一种基于甲醇燃烧反应的可移动式加热装置

1.本发明涉及了催化化学反应领域的一种加热装置，尤其涉及一种基于甲醇燃烧反应的可移动式加热装置。


背景技术：

2.从古至今，热量的获取伴随着人类社会的进步与发展。在现代社会中，无论是日常生活、工作需求，还是科研实验，在很多场景中都需要获取热量，这时加热装置显得不可或缺。现有的加热装置中，大多数都是通过电热阻丝进行加热，即通过将电能转化为热能实现加热；这种加热方式所需的电量较大，往往需要接入220v市电进行电量的供给。但随着社会的不断发展，人类生活方式的不断更新，对于可移动便携式加热装置的需求日益增加。
3.甲醇具有能量密度高、来源广泛、可再生、氢碳比高、储运方便等突出优点，其与氧气在催化剂的作用下，能够发生甲醇燃烧反应，生成水和二氧化碳的同时能够释放出大量热量，从而实现化学能向热能的转化；甲醇燃烧反应具有反应速度快，反应剧烈等特性，是一种很好的化学加热方式。
4.通过基于甲醇燃烧反应的加热装置设计，可以大大降低加热装置对于电量的需求，通过采用移动电源即可实现较长时间的加热，大大提高了加热装置的便携性；同时通过对于结构的设计，可以实现加热面积和加热区域的控制，从而实现针对性加热，在节约能量的同时提高加热效率。
5.现有技术公开了一种节能型催化燃烧反应器，该反应器具有排气口、进料管、风机部件、填充机构、导热机构、换热器以及甲醇储存容器，该反应器以甲醇裂解制氢后含氢尾气和空气中的氧气为主，以甲醇燃烧反应为辅，产生热量用于其他反应原料的预热，以节约能源。但该装置主要用于反应尾气的后处理，辅助器件繁多，装置系统较为庞大，难以实现可移动化应用。
6.现有技术还公开了一种基于甲醇触媒加热的供热装置，该供热装置具有换热筒、加热管、催化饼、蓄热饼等部件，该装置将雾化状甲醇与空气吹入换热筒中与催化饼接触，发生化学反应产生热量对蓄热饼和换热筒进行加热，该方案无火焰，废气仅有二氧化碳，使用安全可靠且无污染。但该装置本体为一个换热器，只能针对气体和液体进行加热，无法准确控制加热温度，且无法对加热面积和加热区域进行控制，整体加热效率不高。
7.在以往公开的发明专利中，尚未发现针对可移动式的基于甲醇燃烧反应的加热装置。采用甲醇燃烧反应进行热量释放，以化学能转化为热能，大大减少加热装置对于电量的需求，提高可移动性；通过相应的结构设计，实现对各种形态的物体进行加热，且对加热面积及区域进行控制，以提高加热装置整体的加热效率；因此有必要设计一种基于甲醇燃烧反应的可移动式加热装置，并进一步优化结构，实现更多场景下的高效应用。


技术实现要素：

8.为了解决现有加热装置存在耗电量大、便携性低等问题，本发明的目的在于提供
一种基于甲醇燃烧反应的可移动式加热装置。本加热装置中仅气泵需要电能供应，装置整体所需电能较小，可以通过内部移动电池进行电量供给。
9.本发明采用的技术方案是：
10.本加热装置包括加热装置壳体及设置在加热装置壳体内的换热器、气泵、甲醇储存箱、尾气处理箱、隔热板、甲醇燃烧加热板和加热顶板；所述加热顶板、甲醇燃烧加热板和隔热板自上而下叠加后共同安装在加热装置壳体内的顶端，所述尾气处理箱、换热器、气泵和甲醇储存箱均安装在隔热板的下方，所述气泵和甲醇储存箱相邻间隔设置，所述换热器和尾气处理箱分布在甲醇储存箱旁，所述甲醇储存箱顶端面开设有一个入口和一个出口，所述气泵输出端与甲醇储存箱的入口连通，所述甲醇储存箱的出口与换热器的冷端入口连通，甲醇燃烧加热板的两端分别开设有多个反应物入口和多个产物出口，所述甲醇燃烧加热板的多个反应物入口和多个产物出口均通过金属钢管分别与所述换热器的冷端出口、换热器的热端入口进行连通，所述换热器的热端出口通过金属钢管连接到尾气处理箱；使得空气在气泵作用下通过金属钢管充入甲醇储存箱，使得混有空气的甲醇从甲醇储存箱流出后经换热器流入燃烧加热板，使得燃烧加热板中的反应产物从燃烧加热板流出后经换热器流入尾气处理箱。
11.燃烧加热板顶端面间隔开设有4个相同的条形槽，每个所述条形槽的两端分别为第一锥形端和第二锥形端，每个条形槽的第一锥形端均开设有一个反应物入口，每个条形槽的第二锥形端均开设有一个产物出口，各个条形槽的产物出口均通过金属钢管相互连通后与换热器的热端入口进行连通，每两个相邻条形槽的出口均通过一个第一三通接头进行连通后形成一个第一支路，两个相邻的第一支路通过一个第二三通接头与换热器的冷端出口进行连通。
12.各个条形槽的每个锥形端附近均分别安装有一个阻隔装置，每个所述阻隔装置均沿垂直于燃烧加热板内反应产物流动的方向进行水平设置。
13.每个所述阻隔装置主要由多个挡块间隔排列组成，每个条形槽内两个阻隔装置之间填充有甲醇燃烧催化剂颗粒。
14.每个甲醇燃烧加热板的反应物入口处均设置有电磁阀。
15.所述加热顶板顶端面中部间隔开设有多个用于安装热电偶的热电偶孔，多个所述热电偶孔均正对着燃烧加热板内的条形槽，使得燃烧加热板内每个条形槽的中部均设置有至少一个热电偶，加热顶板的多个所述热电偶孔处均安装有热电偶。
16.所述加热装置还包括设置在加热装置外壳内的操作显示器、移动电池、控制器；所述电磁阀、热电偶、气泵均与控制器电连接，所述控制器与显示器电连接，所述气泵、控制器和显示器均电连接到移动电池。
17.所述甲醇储存箱中装有甲醇溶液，所述尾气处理箱中填充干燥剂。
18.本发明通过采用甲醇燃烧反应释放热量的方案，将化学能转化为热能，大大减少加热装置对于电能的需求，在保证加热效果的前提下摆脱加热装置对于220v市电的需求，提高加热装置的便携性；同时通过结构设计，实现加热面积与加热区域的控制，大大提高装置的加热效率。
19.本发明具有的有益效果是：
20.1.大大降低加热装置对电量的需求。通过甲醇和空气在燃烧催化剂的作用下发生
甲醇燃烧反应，释放热量，即通过将化学能转化为热能的方式进行加热，相较于传统加热装置采用基于电能转化为热能的加热方法，对于电量的需求大大降低。
21.2.提高加热装置的可移动性、便携性。由于整个装置内只有气泵、控制器以及操作显示器需要少量的电量供应，整个加热装置可以摆脱220v市电插座的限制，采用内部的移动电源进行较长时间的运行，从而能够更好的在停电或室外等情况下进行应用，大大增加了加热装置的可移动性以及使用场景。
22.3.提高加热装置的加热效率。通过控制器、电磁阀、管路以及甲醇燃烧加热板结构的设计，实现对加热面积以及加热区域的控制，提高加热装置的整体加热效率；同时在装置内设有的换热器，能够对甲醇燃烧加热板中流出的带有余热的反应产物进行热量的再利用，从而减少能量的损耗。
23.4.环境适应性高、加热响应快。相较于传统电加热形式的加热装置，采用甲醇燃烧反应进行加热能够适用于更为寒冷和极端的环境下；甲醇燃烧反应在催化剂的作用下反应迅速且剧烈，能够在短时间内释放大量的热能，从而快速的使加热顶板加热至指定温度。
附图说明
24.图1是本发明透视的左右二等角轴测图；
25.图2是本发明的左右二等角轴测外观图；
26.图3是本发明内部结构的上下二等角轴测图；
27.图4是本发明加热原理流程图；
28.图5是本发明甲醇燃烧加热板的俯视图。
29.图中：1、操作显示器；2、移动电池；3、控制器；4、电磁阀；5、隔热板；6、甲醇燃烧加热板；7、加热顶板；8、第一三通接头；9、尾气处理箱；10、第二三通接头；11、换热器；12、加热装置外壳；13、气泵；14、甲醇储存箱；601、反应物入口；602、挡块；603、产物出口；604、热电偶孔。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
31.如图1和图2所示，本发明包括加热装置壳体12及设置在加热装置壳体12内的换热器11、气泵13、甲醇储存箱14、尾气处理箱9、隔热板5、甲醇燃烧加热板6和加热顶板7。
32.加热顶板7、甲醇燃烧加热板6和隔热板5自上而下叠加后共同安装在加热装置壳体12内的顶端，其中，隔热板5用于防止热量的耗散，尾气处理箱9、换热器11、气泵13和甲醇储存箱14均安装在隔热板5的下方，气泵13和甲醇储存箱14相邻间隔设置，换热器11和尾气处理箱9分布在甲醇储存箱14旁，甲醇储存箱14顶端面开设有一个入口和一个出口，气泵13输出端通过金属钢管与甲醇储存箱14的入口连通，甲醇储存箱14的出口通过金属钢管与换热器11的冷端入口连通，甲醇燃烧加热板6的两端分别开设有多个反应物入口601和多个产物出口603，甲醇燃烧加热板6的多个反应物入口601和多个产物出口603均通过金属钢管分别与换热器11的冷端出口、换热器11的热端入口进行连通，换热器11的热端出口通过金属钢管连接到尾气处理箱9。
33.使得空气在气泵13作用下通过金属钢管充入甲醇储存箱14，使得混有空气的甲醇
从甲醇储存箱14流出后经换热器11流入燃烧加热板6，使得燃烧加热板6中的反应产物从燃烧加热板6流出后经换热器11流入尾气处理箱9。
34.如图5所示，燃烧加热板6顶端面间隔开设有4个相同的条形槽，每个条形槽的两端分别为第一锥形端和第二锥形端，每个条形槽的第一锥形端均开设有一个反应物入口601，每个条形槽的第二锥形端均开设有一个产物出口603，各个条形槽的产物出口603均通过金属钢管相互连通后与换热器11的热端入口进行连通，每两个相邻条形槽的出口601均通过一个第一三通接头8进行连通后形成一个第一支路，两个相邻的第一支路通过一个第二三通接头10与换热器11的冷端出口进行连通。使得从换热器11冷端出口流出的混有空气的甲醇通过第二三通接头10分流流向两个第一三通接头8，混有空气的甲醇再通过第一三通接头8分流流向燃烧加热板6内两个相邻的条形槽。
35.各个条形槽的每个锥形端附近均分别安装有一个阻隔装置602，每个阻隔装置602均沿垂直于燃烧加热板6内反应产物流动的方向进行水平设置。
36.每个阻隔装置602主要由多个挡块602间隔排列组成。
37.每个条形槽内两个阻隔装置602之间填充有甲醇燃烧催化剂颗粒。
38.每个甲醇燃烧加热板6的反应物入口601处均设置有电磁阀4。
39.加热顶板7顶端面中部间隔开设有多个用于安装热电偶的热电偶孔604，多个热电偶孔604均正对着燃烧加热板6内的条形槽，使得燃烧加热板6内每个条形槽的中部均设置有至少一个热电偶，加热顶板7的多个热电偶孔604处均安装有热电偶，使得安装在热电偶孔604的热电偶随时监控燃烧加热板6条形槽内的温度。
40.加热装置还包括设置在加热装置外壳12内的操作显示器1、移动电池2、控制器3；电磁阀4、热电偶、气泵13均与控制器3电连接，控制器3与显示器1电连接，气泵13、控制器3和显示器1均电连接到移动电池2。气泵13将空气泵入甲醇储存箱14中，空气携带甲醇通过换热器11进入甲醇燃烧加热板6中进行燃烧反应，释放热量进行加热，随后反应产物通过换热器11进入尾气处理箱9；通过操作显示器1以及热电偶反馈温度可以控制气泵13的启停、转速以及工作时长，从而实现对加热开关、温度以及时间的控制。控制器3通过调节各个电磁阀4的通断，从而控制混有空气的甲醇进入甲醇燃烧加热板6的位置，实现对加热顶板7加热面积和加热区域的控制。
41.优选的，甲醇储存箱14中装有甲醇溶液，尾气处理箱9中填充干燥剂。
42.优选的，加热装置外壳12的侧面开设有方形气孔阵列，用于与外部空气连通。
43.如图3所示，本加热装置的气路流动路径如下：
44.空气在气泵13作用下通过金属钢管充入甲醇储存箱14，使得混有空气的甲醇从甲醇储存箱14出口流出，从甲醇储存箱14出口流出的混有空气的甲醇经换热器11冷端入口流入换热器11后再从换热器11冷端出口流出，使得从换热器11冷端出口流出的混有空气的甲醇通过第二三通接头10分别流向两个第一三通接头8，混有空气的甲醇再通过第一三通接头8分流流向燃烧加热板6内两个相邻的条形槽，甲醇燃烧加热板6内的化学反应产物经甲醇燃烧加热板6产物出口603流出后进入换热器11，化学反应产物经换热器11热端出口流出后流入尾气处理箱9。
45.如图4所示，本加热装置的工作原理为：
46.空气通过气泵13进入甲醇储存箱14，随后空气和甲醇经过换热器11进入甲醇燃烧
加热板6，在甲醇燃烧催化剂颗粒的作用下发生甲醇燃烧反应，释放热量进行加热；随后反应产物经过换热器11对混有空气的甲醇进行预热后进入尾气处理箱9。
47.加热装置通过甲醇燃烧反应释放热量实现加热，装置的加热区间为室温至400℃之间。
48.本加热装置的具体工作过程如下：
49.在该加热装置正常运行前，通过甲醇储存箱14注入口将甲醇注满，将尾气处理箱9中填充满干燥剂，同时将移动电池2电量充满。
50.加热升温阶段：
51.控制器3控制气泵13开始工作，气泵13将空气泵入甲醇储存箱14中，随后混有空气的甲醇从甲醇储存箱14出口流出后进入换热器11，混有空气的甲醇经换热器11冷端出口流出后进入甲醇燃烧加热板6；在甲醇燃烧加热板6，空气和甲醇在甲醇燃烧催化剂颗粒的作用下发生甲醇燃烧反应，释放热量，并产生水和co2；反应产物最后从甲醇燃烧加热板6的产物出口603流出进入换热器11；在换热器11中，反应产物携带的余热用于给换热器11内混有空气的甲醇进行预热，随后反应产物流出换热器11进入尾气处理箱9。整个过程中，热电偶实时进行测温。
52.恒温加热阶段：
53.控制器3根据操作显示器1设置的预定温度以及热电偶测量的实时温度，实时控制气泵13的工作功率，调整进入甲醇燃烧加热板6中空气和甲醇的量，从而控制甲醇燃烧加热板6内甲醇燃烧反应的强度，使得加热顶板7的温度维持在预定值。
54.实施例
55.当加热顶板7的尺寸为300
×
200mm时，甲醇燃烧反应的释放的热量为726.9kj/mol，在甲醇储存箱14容量为1000cm3的情况下，所有甲醇发生反应后释放的热量为
[0056][0057]
其中，q为甲醇发生反应后释放的热量；
[0058]
当加热顶板7的尺寸为300
×
200mm时，传统加热装置的额定功率约为1000w；在不计算能量损失的情况下，在额定工况工作1小时需要1度电，能够释放热量3.6
×
106j。
[0059]
因此，本加热装置所能释放的热量大约能维持传统加热装置在额定功率情况下加热运行5小时。同时，本加热装置仅有气泵13、控制器3和操作显示器1等部件需要少量电量供给，整体运行功率小于20w，相较于传统加热装置对电量的需求降低了约50倍。在20ah的移动电池2的供电情况下，本加热装置能维持稳定运行超过10小时，从而能够大大提升加热装置的移动性，适用于更多的加热场景。
[0060]
本发明一种基于甲醇燃烧反应的可移动式加热装置，通过采用甲醇燃烧反应实现化学能向热能的转化，用于加热，相较于采用电加热方式的装置大大降低了加热装置对于电量的要求，使得加热装置在内置移动电池的帮助下，能够维持长时间的加热，大大提高了加热装置的便携性；同时通过结构设计，使得加热面积和加热区域可控，对残余废热进行回收利用，降低了不必要的能量损耗，提高了整体的加热效率。