CN104251499A - 一种便携式抽气型的可发电生物质炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式抽气型的可发电生物质炉，包括炉体和温差发电装置，其中，炉体中上部开设有抽气管插口，上部沿炉体周向上开设有二次风风口；温差发电装置包括上部开有冷风引风口的中空壳体、设置在壳体上部的抽气管、设置在壳体内腔上部的温差发电模块和设置在壳体内腔下部的转速可调的风扇，风扇的转动使得热气体和冷空气通过冷风引风分别流经温差发电模块的两侧，并通过风扇转速的调节对热气体量进行调节使得温差发电模块热端温度稳定，从而实现在温度燃烧获取热量的同时进行稳定安全地发电。本发明的装置抽取的热气的温度随炉内燃烧负荷变化波动较小，温差发电片发电温度受炉内燃烧负荷变化的影响较小，使得温差发电片发电更加稳定，并保护温差发电片不被烧毁。

Description

一种便携式抽气型的可发电生物质炉

技术领域

本发明涉及生物质炉技术领域，具体涉及一种可发电的生物质炉。

背景技术

生物质炉是使用生物质材料作为燃料的炉具，由于其可以秸秆、稻草等可燃生物质作燃料，在炉内既有明火燃烧也有气化成分，具有没有焦油，不冒黑烟、燃烧充分、热效率高，烟气排放低的优点，特别适合户外使用。

为了满足对户外用电的需求，出现了一种可发电的户外生物质炉，由于其能够利用野外生物质资源作为燃料提供用户所需的热源，又能够解决户外电子产品的充电难的问题，因此具有很好的应用前景。

目前，对于可发电的户外生物质炉，其原理一般是利用炉内热量，通过温差发电片将部分热能转换为电能。常规设计是采用炉壁或者导热棒的导热作用将炉内热量传递到温差发电片的热端，再利用空气冷却温差发电片的冷端，为温差发电片提供发电所需的温差。

例如专利文献CN103615745A公开了一种可发电户外柴火炉，包括炉体和固定在炉体外侧壁上的温差发电装置，在内胆的下部、中部和上部分别开设有至少一个一次进风口、二次进风口和三次进风口，在一次进风口下方开有导风口，在二次进风口和三次进风口之间开有导热孔。其中温差发电装置包括导热金属棒、至少一块温差发电片、散热铝板、鼓风机、蓄电池模块和散热风道，散热风道与导风口相通，导热金属棒固定在所述导热孔中且一端部与温差发电片的集热面相贴合，所述温差发电片的散热面与散热铝板相贴合。该可发电户外柴火炉可以实现将生物质热量传导到温差发电片上，从而实现发电。

但是，由于燃烧时燃料量的变化、燃料特性的变化及燃烧条件的改变，炉内燃烧很不稳定，因此炉内温度受影响波动较大，这就造成了炉壁温度及导热棒的温度的不稳定，最终导致温度发电片的热端温度极不稳定，使得温差发电片温度容易超温而导致其使用安全甚至被烧毁损坏；同时，也大大影响发电效率及发电稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对目前的小型户外可发电生物质炉发电不稳定、温差发电片容易超温及发电效果不理想的现状，提出一种装有发电效果受炉内燃烧负荷变化影响较小的抽气型温差发电装置的生物质炉，其通过采用抽气的方式得到温差发电的热源，同时采用对流强化传热技术改善温差发电片的发电效果，保证了发电炉的高效性、稳定性和安全性。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其特征在于，该生物质炉包括炉体和可拆卸地安装在该炉体一侧的温差发电装置，其中，

所述炉体中上部开设有抽气管插口，上部沿炉体周向上开设有多个开口作为二次风风口；

所述温差发电装置包括：

上部开有作为冷风引风口的开口的中空壳体；

设置在壳体上部并与内腔相同的抽气管，所述温差发电装置通过该抽气管插入炉体上的抽气管插口使得温差发电装置悬挂在炉体上，且使得抽气管插入炉内时其管口与所述二次风风口高度吻合，从而炉体底部燃料与一次风混合发生不完全燃烧产生的含有挥发分成分的气体在上升到二次风风口位置时与从二次风风口进入的二次风混合燃烧而产生温度相对恒定的热气体；

设置在壳体内腔上部的温差发电模块和设置在壳体内腔下部的转速可调的风扇，该风扇的转动使得所述热气体通过所述抽气管以及使得环境中的冷空气通过所述冷风引风口分别流经所述温差发电模块的两侧，并通过风扇转速的调节对流经所述温差发电模块的热气体量进行调节使得温差发电模块热端温度稳定，从而实现在温度燃烧获取热量的同时进行稳定安全地发电。

作为本发明的改进，所述炉体下部开设有一次风风口，且所述风扇排气口与所述一次风风口高度吻合，所述流经温差发电模块两侧的热气体和冷空气形成的混合风通过所述一次风风口吹入炉体内，以促进炉体内生物质燃料的燃烧。

作为本发明的改进，所述温差发电模块包括位于一侧的热风换热器件、位于中间的半导体温差发电片、以及位于另一侧的冷风换热器件，三者紧固连接，其中所述热风换热器件由错列排布的翅片垂直焊接在金属薄板表面形成，所述冷风换热器件由多个栅状翅片垂直焊接在金属薄板表面形成。

作为本发明的改进，所述温差发电装置的中空壳体内对于所述一次风风口高度处设置有隔热板，以将内部空腔分割为独立的上下两部分并使得下部分与用于热气体和冷空气流通的上部分进行隔热，该下部分内设置有电量管理模块，以用于发电管理。

作为本发明的改进，所述电量管理模块包括DC-DC稳压模块、DC-DC降压模块和PWM模块，其中，所述温差发电模块发出的电量，经该DC-DC稳压模块和DC-DC降压模块后分别输出一定电压的电量，其中一路电压经所述PWM模块后进入所述风扇，以用于驱动或控制风扇的转动，另一路电压用于输出。

作为本发明的改进，所述电量管理模块还包括充电管理芯片、DC-DC升压模块和内置电池，其中所述另一路电压分为两支，其中一支通过所述充电管理芯片给内置电池充电蓄能，以用于作为所述风扇的启动电源，另一支与电压输出端口连接以直接输出。

作为本发明的改进，所述两路电压分别为12V和5V。

作为本发明的改进，所述风扇置于上述隔热板上。

作为本发明的改进，所述二次风风口的多个开口在沿炉体壁的周向上处于同一高度处而形成一圈或处于不同高度处而形成多圈。

本发明生物炉通过调节小型离心风扇的转速，调节一次风的进风量，使炉内生物质燃料处于未完全燃烧状态，生物质的挥发份在二次风小风口位置发生完全燃烧，产生温度相对恒定的热气体，通过抽气管的抽气作用，增加二次风小孔的进风量，使燃烧更为充分。调节小型离心风扇转速的作用还表现在：当燃烧过旺时，可调低小型离心风扇的转速，减少一次风的进风量及抽气管的抽气量，避免半导体温差片的温度过高；当燃烧状况不理想时，可调高小型离心风扇的转速，增加一次风的进风量，对炉内燃料起到助燃作用，同时抽气管的抽风量增加，增加了热风风道的气体流速，增强了换热，使温差发电片的温度适度提高。如此减小了温差发电片因炉内燃烧状况变化所造成的温度的不稳定性。

本发明的温差发电装置上部布置有冷风引风口；温差发电装置内置有一竖直隔热板用于将温差发电模块区域的冷热风隔绝开来；温差发电模块下部留有冷热风混合区域；小型离心风扇置于一横着的隔热板上，隔热板下部布置电量管理模块，隔热板的作用保证了电量管理模块不受热损坏。

本发明的另一特点还表现在更加方便携带，通过拆卸可将温差发电装置取下来，放进炉子内胆中，减小了装置的携带体积。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)抽取炉内的二次风燃烧区域的热气，温度较为适宜，温度波动小，使其通过上述温差发电模块里的对流换热结构为温差发电片提供热源，相比于现有技术，提高了温差发电片高效、安全工作的能力。

(2)当炉内燃烧不足或过旺时，均可通过调节小型离心风扇的转速改变一次风进风量，改善炉内的燃烧状况，同时一次风风量改变所造成的抽气效果的变化有助于温差发电装置的发电稳定。

(3)抽气管位于炉内二次风进风口位置高度，能够增强二次风的进风量，可使燃料燃烧较为完全。

(4)此装置炉体和发电装置可拆卸，并且发电装置能够放置到炉胆中，携带方便，给使用带来便利。

附图说明

图1为按照本发明实施例的装置整体结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为按照本发明实施例的装置中温差发电模块(7)的结构示意图；

图4为按照本发明实施例的装置中电量管理模块(16)的结构框图；

图5为按照本发明实施例的装置中炉体(1)与温差发电装置(9)拆解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，本实施例的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，由炉体1和温差发电装置9两部分结合而成。

炉体1由金属内胆3和保温材料制作的壳2贴合而成，其中金属内胆3和保温材料制作的壳2主体均是筒形结构，一侧扳平。炉体1的筒壁下部开设有一个一次风风口18，中上部开设有一个抽气管插口6，筒壁上部沿周向上开设有至少一圈二次风小风口4，也可以是在筒壁上部不同高度的多圈。

温差发电装置9主体为长方体，由内金属壳11和外保温壳12构成，金属壳11右上侧开有矩形冷风进风口10，金属壳11内部上方区域安装有隔热板8及温差发电模块7，温差发电模块7下部留有冷热风混合区13，冷热风混合区13下部的小型离心风扇14安装在隔热板15上，隔热板15下部布置电量管理模块16。

如图3所示，温差发电模块7由三部分组成，左侧的热风换热器件7a，中间的SiGe合金材料制作的半导体温差发电片7c，右侧的冷风换热器件7b，三者采用螺栓紧锢，螺栓呈四角分布，热风换热器件7a由错列排布的翅片7a1和金属薄板7a2焊接而成，其中多个错列排布的翅片7a1通过其一端端部垂直焊接在金属薄板7a2上。冷风换热器件7b由栅状翅片7b2和金属薄板7b1焊接而成，其中多个错列排布的栅状翅片7b2通过其一端端部垂直焊接在金属薄板7b1上。两侧翅片高度可根据冷热风风量配比进行合理控制，例如，冷风换热器件和冷风换热器件的高度控制在一定的比例，例如本实施例中可以优选为1:4。

如图4所示，所述的电量管理模块16包含DC-DC稳压模块16a、DC-DC降压模块16d、充电管理芯片16e、PWM模块16c、调速旋钮16b、内置电池16g、DC-DC升压模块16f、标准5V输出端口16h，其中标准5V输出端口16h布置在外壳12下部区域，调速旋钮16b布置在标准5V输出端口16h上部，其他部分均布置在温差发电装置内的隔热板15下部。

如图2所示，温差发电装置9通过抽气管5插入炉体上的抽气管插口6使得温差发电装置9悬挂在炉子上，并且抽气管5插入炉内管口刚好达到二次风小风口4高度位置，此时温差发电装置9的小型离心风扇排气口17刚好对着一次风风口18，且两者大小相吻合。

如图5所示，温差发电装置9也可以从炉体1上拆解下来。

炉子工作时，先将炉体1和温差发电装置9组装在一起，将生物质添加到炉体1的金属内胆1内点燃。视炉内燃烧情况，调节调速旋钮16b改变小型离心风扇14的转速，调节由一次风风口18向左喷进炉内的一次风风量。小型离心风扇14的转动会从其上方抽取一定风量，此风是由两部分风量混合而成，一部分是经抽气管5抽出的炉内热气，另一部分是由矩形冷风进风口10抽取的环境中的冷空气，两者分别流经温差发电模块7的两侧，形成半导体温差发电片7c发电所需的热源和冷源。炉体1内底部燃料与一次风混合发生不完全燃烧，产生的含有挥发分成分的气体上升到二次风风口4位置，与由抽气管5抽气作用吸到炉内的二次风混合燃烧，产生温度相对恒定的热气体，一小部分被抽气管5抽走，大部分供用户作为热源使用。由于燃料在炉内半敞开空间燃烧，随着燃烧状况的变化，火焰温度及辐射热量均会发生较大变化，造成炉体1内温度产生波动，但燃料燃烧产生的热气温度变化相对较小，因此利用热气体的热量对半导体温差发电片7c左侧的温度影响相对较小。并且由于炉内燃烧剧烈时，需要减小离心小风扇14的转速，会使抽气管5抽气速度减小，气体流速的减小减小了半导体温差发电片7c左侧的对流换热系数，从而在一定程度上抵消了由热气温度升高所造成的半导体温差发电片7c左侧温度的升高；同理，在相反的情况下亦不能大幅降低半导体温差发电片7c左侧温度。由此两点，即可使半导体温差发电片7c的发电变得稳定、安全。

半导体温差发电片7c发出的电量经过经DC-DC稳压模块16f和DC-DC降压模块16d输出12V和5V电压的电量，12V电压的电量经PWM模块16c变为正弦电流带动小型离心风扇14转动，PWM模块16c中有调速旋钮16b用于调节小型离心风扇的转速；5V电压的电量输出分两路，一路通过充电管理芯片16e给内置电池16g充电蓄能，一路接标准5V输出端口16h；内置电池16g也接标准5V输出端口16h可实现电量输出；内置电池16g的电量可通过DC-DC升压模块16f变为12V电量到达PWM模块16c供小型离心风扇14的启动使用。炉子拥有的保温部件及电子装置及线路的保护措施可以使炉子减少不必要的热损失，使用安全、高效。

以上所述仅为本发明的较佳实施方案，凡是在不违背本发明精神和原则之内做出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其特征在于，该生物质炉包括炉体(1)和可拆卸地安装在该炉体(1)一侧的温差发电装置(9)，其中，

所述炉体(1)中上部开设有抽气管插口(6)，上部沿炉体(1)周向上开设有多个开口作为二次风风口(4)；

所述温差发电装置(9)包括：

上部开有作为冷风引风口(10)的开口的中空壳体；

设置在壳体上部并与内腔相同的抽气管(5)，所述温差发电装置通过该抽气管(5)插入炉体(1)上的抽气管插口(6)使得温差发电装置悬挂在炉体(1)上，且使得抽气管(5)插入炉内时其管口与所述二次风风口(4)高度吻合，从而炉体(1)底部燃料与一次风混合发生不完全燃烧产生的含有挥发分成分的气体在上升到二次风风口(4)位置时与从二次风风口(4)进入的二次风混合燃烧而产生温度相对恒定的热气体；

设置在壳体内腔上部的温差发电模块(7)和设置在壳体内腔下部的转速可调的风扇(14)，该风扇(14)的转动使得所述热气体通过所述抽气管(5)以及使得环境中的冷空气通过所述冷风引风口(10)分别流经所述温差发电模块(7)的两侧，并通过风扇(14)转速的调节对流经所述温差发电模块(7)的热气体量进行调节使得温差发电模块(7)热端温度稳定，从而实现在温度燃烧获取热量的同时进行稳定安全地发电。

2.根据权利要求1所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述炉体(1)下部开设有一次风风口(18)，且所述风扇(14)的排气口与所述一次风风口(18)高度吻合，使得所述流经温差发电模块(7)两侧的热气体和冷空气形成的混合风通过所述一次风风口吹入炉体(1)内，以促进炉体(1)内生物质燃料的燃烧。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述温差发电模块(7)包括位于一侧的热风换热器件(7a)、位于中间的半导体温差发电片(7c)、以及位于另一侧的冷风换热器件(7b)，三者紧固连接，其中所述热风换热器件(7a)由错列排布的翅片(7a1)垂直焊接在金属薄板(7a2)表面形成，所述冷风换热器件(7b)由多个栅状翅片(7b2)垂直焊接在金属薄板(7b1)表面形成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述温差发电装置的中空壳体内对于所述一次风风口(18)高度处设置有隔热板(15)，以将内部空腔分割为独立的上下两部分并使得下部分与用于热气体和冷空气流通的上部分进行隔热，该下部分内设置有电量管理模块(16)，以用于发电管理。

5.根据权利要求4所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述电量管理模块(16)包括DC-DC稳压模块(16a)、DC-DC降压模块(16d)和PWM模块(16c)，其中，所述温差发电模块(7)发出的电量，经该DC-DC稳压模块(16a)和DC-DC降压模块(16d)后分别输出一定电压的电量，其中一路电压经所述PWM模块(16c)后进入所述风扇(14)，以用于驱动或控制风扇(14)的转动，另一路电压用于输出。

6.根据权利要求4或5所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述电量管理模块(7)还包括充电管理芯片(16e)和内置电池(16g)，其中所述另一路电压分为两支，其中一支通过所述充电管理芯片(16e)给内置电池充电(16g)蓄能，以用于作为所述风扇(14)的启动电源，另一支与电压输出端口连接以直接输出。

7.根据权利要求5或6所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述两路电压分别为12V和5V。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述风扇(14)置于上述隔热板(15)上。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种便携式抽气型的可发电生物质炉，其中，所述二次风风口(4)的多个开口在沿炉体(1)壁的周向上处于同一高度处而形成一圈或处于不同高度处而形成多圈。