Спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла

Реферат: Спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла включає підігрів каталізатора до температури початку реакції горіння попередньо нагрітою паливо-повітряною сумішшю. Нагрівання каталізатора до температури початку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного пропускання через генераторний модуль електричного струму та стехіометричної паливо-повітряної суміші. UA 73131 U (12) UA 73131 U UA 73131 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології запалювання реакції безполум'яного горіння органічного палива на шарах каталізаторів, що мають волокнисту або гранульовану структуру. Такі каталізатори з активною фазою на основі благородних металів або металів змінної валентності використовуються як джерела тепла різного призначення, зокрема для обігріву приміщень, сушіння лакофарбових покриттів, що містять вибухонебезпечні розчинники, а також як внутрішні джерела тепла у термоелектричних модулях (каталізатор розташований у порах або каналах гілок термоелементів) та термогенераторах на їх основі. Особливістю каталізаторів є необхідність їх попереднього нагрівання до температури запалювання реакції безполум'яного горіння газового або рідкого палива. В залежності від активності каталізатора і виду використаного палива ця температура знаходиться в межах 120200 °C. Відомий спосіб запалювання реакції каталітичного горіння газового палива (пропан-бутан, метан) у термоелектричних генераторах, де каталізатор розташований у спеціальній капсулі і має вигляд гранул, на які нанесено каталітично активні речовини [1]. Спосіб полягає в тому, що каталізатор попередньо прогрівають відкритим полум'ям протягом 5-6 хвилин. Для цього газоповітряну суміш, що надходить до каталізатора, підпалюють і після його прогрівання до 150 °C починається процес безполум'яного горіння (окиснення) газового палива. Описаний спосіб не технологічний і є небезпечним з точки зору дотримання правил безпеки при експлуатації газових приладів. Окрім цього при використанні відкритого полум'я з високою температурою відбувається локальний перегрів окремих ділянок шару каталізатора, що призводить до часткової втрати каталітичної активності на цих ділянках. Наведений спосіб не придатний для запалювання реакції горіння у модулях з внутрішніми джерелами тепла, де каталізатор знаходиться у порах або каналах гілок термоелектричних елементів модуля [2]. Відомий спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива шляхом використання електричного нагрівника, вмонтованого в шар каталізатора [3]. Недоліком цього способу, як і в попередньому варіанті, є локальні перегріви каталізатора і тривалий час (10-15 хв.) його нагрівання до температури, необхідної для запалювання реакції горіння палива. Такий спосіб не можна використати для запалювання реакції безполум'яного горіння палива у термоелементах і модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла, що зумовлено малими розмірами шарів каталізатора в межах 500-50 мкм. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є спосіб запалювання реакції горіння органічного палива на каталізаторі, який включає попередній підігрів суміші палива і повітря у спеціальних пристроях з наступним надходженням гарячої суміші до каталізатора, нанесеного на спаї металевих термопар, які електрично з'єднані у модулі. Нагрівання горючої суміші здійснюється повітряним теплообмінником, який в період запалювання реакції на каталізаторі нагрівається шляхом полум'яного спалювання горючої суміші у додатковому пальнику. Недоліком наведеного способу запалювання є його складність і необхідність у додаткових пристроях для полум'яного спалювання паливо-повітряної суміші та теплообмінних системах для її нагрівання. Тому актуальним є створення безпечного, надійного і швидкодіючого способу запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла та термоелектричних генераторах на їх основі. Вказана задача вирішується тим, що у способі запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива в термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла, який включає підігрів каталізатора до температури початку реакції горіння попередньо підігрітою паливо-повітряною сумішшю, нагрівання каталізатора до температурипочатку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного пропускання через генераторний модуль електричного струму та стехіометричної паливо-повітряної суміші. Відповідність критерію "новизна" запропонованому способу запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоноване нове рішення, яке полягає в тому, що у способі запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива в термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла, який включає підігрів каталізатора до температури початку реакції горіння попередньо підігрітою паливо-повітряною сумішшю, нагрівання каталізатора до температури початку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного пропускання через генераторний модуль електричного струму та стехіометричної паливо-повітряної суміші. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів, - нагрівання каталізатора до температури початку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного 1 UA 73131 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 пропускання через генераторний модуль електричного струму та стехіометричної паливоповітряної суміші. Практичне використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій, матеріалів або спеціального обладнання. Його реалізація можлива з використанням відомих відпрацьованих технологій та обладнання існуючого рівня техніки. Суть запропонованої способу пояснюється кресленням, на якому наведено поперечний переріз термоелектричного модуля з внутрішніми каталітичними джерелами тепла та напрям руху паливо-повітряної суміші при пропусканні електричного струму через модуль. Термоелектричний модуль 1 містить гілки n- і р-типів 2, 3, що містять пори або канали, у верхній частині яких розташований каталізатор 4. На холодній стороні модуля встановлено газовий колектор 5 для входу в модуль паливо-повітряної суміші 6. Газовий колектор 7 призначений для відведення від модуля гарячих продуктів горіння палива. Живлення термоелектричного модуля в період запуску здійснюється від зовнішнього джерела електричної енергії 8 шляхом під'єднання його до електричних контактів 9. Згідно з запропонованою корисною моделлю спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричному генераторному модулі 1 з внутрішніми каталітичними джерелами тепла полягає в тому, що нагрівання каталізатора 4 до температури початку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного пропускання через генераторний модуль 1 газоповітряної суміші 6 і електричного струму від зовнішнього джерела електричної енергії 8. Внаслідок пропускання електричного струму через модуль на його гарячих спаях виділяється теплова енергія, яка нагріває каталізатор, розташований у каналах або порах до температури 150-160 °C. Час досягнення цієї температури, наприклад для модуля розміром 40×40×4 мм з матеріалів на основі ВІ2ТЄ3 складає 20-30 с. Одночасно через газовий колектор 5 до розігрітого каталізатора надходить паливо-повітряна суміш 6, яка згорає на його поверхні без полум'я з виділенням тепла. При цьому частина тепла, що надходить провідністю до холодної сторони модуля, відводиться холодною паливо-повітряною сумішшю, яка надходить у канали або пори через газовий колектор 5. Після запалювання реакції каталітичного горіння і досягнення стаціонарного режиму роботи модуля електричне живлення відключається і модуль, внаслідок різниці температур між гарячою і холодною сторонами, генерує електричний струм. Таким чином, запропонований спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричних генераторних модулях і генераторах на їх основі є безпечним з точки зору експлуатації приладів з газовими джерелами тепла, надійним та швидкодіючим. Час запалювання реакції каталітичного горіння запропонованим способом у 10-20 разів менший порівняно з наведеними аналогами і прототипом. Запропонований спосіб дозволяє підвищити ефективність і надійність термоелектричних генераторів з каталітичними джерелами тепла і розширити можливість їх практичного використання. Джерела інформації: 1. Pustovalov A.A., Gusev V.V., Rubkin N.N. Catalytic Thermoelectric generators operating on gas fuel // J. of Thermoelectricity.-1994.- No 2.- P. 90-96. 2. Патент UA59582, MKB: H01L35/32. Термоелектричний напівпровідниковий елемент для термогенераторів / Анатичук Л.І., Струтинська Л.Т., Михайловський В.Я. (UA) - Опубл. 25.05.2011, бюл. №10. 3. Михайловский В.Я. Системы надѐжного запуска термоэлектрических генераторов с каталитическим источником тепла // Термоэлектричество.-2000. - №1.- С. 69-76. 4. Патент US3070645, СІЛ36-4. Catalyst coated thermocouple elements / Joseph H. Tracht (US) - Опубл. 25.12.1962. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Спосіб запалювання реакції каталітичного горіння органічного палива у термоелектричних генераторних модулях з внутрішніми каталітичними джерелами тепла, що включає підігрів каталізатора до температури початку реакції горіння попередньо нагрітою паливо-повітряною сумішшю, який відрізняється тим, що нагрівання каталізатора до температури початку реакції горіння органічного палива здійснюється шляхом одночасного пропускання через генераторний модуль електричного струму та стехіометричної паливо-повітряної суміші. 2 UA 73131 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3