往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电方法及其装置

摘要

往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电方法及其装置属于低品味燃料多孔介质内燃烧温差热电转换技术领域。本发明装置的工作原理是空气和燃气混合气体以一定的时间间隔分别从燃烧器两端引入，在多孔介质内实现周期往复流动燃烧、蓄热和放热，强化了燃烧，使得稀薄乃至及稀薄气体在其中能自维持燃烧，而且形成燃烧室内轴向中间高、两边接近室温的梯形温度场。如果在燃烧器中间高温区放置PN热电偶冷端；在进出口位置放置PN热电偶冷端，可以产生高效温差热电效应，进而实现发电。利用此项技术的发电装置即使利用一些低品味燃料进行热电转换，转换效率也远远高于常规的温度差发电器。本发明适用于油田、煤矿、化工厂领域的低品味能源利用。

说明书

技术领域

本发明属于低品味燃料在多孔介质内燃烧高效温差热电转换技术领域。

背景技术

温差发电具有结构简单，无运动部件，无环境污染等优点，可以广范地应用于野外作业、偏僻地域的发电。目前，温差发电存在的问题是能量转换效率较低，为提高温差发电器的发电效率，各国科技人员研究工作多集中在寻求一个高优值(ZT)的材料上，但近20年无论是在理论上还是在实验上都没有突破。空气和燃气混合气体以一定的时间间隔分别从多孔介质两端引入，在多孔介质内实现周期往复流动燃烧，在燃烧器多孔介质内轴向形成中间温度高两边温度接近室温的梯形温度场，如果在燃烧器中间高温区放置PN热电偶热端；在进出口位置放置PN热电偶冷端，可以产生高效温差热电效应，进而实现发电，热电转换效率远远高于常规的温度差发电器。发电器在燃烧过程中，新鲜气体总是不停地流过上个半周期的火焰的下游区域，吸收由多孔介质储存的上个半周期的尾气余热被预热，这样，燃烧放热的能量损失达到最小化，大大地强化了燃烧，使得稀薄乃至及稀薄气体在其中能自维持燃烧，这样，工业有机废气、煤矿排气、垃圾填埋气和生物质可燃气体，在通常情况下，这些气体处理需要额外能源去处理，而在往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电器中不仅可实现自维持燃烧，还可以利用这些低品味能源进行热电转换。

发明内容

本发明的目的就是提供一种回收利用低品位能源实现高效温差热电转换的往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电方法及其装置。

本发明的技术解决方案是：往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电装置，由换热器1、温差热电燃烧器2、PN热电偶对26、电磁阀4控制的周期换向进排气管路系统1112、控制系统盘6、用电设备21构成，他们的依次连接是进气管路7和正、反向气流通路11、12连接，正、反向气流通路11、12与燃烧器2左右对称两个换热器1连接，两个换热器1与燃烧器2连接，正、反气流通路11、12与排气管路8连接，气流换向控制系统6与两对同步电磁阀4连接。其中，燃烧器2由小于淬熄直径多孔介质15、嵌有温差热电偶对多孔介质材料17、PN热电偶对26、点火空间18、石英玻璃管燃烧室20、燃烧器密封石墨14、绝热材料19、燃烧器外壳3构成。小于淬熄直径多孔介质15对称填充在燃烧室20进出口端，嵌有温差热电偶对多孔介质材料17对称填充在在燃烧室20点火空间18的左右两侧，小于淬熄直径多孔介质15与嵌有温差热电偶对多孔介质材料17之间用挡圈16间隔，燃烧器密封石墨14与燃烧室20进出口迷宫式连接，燃烧器密封石墨14与换热器密封石墨13连接，燃烧室20外包有绝热材料19，绝缘材料19外是燃烧器外壳3，燃烧器外壳3通过法兰14与换热器1连接。换热器循环冷却水进口9、循环冷却水出口10与储水箱连接。PN热电偶对26嵌入在多孔介质材料内，温差热电偶冷端23置于多孔介质材料进出口位置，温差热电偶对热端24置于点火空间左右。PN热电偶对26与输出电路相连，输出电路与用电器21相连接。点火空间18装置有脉冲点火器探针。

使用往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电装置的方法，打开家用冷却水循环系统，使得换热器水程内产生冷却水循环，化学当量比的空气和燃气混合气体进入燃烧室20，脉冲点火器燃烧后，设定往复周期，气流换向控制系统6控制两对电磁阀4同步开关，实现气体在管路内流体周期往复流动，逐渐缩小燃气流量而实现稀薄气体自维持燃烧，小于淬熄直径的多孔介质15防止回火。空气和燃气混合气体，在多孔介质内实现周期往复流动燃烧，燃烧过程中，气体在燃烧室内周期往复地蓄热和吸热，形成燃烧室内轴向中间温度高、两边温度接近室温的梯形温度场。燃烧室中PN热电偶冷端23、热端24产生大温差，进行高效热电转换，产生电量被输送到用电器。

燃烧排放热气通过换热器1循环冷却水，燃烧排放烟气温度降为接近室温。

本发明所达到的有益效果和益处是：

1.应用本专利燃烧方法及装置，矿井的乏风、石化加工过程中产生的含有热值的“废气”、城市垃圾填埋产生的气体、自然界和人类生活中生物质热解和阴燃(如燃池取暖)过程中产生的可燃气体等可在其中自维持燃烧，即可以防止了他们对环境的污染，也对这些气体加以了利用。

2.应用本专利燃烧方法及装置，燃烧稳定，内部的温度分布特点有利于降低CO和NO_x等污染物的排放。对于家用石油液化气燃料，燃烧排放中CO只有25ppm，NO_x低于10ppm。

3.应用本专利，空气和燃气混合气体，在多孔介质内实现周期往复流动燃烧，燃烧过程中，气体在燃烧室内周期往复地蓄热和吸热，形成燃烧室内轴向中间温度高、两边温度接近室温的梯形温度场。燃烧室中PN热电偶冷端、热端之间产生大温差，进行高效热电转换，温差热电转换效率明显高于常规温差发电器。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明温差燃烧器装配图。

图3是本发明燃烧器燃烧室装配图。

图4是一种多孔介质单元块结构图。

图中，1.换热器，2.温差热电燃烧器，3.燃烧器外壳，4.电磁阀，5.检测盘，6.气流换向控制系统，7.燃气和空气混合气体进口，8.废气出口，9.循环冷却水进口，10.循环冷却水出口，11.气流正向流动管路，12.气流反向流动管路，13.换热器密封石墨，14.燃烧器密封石墨，15.小于淬熄直径的多孔介质，16.挡圈，17.嵌有温差热电偶对的多孔介质材料，18.点火空间，19.绝热材料，20.石英玻璃管燃烧室，21.用电器，22.电流表，23.温差热电偶对冷端，24.温差热电偶对热端，25.石英玻璃管，26.PN热电偶对，27.电压表。

具体实施方式

一种多孔介质内稀薄乃至极其稀薄气体往复流动自维持燃烧而实现温差热电转换的装置，由换热器1、温差热电燃烧器2、PN热电偶对26、电磁阀4控制的周期换向进排气管路系统1112、控制系统盘6、用电设备21构成，他们的依次连接是进气管路7和正、反向气流通路11、12连接，正、反向气流通路11、12与燃烧器2左右对称两个换热器1连接，两个换热器1与燃烧器2连接，正、反气流通路11、12与排气管路8连接，气流换向控制系统6与两对同步电磁阀4连接。其中，燃烧器2由小于淬熄直径多孔介质15、嵌有温差热电偶对多孔介质材料17、PN热电偶对26、点火空间18、石英玻璃管燃烧室20、燃烧器密封石墨14、绝热材料19、燃烧器外壳3构成。小于淬熄直径多孔介质15对称填充在燃烧室20进出口端，嵌有温差热电偶对多孔介质材料17对称填充在在燃烧室20点火空间18的左右两侧，小于淬熄直径多孔介质15与嵌有温差热电偶对多孔介质材料17之间用挡圈16间隔，燃烧器密封石墨14与燃烧室20进出口迷宫式连接，燃烧器密封石墨14与换热器密封石墨13连接，燃烧室20外包有绝热材料19，绝缘材料19外是燃烧器外壳3，燃烧器外壳3通过法兰14与换热器1连接。换热器循环冷却水进口9、循环冷却水出口10与储水箱连接。PN热电偶对26嵌入在多孔介质材料内，温差热电偶冷端23置于多孔介质材料进出口位置，温差热电偶对热端24置于点火空间左右。PN热电偶对26与输出电路相连，输出电路与用电器21相连接。点火空间18装置有脉冲点火器探针。

使用往复流动下多孔介质超绝热燃烧温差发电装置的方法，打开家用冷却水循环系统使得换热器水程内产生冷却水循环，化学当量比的空气和燃气混合气体进入燃烧室20，脉冲点火器点火燃烧后，稳定燃烧30秒后，设定往复周期为60秒，气流换向控制系统6控制两对电磁阀4同步开关，实现气体在管路内流体周期往复流动燃烧。观察火焰面宽度和位置变化，逐渐缩小往复周期，同时燃气流量逐渐缩小，实现稀薄气体自维持燃烧，气体在燃烧室内周期往复地蓄热和吸热，形成燃烧室内轴向中间温度高、两边温度接近室温的梯形温度场。燃烧室中PN热电偶冷端23、热端24产生大温差，进行高效热电转换，产生电量被输送到用电器。