碳氢燃料的能量密度约为45MJkg^-1，而现在最好的化学电池(锂电池)的能量密度也仅为0.5MJ/kg^-1。若微型机电装置用于输出电能，即使其热电转化的效率只有10％，它仍具有比传统化学电池高1个数量级的能量密度。

微型机电装置中的微动力装置可以为微型汽车、微型飞行器、微型泵等微型机械提供动力，也可用于调控微型卫星姿态及导弹轨道控制；微发电系统则可以成为电池的替代器，为便携式笔记本电脑、移动仪器和设备等提供更为持久的电能。由于微型机电装置显著的优势与其在工业、国防等领域的广泛应用前景，因此具有巨大的发展潜力，受到各国研究机构的重视。

微型燃烧器作为能量的前置转换单元，是微型机电装置(微动力装置及微发电系统)的核心部件。燃烧器燃烧的稳定性及其燃烧效率直接影响到微型机电装置的性能，并且较大程度的决定了微型机电装置的尺寸和应用，因此高效、可靠的微燃烧技术及装置是发展微型机电装置迫切需要解决的问题。

由于装置的微型化，近年来发展的微型燃烧器普遍面临以下几个方面的问题：微结构尺寸中燃料停留时间过短、微燃烧不稳定、起燃困难、燃料与氧化剂在反应器中极短的停留时间导致燃烧效率低下、高比表面积引起热量严重损失等。

实用新型内容

针对现有技术中的不足之处，本实用新型的目的是解决现有微型燃烧装置燃料停留时间过短、热量损失严重、燃烧不稳定等困难，提供一种气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器。

本实用新型提供的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，包括燃烧器本体，所述燃烧器本体从上至下依次设置进气孔、预混腔、环形结构的燃烧腔和排气孔；所述进气孔包括湿空气进气孔和围绕湿空气进气孔均布的多个燃料进气孔，围绕所述燃烧腔均布设置预热通道；所述湿空气进气孔和燃料进气孔分别与预混腔连通，预混腔通过预热通道与燃烧腔连通，燃烧腔与排气孔连通；所述燃烧器本体上还设有与燃烧腔连通的点火孔。

进一步，所述燃烧器本体包括顶盖板、预混腔板、预热燃烧板和底盖板；所述湿空气进气孔和燃料进气孔设置在顶盖板上；所述预混腔设置在预混腔板上；所述燃烧腔和预热通道设置在预热燃烧板上；所述排气孔和点火孔设置在底盖板上；

进一步，在所述燃烧器本体上设有与预热通道连通的富氧进气孔；

进一步，所述底盖板上围绕排气孔设置环形筋板，所述环形筋板伸进燃烧腔，且环形筋板远离预热通道；

进一步，所述预混腔的内壁上涂敷Ni-γAl₂O₃催化剂层；

进一步，所述燃烧腔的内壁上涂敷Pt催化剂层。

本实用新型的有益效果：本实用新型的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器与现有技术相比具有如下优点：

1、预混腔内置，省去了外置式燃料和湿空气的预混装置，有利于减小微型燃烧器的整体尺寸；

2、微型燃烧器中设置环绕燃烧腔的预热通道既能够增强气体的混合效果，又可以回收燃烧腔内燃料燃烧散失的部分热量，利于保证燃烧的稳定和提高微型燃烧器的整体效率；

3、围绕燃烧腔设置环形预热通道，一方面可延长燃料和空气的预混时间，使其充分均匀混合；另一方面预热通环绕着燃烧腔，可以回收燃烧腔的部分散热，提高混合气体的温度，从而增强燃烧腔内气体碳氢燃料和空气的可起燃性；

4、采用环形肋板和均布的排气孔相结合，环形肋板和十二个小孔均匀布置的排气方式与其它的排气方式相比，可以延长燃料和空气在燃烧腔内的停留时间，保证充分燃烧；

5、通过富氧进气孔向重整区反应后的混合气体内二次加氧，使气体碳氢燃料充分燃烧，以提高燃烧温度和燃烧效率。

6、预混腔的内壁上涂敷Ni-γAl₂O₃催化剂层，气体碳氢燃料和湿空气在预混腔内催化重整产氢，部分碳氢燃料和湿空气在涂敷有Ni催化剂的预混腔内发生自热重整反应(碳氢燃料和氧气的氧化反应与碳氢燃料和水蒸气的重整反应构成的耦合反应)生成少量氢气，可以减小混合气体着火温度，有效协助碳氢燃料和空气在燃烧腔内的起燃与稳定燃烧，提高燃烧效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

图1为本实用新型的剖面视图；

图2为顶盖板的主视图；

图3为图2中沿A-A方向的剖面视图；

图4为预混腔板的主视图；

图5为图4中沿B-B方向的剖面视图；

图6为预热燃烧板的主视图；

图7为图6中沿C-C方向的剖面视图；

图8为底盖板的主视图；

图9为图8中沿D-D方向的剖面视图。

附图中的附图标记所代表的结构如下：

1-顶盖板  2-预混腔板  3-预热燃烧板  4-底盖板  5-湿空气进气孔6-燃料进气孔  7-预混腔  8-燃烧腔  9-排气孔  10-点火孔11-预热通道  12-环形筋板  13-旋流槽  14-环形腔  15-预混气出气孔16-螺纹孔  17-富氧进气孔

具体实施方式

图1为本实用新型的剖面视图，如图所示：气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器包括燃烧器本体，燃烧器本体从上至下依次包括顶盖板1、预混腔板2、预热燃烧板3和底盖板4。在顶盖板1的中心部位设置湿空气进气孔5，围绕湿空气进气孔5均布设置多个燃料进气孔6，本实施例中的燃料进气孔6为六个(如图2和如图3所示)。在预混腔板2上设置由旋流槽13和环形腔14组成的预混腔7，本实施例中的旋流槽13为六个，六个旋流槽13的中心部位与湿空气进气孔5对应并连通，六个旋流槽13的气体入口与六个燃料进气孔6相对应并连通，在预混腔板2上并位于环形腔14的底部圆周上均布十二个预混气出气孔15(如图4和如图5所示)。在预热燃烧板3的下部设置环形结构的燃烧腔8，围绕燃烧腔8均布设置预热通道11，本实施例中的预热通道11为四个(如图6和如图7所示)，四个预热通道11的顶部与十二个预混气出气孔15对应并连通，底部与燃烧腔8连通。在底盖板4上均布设置多个与燃烧腔8的底部连通的排气孔9，本实施例中的排气孔9为十二个(如图8和如图9所示)，在底盖板4上靠排气孔9的外侧还设有一个与燃烧腔8连通的点火孔10。把螺栓依次穿过顶盖板1、预混腔板2、预热燃烧板3和底盖板4上的螺纹孔16并与螺母旋紧，可将顶盖板1、预混腔板2、预热燃烧板3和底盖板4连接成为一体。

在预热燃烧板3的上部横向设有与预热通道11连通的富氧进气孔17，通过富氧进气孔17向燃烧腔内通入氧气，使气体碳氢燃料充分燃烧，提高燃烧效率。

在底盖板4上围绕排气孔9设置环形筋板12，环形筋板12伸进燃烧腔8，且环形筋板12远离预热通道11。采用环形肋板和均布的排气孔相结合，环形肋板和十二个排气孔均匀布置的排气方式与其它的排气方式相比，可以延长燃料和空气在燃烧腔内的停留时间，保证充分燃烧。

预混腔7的内壁上涂敷Ni-γAl₂O₃催化剂层。气体碳氢燃料和湿空气在预混腔内催化重整产氢，部分碳氢燃料和湿空气在涂敷有Ni-γAl₂O₃催化剂的预混腔内发生自热重整反应(碳氢燃料与氧气的氧化反应和碳氢燃料与水蒸气的重整反应构成的耦合反应)生成少量氢气，这部分氢气可以有效协助碳氢燃料和空气在燃烧腔内的起燃与稳定燃烧，提高燃烧效率。

燃烧腔8的内壁上涂敷Pt催化剂层。促进燃烧腔8内的混合气体(主要成分为：甲烷、空气、少量的水蒸气及氢气、微量的其它气体组分)完全燃烧。

使用时，向湿空气进气孔5内通入湿空气，向燃料进气孔6内通入碳氢燃料，在旋流槽内两股气体垂直交叉相遇，并形成旋转流动，提高湿空气和碳氢燃料混合，随后进入环形腔14进一步混合，与此同时，在预混腔7内的气体在Ni-γAl₂O₃催化剂的作用下发生自热重整反应生成少量氢气。在富氧进气孔17通入富氧气体，预混腔7内的混合气体和少量氢气通过预混气出气孔15进入预热通道11内与富氧气体混合，再通过预热通道11进入燃烧腔8内。采用点火装置在点火孔10处点火，燃烧腔8内的少量氢气首先燃烧，随后在Pt催化剂层的作用下促进混合气体完全燃烧，预热通道11吸收预混腔7内燃烧产生的部分热量，提高了湿空气和碳氢燃料的混合温度，有利于提高燃烧腔8内混合气体的燃烧效率和燃烧稳定性。最后，燃烧后的气体从十二个排气孔9排出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：包括燃烧器本体，所述燃烧器本体从上至下依次设置进气孔、预混腔(7)、环形结构的燃烧腔(8)和排气孔(9)；所述进气孔包括湿空气进气孔(5)和围绕湿空气进气孔(5)均布的多个燃料进气孔(6)，围绕所述燃烧腔(8)设置环形预热通道(11)；所述湿空气进气孔(5)和燃料进气孔(6)分别与预混腔(7)连通，预混腔(7)通过预热通道(11)与燃烧腔(8)连通，燃烧腔(8)与排气孔(9)连通；所述燃烧器的底部还设有与燃烧腔(8)连通的点火孔(10)。

2.根据权利要求1所述的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧器本体包括顶盖板(1)、预混腔板(2)、预热燃烧板(3)和底盖板(4)；所述湿空气进气孔(5)和燃料进气孔(6)设置在顶盖板(1)上；所述预混腔(7)设置在预混腔板(2)上；所述燃烧腔(8)和预热通道(11)设置在预热燃烧板(3)上；所述排气孔(9)和点火孔(10)设置在底盖板(4)上。

3.根据权利要求2所述的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：在所述燃烧器本体上设有与预热通道(11)连通的富氧进气孔(17)。

4.根据权利要求3所述的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：所述底盖板(4)上围绕排气孔(9)设置环形筋板(12)，所述环形筋板(12)伸进燃烧腔(8)，且环形筋板(12)远离预热通道(11)。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：所述预混腔(7)的内壁上涂敷Ni-γAl₂O₃催化剂层。

6.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的气体碳氢燃料和湿空气预混催化重整微型燃烧器，其特征在于：所述燃烧腔(8)的内壁上涂敷Pt催化剂层。

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