專利名稱：極低熱值燃氣多孔介質內燃燒溫差發電裝置的制作方法
技術領域：
本專利屬于利用低熱值燃氣或有機廢氣在多孔介質內燃燒釋放的熱量進行高效溫差熱電 轉換的領域，涉及極低熱值燃氣多孔介質內燃燒溫差發電裝置。
背景技術：
溫差發電具有結構簡單，無運動部件，無環境污染等優點，可以廣范地應用于野外作業、 偏僻地域的發電。目前，溫差發電存在的問題是能量轉換效率較低，為提高溫差發電器的發 電效率，各國科技人員研究工作多集中在尋求一個高優值(ZT)的材料上，但近20年無論是
在理論上還是在實驗上都沒有突破。
研究表明，如果將空氣和燃氣混合氣體以一定的時間間隔分別從多孔介質兩端引入，在 多孔介質內實現周期往復流動燃燒，新鮮氣體總是不停地流過上個半周期的火焰的下游區域， 吸收由多孔介質儲存的上個半周期的尾氣余熱被預熱，這樣，燃燒放熱的能量損失達到最小 化，大大地強化了燃燒，使得低熱值乃至極低熱值燃氣在其中能自維持燃燒。另外，由于氣 流往復流動作用，在燃燒器多孔介質內軸向形成中間溫度高兩邊溫度接近室溫的梯形溫度場， 如果在燃燒器靠近中間高溫區放置PN熱電偶熱端；在靠近進出口位置放置PN熱電偶冷端， 可以產生高效溫差熱電效應，進而實現發電，熱電轉換效率遠遠高于常規的溫度差發電器。 這樣，利用含低熱值燃氣在往復流動下多孔介質內燃燒溫差發電裝置中不僅可實現自維持燃 燒，還可以利用這些低品味能源進行熱電轉換。
世界范圍內煤礦每年排放的礦井通風瓦斯中含有甲垸氣體為29 41X10W ，由于混合 氣體熱值低，只有2.3X10W的甲垸被當作燃料利用，其余的都直接排放到大氣中。這一方 面造成了嚴重能源浪費；另一方面甲垸作為溫室氣體，加劇了大氣環境污染。目前，國內尚 無形成可對濃度低于6%的超低濃度瓦斯氣進行燃燒與熱利用的技術。另外，工業有機廢氣、 垃圾填埋氣和生物質可燃氣體，在通常情況下，這些氣體需要額外能源去處理，如果排放到 大氣當中，也會造成環境污染。因此，合理利用含低熱值礦井通風瓦斯和工業生產廢氣具有 節能和環保雙重意義。所以，本發明具有廣泛的應用前景。
發明內容
本發明的目的就是提供一種回收利用極低熱值燃氣實現高效溫差熱電轉換的裝置。 本發明的技術解決方案是極低熱值燃氣多孔介質內燃燒溫差發電裝置，由低熱值乃至 極低熱值預混合氣體排氣出口、鼓風機、溫差發電裝置進氣管道、混合氣體進氣管道下支路、 空氣進氣管道、空氣進氣管道右支路、溫差發電器、溫差發電器進氣口、溫差發電器換熱器、 熱水用戶、混合氣體進氣管道上支路、空氣進氣管道左支路、廢氣處理燃燒器、廢氣處理燃燒器進口、高熱值燃氣進氣口、溫差發電器電極導線、直流-直流轉換器、直流-直流轉換器 輸出導線、溫差發電器進氣管路、正、反氣流通路、燃燒室、溫差發電器排氣管路、電磁閥、 控制系統、燃燒器外殼、小于淬熄直徑的多孔介質、溫差發電單元、溫差發電單元熱端、溫 差發電單元冷端、多孔陶瓷塊、泡沫多孔介質塊、燃燒室點火空間、溫差發電器電極導線、 電加熱點火器和點火器導線組成，低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口與鼓風機進口相 連，鼓風機出口與溫差發電裝置進氣管道相連，混合氣體進氣管道下支路與空氣進氣管道右 支路匯合后與往復流動溫差發電器進氣口相連，往復流動溫差發電器換熱器管程進出口與熱 水用戶相連。混合氣體進氣管道上支路與空氣進氣管道左支路匯合后與廢氣處理燃燒器進口 相連，廢氣處理燃燒器高熱值燃氣進口與城市煤氣管道相連。溫差發電器排氣管道和廢氣處 理燃燒器排氣管道匯合后與大氣環境相連。廢氣處理燃燒器換熱器進出口與熱水用戶相連。 溫差發電器的電極導線與直流-直流轉換器相連，直流-直流轉換器輸出導線與用電器相連。 溫差發電器由換熱器、燃燒器、電磁閥和控制周期換向進排氣管路系統組成。他們的依次連 接是進氣管路和正、反向氣流通路連接，正、反向氣流通路與溫差發電器左右對稱兩個換熱 器殼程進口連接，兩個換熱器殼程出口與燃燒室連接，正、反氣流通路與排氣管路連接，兩 對同歩電磁閥與控制系統連接。燃燒器外殼和燃燒室之間充滿了絕緣耐火材料。燃燒室由小 孔徑多孔介質、多孔陶瓷塊、泡沫多孔介質和電加熱點火器組成。兩塊小于淬熄直徑的多孔 介質對稱布置在燃燒室進出口端，U型PN半導體FeSi2溫差發電單元嵌入在多孔陶瓷塊內， 兩塊多孔陶瓷塊對稱布置在燃燒室兩側，多孔陶瓷塊與泡沫多孔介質塊相連接，兩塊泡沫多 孔介質塊對稱布置在燃燒室點火空間的左右兩側。嵌入在多孔陶瓷塊內的U型PN半導體FeSi2 溫差發電單元熱電偶的冷端與換熱器壁面接觸，熱端與燃燒區域多孔介質端面接觸。嵌入在 多孔陶瓷塊內PN熱電偶對電極串聯，然后電極導線與直流-直流轉換器相連。點火空間內布 置電加熱點火器，點火器導線與控制系統相連。
礦井的通風瓦斯、石化加工過程中產生的含有熱值的"廢氣"、城市垃圾填埋產生的氣體、 自然界和人類生活中生物質熱解和陰燃(如燃池取暖)過程中產生的可燃氣體，由鼓風機引 入溫差發電裝置進氣管路，與引入的空氣混合成給定范圍內當量比的預混合氣體，然后通入 往復流動下多孔介質溫差發電器中，電加熱器通電預熱泡沫多孔介質塊并點火，控制系統控 制兩對電磁閥同步開關控制氣流周期換向，氣體在溫差發電器燃燒室內周期往復流動、吸熱 和放熱，從而，在燃燒器內實現極低熱值氣體自維持燃燒。由于燃燒過程中燃燒室內會形成 軸向中間溫度高、兩邊溫度接近室溫的梯形溫度場，使得嵌入在多孔陶瓷塊內的U型PN半導 體FeSi2溫差發電單元熱電偶的冷端、熱端產生大溫差，所以可以進行高效熱電轉換，發電經 直流-直流轉換器電壓與電流轉換后，供用電器使用，燃燒產生的余熱用于加熱換熱器中的熱水，供用戶使用。如果氣源燃氣熱值過低，將引入廢氣處理燃燒器中與城市燃氣混合后燃燒 處理，產生熱量通過換熱器供用戶使用。整個裝置燃燒排放熱氣通過換熱器循環冷卻，排放 煙氣溫度降為接近室溫。
本發明所達到的有益效果和益處是礦井的通風瓦斯、石化加工過程中產生的含有熱值 的"廢氣"、城市垃圾填埋產生的氣體、自然界和人類生活中生物質熱解和陰燃(如燃池取暖) 過程中產生的可燃氣體等可在其中自維持燃燒，即可以防止了他們對環境的污染，也對這些 氣體加以了利用。燃燒穩定，內部的溫度分布特點有利于降低CO和N(X等污染物的排放。對
于家用石油液化氣燃料，燃燒排放中C0只有25卯m， N0x低于10卯m。空氣和燃氣混合氣體， 在多孔介質內實現周期往復流動燃燒，燃燒過程中，氣體在燃燒室內周期往復地吸熱和放熱， 形成燃燒室內軸向中間溫度高、兩邊溫度接近室溫的梯形溫度場。燃燒室中應用嵌有PN熱電 轉換單元的冷端、熱端之間產生大溫差，進行高效熱電轉換，溫差熱電轉換效率明顯高于常 規溫差發電器。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。 圖1是本發明裝置的結構示意圖
圖2是本發明溫差發電器裝配圖
圖3是本發明嵌入溫差發電單元多孔陶瓷塊結構圖
圖中，1.低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口， 2.鼓風機，3.溫差發電裝置進氣 管道，4.混合氣體進氣管道下支路，5.空氣進氣管道，6.空氣進氣管道右支路，7.溫差 發電器，8.溫差發電器進氣口， 9.溫差發電器換熱器，10.熱水用戶，11.混合氣體進氣 管道上支路，12.空氣進氣管道左支路，13.廢氣處理燃燒器，14.廢氣處理燃燒器進口， l5.高熱值燃氣進氣口， 16.溫差發電器的電極導線，17.直流-直流轉換器，18.直流-直流轉換器輸出導線，19.溫差發電器進氣管路，20.正、反氣流通路，21.燃燒室，22. 溫差發電器排氣管路，23.電磁閥，24.控制系統，25.燃燒器外殼，26.小于淬熄直徑的 多孔介質，27.溫差發電單元，28.溫差發電單元熱端，29.溫差發電單元冷端，30.多孔陶 瓷塊，31.泡沫多孔介質塊，32.燃燒室點火空間，33.溫差發電器電極導線，34.電加熱 點火器，35.點火器導線。
具體實施例方式
本發明由低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口 1、鼓風機2、溫差發電裝置進氣管道
3、混合氣體進氣管道下支路4、空氣進氣管道5、空氣進氣管道右支路6、溫差發電器7、溫
差發電器進氣口8、溫差發電器換熱器9、熱水用戶10、混合氣體進氣管道上支路11、空氣進氣管道左支路12、廢氣處理燃燒器13、廢氣處理燃燒器進口 14、高熱值燃氣進氣口 15、 溫差發電器電極導線16、直流-直流轉換器17、直流-直流轉換器輸出導線18、溫差發電器 進氣管路19、正、反氣流通路20、燃燒室21、溫差發電器排氣管路22、電磁閥23、控制系 統24、燃燒器外殼25、小于淬熄直徑的多孔介質26、溫差發電單元27、溫差發電單元熱端 28、溫差發電單元冷端29、多孔陶瓷塊30、泡沫多孔介質塊31、燃燒室點火空間32、溫差 發電器電極導線33、電加熱點火器34、點火器導線35組成，低熱值乃至極低熱值預混合氣 體排氣出口 1與鼓風機2進口相連，鼓風機2出口與溫差發電裝置進氣管道3相連，混合氣 體進氣管道下支路4與空氣進氣管道5右支路6匯合后與溫差發電器7的溫差發電器進氣口 8相連，溫差發電器換熱器9管程進出口與熱水用戶10相連。混合氣體進氣管道上支路11 與空氣進氣管道左支路12匯合后與廢氣處理燃燒器13的廢氣處理燃燒器進口 14相連，廢氣 處理燃燒器13、高熱值燃氣進氣口 15與城市煤氣管道相連。溫差發電器7的排氣管道和廢 氣處理燃燒器13的排氣管道匯合后與大氣環境相連，廢氣處理燃燒器13換熱器的進出口與 熱水用戶10相連接，溫差發電器電極導線16與直流-直流轉換器17相連，直流-直流轉換器 輸出導線18與用電器相連；溫差發電器進氣管路19與正、反向氣流通路20連接，正、反向 氣流通路20與溫差發電器7上的左右對稱兩個溫差發電器換熱器9殼程進出口連接，溫差發 電器換熱器9殼程進出口與燃燒室21連接，正、反氣流通路20與溫差發電器排氣管路22連 接，兩對同步電磁閥23與控制系統24連接；燃燒器外殼25和燃燒室21之間置有絕緣耐火 材料，兩塊小于淬熄直徑的多孔介質26對稱布置在燃燒室21進出口端，U型半導體FeSi2 溫差發電單元27的P電偶和N電偶在溫差發電單元熱端28熔結在一起，溫差發電單元27嵌 入在多孔陶瓷塊30內，多孔陶瓷塊30與泡沫多孔介質塊31相連接，兩塊燃燒區域泡沫多孔 介質塊31對稱布置在燃燒室點火空間32的左右兩惻，嵌入在多孔陶瓷塊30內的U型PN半 導體FeSi2溫差發電單元熱電偶的冷端29置于燃燒室的進出口端與溫差發電器換熱器9壁面 接觸，溫差發電單元熱電偶27的熱端與燃燒區域泡沫多孔介質31端面接觸，每塊多孔陶瓷 塊內溫差發電單元27電極串聯在一起，通過導線與溫差發電器電極導線33連接，電極導線 33與直流-直流轉換器17相連，燃燒室點火空間32內布置電加熱點火器34，點火器導線35 與控制系統24相連接。例如:汽車制造廠中涂裝車間噴漆過程中噴底漆和噴漆都要進行三遍， 在每個噴漆線，每小時噴漆最大車輛數是50輛。在每個噴漆線上，每輛汽車需要2.5公斤的 漆，其中40%揮發到環境中，變成含有極低熱值有害氣體，通常采用了脫臭爐將有機廢氣高 溫燃燒降解后由30m高的煙囪外排。如果采用3kW多孔介質內燃燒溫差熱電轉換裝置替代脫 臭爐，不僅可以節省脫臭爐熱力燃燒消耗的燃氣，而且將這部分低熱值燃氣利用起來。使廢 氣中的有機污染物燃燒得更完全，大大減少有機污染物對環境的影響。
權利要求
1、極低熱值燃氣多孔介質內燃燒溫差發電裝置，其特征在于，由低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口(1)、鼓風機(2)、溫差發電裝置進氣管道(3)、混合氣體進氣管道下支路(4)、空氣進氣管道(5)、空氣進氣管道右支路(6)、溫差發電器(7)、溫差發電器進氣口(8)、溫差發電器換熱器(9)、熱水用戶(10)、混合氣體進氣管道上支路(11)、空氣進氣管道左支路(12)、廢氣處理燃燒器(13)、廢氣處理燃燒器進口(14)、高熱值燃氣進氣口(15)、溫差發電器電極導線(16)、直流-直流轉換器(17)、直流-直流轉換器輸出導線(18)、溫差發電器進氣管路(19)、正、反氣流通路(20)、燃燒室(21)、溫差發電器排氣管路(22)、電磁閥(23)、控制系統(24)、燃燒器外殼(25)、小于淬熄直徑的多孔介質(26)、溫差發電單元(27)、溫差發電單元熱端(28)、溫差發電單元冷端(29)、多孔陶瓷塊(30)、泡沫多孔介質塊(31)、燃燒室點火空間(32)、溫差發電器電極導線(33)、電加熱點火器(34)和點火器導線(35)組成，低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口(1)與鼓風機(2)進口相連，鼓風機(2)出口與溫差發電裝置進氣管道(3)相連，混合氣體進氣管道下支路(4)與空氣進氣管道(5)右支路(6)匯合后與溫差發電器(7)的溫差發電器進氣口(8)相連，溫差發電器換熱器(9)管程進出口與熱水用戶(10)相連。混合氣體進氣管道上支路(11)與空氣進氣管道左支路(12)匯合后與廢氣處理燃燒器(13)的廢氣處理燃燒器進口(14)相連，廢氣處理燃燒器(13)、高熱值燃氣進氣口(15)與城市煤氣管道相連，溫差發電器(7)的排氣管道和廢氣處理燃燒器(13)的排氣管道匯合后與大氣環境相連，廢氣處理燃燒器(13)換熱器的進出口與熱水用戶(10)相連接，溫差發電器電極導線(16)與直流-直流轉換器(17)相連，直流-直流轉換器輸出導線(18)與日用電器相連；溫差發電器進氣管路(19)與正、反向氣流通路(20)連接，正、反向氣流通路(20)與溫差發電器(7)上的左右對稱兩個溫差發電器換熱器(9)殼程進出口連接，溫差發電器換熱器(9)殼程進出口與燃燒室(21)連接，正、反氣流通路(20)與溫差發電器排氣管路(22)連接，兩對同步電磁閥(23)與控制系統(24)連接；燃燒器外殼(25)和燃燒室(21)之間置滿絕緣耐火材料，兩塊小于淬熄直徑的多孔介質(26)對稱布置在燃燒室(21)進出口端，U型半導體FeSi2溫差發電單元(27)的P電偶和N電偶在溫差發電單元熱端(28)熔結在一起，溫差發電單元(27)嵌入在多孔陶瓷塊(30)內，多孔陶瓷塊(30)與泡沫多孔介質塊(31)相連接，泡沫多孔介質塊(31)對稱布置在燃燒室點火空間(32)的左右兩側，嵌入在多孔陶瓷塊(30)內的U型PN半導體FeSi2溫差發電單元熱電偶的冷端(29)置于燃燒室的進出口端與溫差發電器換熱器(9)壁面接觸，溫差發電單元熱電偶(27)的熱端與燃燒區域泡沫多孔介質(31)端面接觸，每塊多孔陶瓷塊內溫差發電單元(27)電極串聯在一起，通過導線與溫差發電器電極導線(33)連接，電極導線(33)與直流-直流轉換器(17)相連，燃燒室點火空間(32)內布置電加熱點火器(34)，點火器導線(35)與控制系統(24)相連接。
全文摘要
本發明是涉及極低熱值燃氣多孔介質內燃燒溫差發電裝置，由低熱值乃至極低熱值預混合氣體排氣出口、鼓風機、混合氣體進氣管道下支路、溫差發電器、溫差發電器換熱器、溫差發電器換熱器、多孔陶瓷塊、廢氣處理燃燒器、直流-直流轉換器、正、反氣流通路、燃燒室、電磁閥、控制系統、溫差發電單元、溫差發電單元冷熱端、電加熱點火器等組成，將U型PN半導體FeSi<sub>2</sub>溫差發電單元嵌入在多孔陶瓷塊內，溫差發電單元的熱電偶冷端置于燃燒室的進出口端與換熱器壁面接觸，熱端與燃燒區域多孔介質端面接觸，可以產生高效溫差熱電效應，轉換效率也遠遠高于常規的溫度差發電器。
文檔編號H02N11/00GK101478271SQ200910010190
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月17日 優先權日2009年1月17日
發明者陽 劉, 解茂昭, 鄧洋波 申請人:大連海事大學