[發明專利]一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器的方法及其催化燃燒器

在審

• 申請號: 201811535772.X
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111322612A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 楊林林;高越;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: F23D11/24
• 分類號: F23D11/24;F23D11/36;F23D11/40;F23D11/44;H01M8/04014;H01M8/04223;H01M8/04225
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明公開了一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器的方法及其催化燃燒器，在加熱條件下，燃料經過噴霧噴嘴形成液滴，以液滴的形式與空氣混合，形成氣液混合體；所述氣液混合體中的燃料液滴經加熱氣化，所述氣液混合體變為氣氣混合體，所述氣氣混合體與燃燒催化劑接觸。本發明使用噴霧進料，與液體直接氣化進料相比，噴霧進料的液體顆粒尺寸小、分布均勻，不會造成燃燒器局部由于燃料氣化吸熱量過多造成的溫度不均勻導致的燃燒不平衡；且噴霧進料的小液體大大提高了氣液兩相的接觸面積，提高了反應的傳質和反應速率，降低了反應過程所需的能耗，從而達到快速啟動和低能量消耗的目的。

技術領域

本發明屬于催化燃燒反應器領域，具體涉及一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器的方法及其催化燃燒器結構。

背景技術

在高溫燃料電池系統中，如何快速啟動和降低燃料消耗一直是需要解決的問題，而作為啟動階段的熱量來源燃燒器的升溫速率和燃料消耗又是其中的關鍵問題所在。傳統啟動方法是將燃燒器加熱到一定溫度，再通過電加熱把燃料氣化后與空氣混合，經燃燒催化劑催化燃燒作用釋放大量熱，從而達到為系統加熱的目的。該方法目前主要的問題在于，啟動階段消耗了大量的燃料和電池電量，降低了整個系統的燃料利用效率。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明涉及一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器的方法及其催化燃燒器，其核心為利用噴霧進料形成的小液滴與空氣充分混合，增大氣液兩相的接觸面積，降低氧化放熱反應所需的能耗從而達到低燃料消耗和快速啟動的目的。

本發明采用的技術手段如下：一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器的方法，在加熱條件下，燃料以液滴的形式與空氣混合，形成被空氣分散包裹的液滴，為氣液混合體；所述氣液混合體中的燃料液滴經加熱氣化，由氣液混合體變為氣氣混合體，所述氣氣混合體與燃燒催化劑接觸，發生氧化反應釋放出熱量，為燃料電池系統提供啟動階段熱量來源。

基于以上技術方案，優選的，所述燃料經過噴霧噴嘴形成液滴。本領域技術人員可以選擇不同的噴霧噴嘴來控制經過噴霧噴嘴的燃料所形成的液滴顆粒尺寸。

基于以上技術方案，優選的，經過噴霧噴嘴的燃料所形成的液滴尺寸在5μm以下。與液體進料相比傳質系數提高約10倍，因此將大大提高反應速率，從而達到快速啟動的目的。

基于以上技術方案，優選的，所述加熱條件為加熱至高于燃料沸點溫度30℃~50℃。

基于以上技術方案，優選的，所述燃料為甲醇、乙醇、汽油、柴油等。

基于以上技術方案，優選的，所述燃燒催化劑為以陶瓷為基底的燃燒催化劑。

基于以上技術方案，優選的，更為優選地，所述燃燒催化劑為以陶瓷為基底的壁載鉑催化劑。

一種低燃料消耗快速啟動催化燃燒器，包括：燃燒器本體和在燃料流動方向上依次設置于燃燒器本體內的噴霧裝置、氣液混合區、電加熱區、燃燒催化劑區；所述燃燒器本體設有空氣進口；所述噴霧裝置具有噴嘴；所述噴霧裝置的進料端與燃料進口連通，所述噴霧裝置的噴嘴出口位于氣液混合區。

基于以上技術方案，優選的，所述燃燒催化劑區設有燃燒尾氣出口。

基于以上技術方案，優選的，所述電加熱區為網狀電加熱區。

所述氣液混合區用于將燃料經過噴霧噴嘴形成液滴與空氣混合，所述空氣進口用于為氣液混合區通入空氣。本發明的有益效果：

本發明利用噴霧進料形成的小液滴與空氣充分混合，增大氣液兩相的接觸面積，降低氧化放熱反應所需的能耗從而達到低燃料消耗和快速啟動的目的。