一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统
阅读说明：本技术 一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统 (Fireless field food heating system based on solar catalytic oxidation ) 是由 陈海飞 马晶晶 丁雨薇 蔡宝瑞 刘艳艳 陈梦瑾 郭强 于 2021-01-05 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统,涉及太阳能应用技术领域。该加热系统包括锅体、甲醇-空气喷雾罐、换热器和光伏组件；锅体包括用于放置食物的加热腔、设置在加热腔外侧的环形烟道以及设置在加热腔与环形烟道之间的催化室和喷雾室,加热腔的开口朝上,喷雾室位于催化室的上方；喷雾室内设有风扇；甲醇-空气喷雾罐设置在加热腔的外侧,且甲醇-空气喷雾罐的出口依次连通喷雾室、催化室和环形烟道；换热器设置在加热腔下方及远离甲醇-空气喷雾罐的一侧,光伏组件设置在环形烟道的外侧,光伏组件能够储存电能并辅助换热器加热食物,光伏组件还能够为风扇提供电能。本申请用于提升野外食品加热系统的性能。(The application discloses fireless field food heating system based on solar catalytic oxidation relates to solar energy application technical field. The heating system comprises a pot body, a methanol-air spraying tank, a heat exchanger and a photovoltaic assembly; the pot body comprises a heating cavity for placing food, an annular flue arranged outside the heating cavity, and a catalysis chamber and a spray chamber which are arranged between the heating cavity and the annular flue, wherein the opening of the heating cavity faces upwards, and the spray chamber is positioned above the catalysis chamber; a fan is arranged in the spray chamber; the methanol-air spray tank is arranged outside the heating cavity, and an outlet of the methanol-air spray tank is sequentially communicated with the spray chamber, the catalytic chamber and the annular flue; the heat exchanger sets up in heating chamber below and keeps away from one side of methyl alcohol-air spraying jar, and photovoltaic module sets up in the outside of annular flue, and photovoltaic module can store the electric energy and supplementary heat exchanger heating food, and photovoltaic module can also provide the electric energy for the fan. This application is used for promoting field food heating system's performance.)
技术领域
本申请涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统。
背景技术
野外生存作为近年来兴起的运动风潮受到广大年轻人的喜爱。野外生存时食物加热为一大难题，传统的锅炉大多需要连接电源才能工作，而且使用起来存在引起火灾的风险，因此并不适合野外生存。太阳能作为一种来源广泛、环保清洁的可再生能源，其优秀的替代作用在各个领域得到了广泛的重视和应用，但将光伏加热作为野外主要加热手段存在加热速度不够快、受天气影响较大的缺点。
发明内容
本申请的实施例提供一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统，利用甲醇作为原料与空气在催化剂作用下反应放热来加热食物，并将光伏加热作为辅助加热手段，不仅提高了食品加热的效率而且安全环保，经济效益高。
为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统，包括锅体、甲醇-空气喷雾罐、换热器和光伏组件；所述锅体包括用于放置食物的加热腔、设置在所述加热腔外侧的环形烟道以及设置在所述加热腔与所述环形烟道之间的催化室和喷雾室，所述加热腔的开口朝上，所述喷雾室位于所述催化室的上方；所述喷雾室内设有能够使甲醇与空气充分混合的风扇；所述甲醇-空气喷雾罐设置在所述加热腔的外侧，且所述甲醇-空气喷雾罐的出口依次连通所述喷雾室、所述催化室和所述环形烟道；所述换热器设置在所述加热腔下方及远离所述甲醇-空气喷雾罐的一侧，所述光伏组件设置在所述环形烟道的外侧，所述光伏组件能够储存电能并辅助所述换热器加热所述食物，所述光伏组件还能够为所述风扇提供电能。
进一步地，所述甲醇-空气喷雾罐包括甲醇罐、空气罐和外混式喷嘴，所述外混式喷嘴包括内管和套设在所述内管外侧的外管，所述外管的内壁及所述内管的外壁均上设有阻气板，所述内管的入口与所述甲醇罐的出口之间设置进液管，所述外管的入口与所述空气罐的出口之间设置进气管，所述进液管上设有用于调节甲醇流量的调节机构，所述进气管上设有空气加压泵。
进一步地，所述调节机构包括第一挡板、旋钮控制阀和螺栓，所述螺栓与所述进液管的侧壁螺纹连接，所述第一挡板和所述旋钮控制阀分别设置在所述螺栓的两端，且所述第一挡板位于所述进液管内。
进一步地，还包括设置在所述第一挡板的下方的第二挡板，所述第二挡板固定在所述进液管远离所述螺栓的一侧的壁面上，且所述第二挡板垂直于所述进液管的轴线设置。
进一步地，所述催化室的内壁上铺设催化床，并设立间隔均等的中空催化柱，所述中空催化柱的外壁设有多个突起，所述中空催化柱的内外壁及多个所述突起上均铺设催化床。
进一步地，所述换热器为翅片式换热器，所述换热器包括多层折叠式翅片和多个隔板，所述多层折叠式翅片与所述隔板交替设置，且所述折叠式翅片上开设排列规则的通孔。
进一步地，所述光伏组件包括光伏板、跟踪控制装置和可调节支架，所述光伏板通过所述可调节支架连接在所述锅体上，所述跟踪控制装置固定在所述光伏板的背面，且能够根据太阳的强度与方向控制所述可调节支架的转动，从而调节光伏板的倾斜角度。
进一步地，所述光伏组件为两组，两组所述光伏组件分别设置在所述锅体的两个相对侧壁上，其中一组所述光伏组件电连接所述风扇，另一组所述光伏组件电连接所述换热器。
进一步地，所述环形烟道的底壁面和侧壁面上均设有催化床，且所述环形烟道的底壁面为斜面，所述斜面较低的一侧设有冷凝水引流管。
进一步地，所述催化室的外壁上包裹碳纤维层，所述催化室的外壁与所述碳纤维层之间填充碳纤维材料，所述碳纤维材料通过导线与所述光伏组件电连接。
本申请相比现有技术具有以下有益效果：
1、本申请利用甲醇作为原料与空气在催化剂作用下反应放热来加热食物，并通过光伏组件辅助加热，加热过程无明火产生，不仅能够提高食品加热的效率，而且安全环保，经济效益高，适用于野外食品加热，另外，本申请还通过风扇加强甲醇和空气的充分混合，提高加热速度，光伏组件同时能够为风扇提供电能，无需外部电源，使用更安全。
2、本申请在甲醇罐的进液管上设置可调节甲醇流量的调节机构，能够自由控制锅体的加热速率。
3、本申请在锅体加热腔的下方与其中一侧设置换热器，将烟气中蓄藏的热量充分传导给加热腔中的食物，换热器采用多层折叠式翅片与隔板交替设置的结构，并在翅片上开有排列规则的通孔，翅片可以充分与烟气接触，增强气体对流，提高换热效率。
4、本申请在喷雾室中安装风扇以加强甲醇和空气的充分混合，并在催化室内壁铺设催化床层和中空催化柱，同时在环形烟道中铺设催化床，其中，中空催化柱的外壁设有多个突起，中空催化柱的内外壁均铺设催化床，大大增加了催化面积，保证甲醇氧化反应的充分进行，排出烟气为二氧化碳和水蒸气，既不会污染环境，又可以有效提高产生热量的速度，达到更好的加热效果。
5、本申请采用两组光伏组件，其中一组与换热器电连接，白天吸收太阳能为锅体供热，同时储存电能与甲醇氧化反应一起维持锅体在夜晚及阴天的正常工作，起到光伏辅助加热的作用，另一组与风扇电连接，为风扇提供电能，节省燃料、清洁环保且无需外部电源。
6、本申请中的光伏组件包括光伏板、跟踪控制装置和可调节支架，跟踪装置能够根据太阳的强度与方向调整可调节支架的转动，从而调节光伏板的倾斜角度，提高光电转化效率。
7、本申请在催化室的外壁上包裹碳纤维层，并在催化室的外壁与碳纤维层之间填充碳纤维材料，碳纤维材料通过导线与光伏组件电连接，碳纤维材料导电会放出大量的热，对甲醇催化发热起到二级稳热作用，同时能够减少对外热损失。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统的结构示意图；
图2为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统的光伏发电结构图；
图3为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统中光伏组件的结构示意图；
图4为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统中甲醇-空气喷雾罐的结构示意图；
图5为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统中外混式喷嘴的局部结构示意图；
图6为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统中催化柱的结构示意图；
图7为本申请实施例基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统中换热器的局部结构示意图。
图中，1-锅体，11-加热腔，12-催化室，121-排烟口，13-喷雾室，14-环形烟道，141-排气口，142-冷凝水引流管，15-中空催化柱，151-突起，16-催化床，2-甲醇-空气喷雾罐，21-甲醇罐，22-空气罐，221-内管，222-外管，223-阻气板，23-外混式喷嘴，24-进液管，25-进气管，26-调节机构，261-第一挡板，262-螺栓，263-旋钮控制阀，264-第二挡板，27-空气加压泵，28-平盖，29-甲醇加压装置，3-换热器，31-折叠式翅片，311-通孔，32-隔板，4-光伏组件，41-光伏板，42-跟踪控制装置，43-可调节支架，44-支撑架，45-支撑平板，46-固定装置，47-三角支架，5-风扇，6-碳纤维层，7-导线，8-控制器，81-蓄电池组，82-模式按钮。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1至图3，本申请实施例提供了一种基于太阳能催化氧化的无火型野外食品加热系统，该加热系统包括锅体1、甲醇-空气喷雾罐2、换热器3和两组光伏组件4。其中，锅体1包括用于放置食物的加热腔11、设置在加热腔11外侧的环形烟道14以及设置在加热腔11与环形烟道14之间的催化室12和喷雾室13。在一些实施例中，加热腔11为开口朝上的立方体型腔体，加热腔11包括加热腔底壁面和四个依次首尾相接的侧壁面。甲醇-空气喷雾罐2设置在加热腔11的外侧，且甲醇-空气喷雾罐2的出口依次连通喷雾室13、催化室12和环形烟道14。喷雾室13内设有风扇5，换热器3安装在加热腔11的下方及远离甲醇-空气喷雾罐2的侧壁面上。两组光伏组件4以一定的倾斜角度分别安装在锅体1的两个相对侧壁上，为换热器3和风扇5提供电能。
参照图2，光伏组件4将太阳能转换成电能，经过控制器8将电能分配给风扇5和换热器3，并将一部分电能储存在蓄电池组81中，供用电装置在阴天及夜晚使用。其中控制器8上的模式按钮82可调节功率大小且具有简单的指示功能。
参照图3，光伏组件4包括光伏板41、跟踪控制装置42和两个可调节支架43，光伏板41通过可调节支架43连接在锅体1上，跟踪控制装置42固定在光伏板41的背面，且能够根据太阳的强度与方向控制可调节支架43的转动，从而调节光伏板41的倾斜角度。具体的，光伏板41通过支撑架44安装在支撑平板45上，跟踪控制装置42通过固定装置46固定在支撑平板45的下方。两个可调节支架43通过三角支架47与支撑平板45连接，通过转动轴431可进行一定角度的转动，以便在跟踪控制装置42的控制下根据太阳的强度与方向调整光伏板41的倾斜角度。
参照图4和图5，甲醇-空气喷雾罐2包括甲醇罐21、空气罐22和三个并排设置的外混式喷嘴23，外混式喷嘴23包括内管221和套设在内管外侧的外管222，外管222的内壁及内管221的外壁上设有用于控制空气流动速度的阻气板223，内管221的入口与甲醇罐21的出口之间设置进液管24，外管222的入口与空气罐22的出口之间设置进气管25，进液管24上设有用于调节甲醇流量的调节机构26，进气管25上设有空气加压泵27，其中，内管221的出口为喇叭形。甲醇罐21上方有设有平盖28，使用时打开平盖28方便甲醇液体流下，空气罐22为敞口装置，空气在进入进气管25后经过空气加压泵27压缩。
调节机构26包括第一挡板261、旋钮控制阀263和螺栓262，螺栓262与进液管24的左侧壁螺纹连接，第一挡板261和旋钮控制阀263分别设置在螺栓262的两端，且第一挡板261位于进液管24内。旋钮控制阀263可带动螺栓262转动，改变第一挡板261在进液管24中的旋转角度，从而调节甲醇的流量。
继续参照图4，第一挡板261的下方还设有第二挡板264，第二挡板264固定在进液管24远离螺栓262的一侧的壁面上，且第二挡板264垂直于进液管24的轴线设置。由此，第二挡板264可起到缓冲的作用，减少流体对甲醇加压装置29的冲击力。
继续参照图4，调节机构26的下方还设有甲醇加压装置29，甲醇液体经过甲醇加压装置29适当压缩后从外混式喷嘴23中喷出，在催化室12内与高压空气雾化混合。
参照图1和图6，催化室12的内壁上铺设催化床16，并设立间隔均等的中空催化柱15，中空催化柱15的外壁设有多个突起151，中空催化柱15的内外壁及突起151上均铺设催化床16，该结构极大地增加了催化面积，有利于烟气的流动并能够使其充分与催化剂接触。
参照图1和图7，换热器3为翅片式换热器，该换热器采用多层折叠式翅片31与隔板32交替设置的结构，由此，折叠式翅片31的展开面积较大，另外，折叠式翅片31上还开设有排列规则的通孔311，由此，换热器3可以充分与烟气接触，增强气体对流，提高换热器3的换热效率。
参照图1，环形烟道14的底壁面和侧壁面上均设有催化床16，且环形烟道14的底壁面为斜面，该斜面较低的一侧设有冷凝水引流管142，该斜面可将附着在催化床16上的冷凝水引至冷凝水引流管142处排出，由此，可以增加甲醇与空气的反应效率，加快制热速度，环形烟道14上设有与大气连通的排气口141。
参照图1，催化室12上开设排烟口121，将初次氧化反应产生的烟气送入环形烟道14进行二次反应，最终通过设置在环形烟道14上的排气口141排向大气，保证反应能够充分进行，且操作方便、燃料易取，适用于野外生存。
参照图1，催化室12的外壁上包裹碳纤维层6，催化室12的外壁与碳纤维层6之间填充碳纤维材料(图中未示)，碳纤维层6通过导线7与光伏组件4电连接。
在本申请实施例加热系统运行过程中，空气进入空气罐22后经过空气加压泵27加压，同时旋钮控制阀263调节甲醇罐21中甲醇流速，经过甲醇加压装置29的甲醇在外混式喷嘴23中喷出，与高压空气混合后雾化，进入喷雾室13，喷雾室13内安装的风扇5可加快两者的混合，并进入催化室12后充分与催化床16接触，快速产生大量热量，换热器3安装在加热腔11下方与一侧，将烟气中蓄藏的热量充分传导给加热腔11中的食物，反应烟气从催化室12一侧的排烟口121排出，进入环形烟道14，在环形烟道14内进一步反应完全，最终通过排气口141排向大气，其中环形烟道14底部为斜坡式，可将附着在催化床16上的冷凝水引至冷凝水引流管142处排出。光伏组件4以一定的倾斜角度安装在锅体1的相对两侧，其中跟踪控制装置42固定在光伏板41的背面，可根据太阳的强度与方向调整倾斜角度，白天，光伏组件4将太阳能转化为电能供风扇5使用，光伏组件4通过导线7与碳纤维层6接触，填充的碳纤维材料导电会放出大量的热，对甲醇催化发热起到二级稳热的同时也减少对外热损失，并将一部分热量传递给换热器3，同时储存电能，以维持锅体1在夜晚及阴天的正常工作，起到辅助供热的作用。锅体1的燃料为少量的雾化甲醇，在喷雾室13内与空气充分混合后产生大量热量，充分加热锅体内的食物，燃料利用率高。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。