CN109098798B - 多燃料热电转化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多燃料热电转化装置，包括壳体和设于壳体内的汽轮发电机，汽轮发电机将壳体的内腔分为高压气室和低压气室，低压气室的体积大于高压气室的体积，高压气室内设有燃烧器和蒸发水箱，燃烧器和蒸发水箱嵌套在一起，燃烧器连接可燃气道，燃烧工质通过可燃气道输送到燃烧器进行燃烧，燃烧产生的热量传导至与燃烧器嵌套的蒸发水箱，蒸发水箱内装有相变工质，高压气室和低压气室通过集水管道相连，集水管道与蒸发水箱连通，壳体靠近低压气室一侧的阀门，阀门用于调节低压气室的压强，壳体靠近低压气室一侧的端部设有冷凝器。本发明能够解决现有技术燃料选择范围较窄、技术难度和实现成本高的问题。

Description

多燃料热电转化装置

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种多燃料热电转化装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对于物资和移动需求，尤其是对于中短途方便快捷的物资和人员移动越来越高，使得汽车工业得到飞速发展，汽车的保有量逐年增加。

目前多数汽车仍是以石油作为动力来源，但受化石能源的限制，石油终将枯竭，因此，人们日渐需要新型的燃料产品和能源转化装置作为替代。目前，虽然以燃料电池为代表的新能源技术得到快速发展，但燃料电池的燃料选择范围较窄，技术难度和实现成本高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多燃料热电转化装置，以解决燃料选择范围较窄、技术难度和实现成本高的问题。

一种多燃料热电转化装置，包括壳体和设于所述壳体内的汽轮发电机，所述汽轮发电机将所述壳体的内腔分为高压气室和低压气室，所述低压气室的体积大于所述高压气室的体积，所述高压气室内设有燃烧器和蒸发水箱，所述燃烧器和所述蒸发水箱嵌套在一起，所述燃烧器连接可燃气道，燃烧工质通过所述可燃气道输送到所述燃烧器进行燃烧，燃烧产生的热量传导至与所述燃烧器嵌套的所述蒸发水箱，所述蒸发水箱内装有相变工质，所述高压气室和所述低压气室通过集水管道相连，所述集水管道与所述蒸发水箱连通，所述壳体靠近所述低压气室一侧的阀门，所述阀门用于调节所述低压气室的压强，所述壳体靠近所述低压气室一侧的端部设有冷凝器。

根据本发明提出的多燃料热电转化装置，利用相变工质，例如水，在不同气压下沸点不同的特点，在密闭环境中形成液态水更易气化，通过调整低压气室的压强能够获得更低的水的气化温度，使得汽轮电机热效率更高；同时在整个循环中设置用于加热的燃烧器和用于冷凝的冷凝器，实现汽轮发电机两端的气压差，最终实现在对相变工质加热不高的条件下，能够获得较大的机电组压力差，满足发电功率要求，该装置在较低的蒸汽压力下就可以获得较大的汽轮机压差，有利于热力发电机小型化和可移动化，被加热的相变工质只在机体内部循环，能够有效减少发电过程中热能通过水排放带来的不必要的浪费；且该装置可以采用任何气态或液态的燃料，在燃烧器内燃烧即可进行热电转化，燃料选择性广，没有复杂的机械控制，技术难度和实现成本更低。

另外，根据本发明提供的多燃料热电转化装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述高压气室的体积约为所述汽轮发电机内部气室体积的一半。

进一步地，所述集水管道上设有电子水泵和单向阀，所述电子水泵与所述单向阀串联。

进一步地，所述蒸发水箱内的水道为扁平状。

进一步地，位于所述高压气室内的所述集水管道靠近所述汽轮发电机的排气口设置。

进一步地，所述相变工质为水。

进一步地，所述壳体靠近所述高压气室的一侧设有排气管，所述排气管与所述燃烧器相通。

进一步地，所述燃烧器和所述蒸发水箱位于所述壳体靠近所述高压气室一侧的端部。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的多燃料热电转化装置的结构示意图；

图2是图1中燃烧器和蒸发水箱的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图2，本发明的第一实施例提出的多燃料热电转化装置，包括壳体11和设于所述壳体11内的汽轮发电机12，所述汽轮发电机12将所述壳体11的内腔分为高压气室111和低压气室112，所述低压气室112的体积大于所述高压气室111的体积，所述高压气室111内设有燃烧器13和蒸发水箱14，具体的，所述燃烧器13和所述蒸发水箱14位于所述壳体11靠近所述高压气室111一侧的端部。

所述燃烧器13和所述蒸发水箱14嵌套在一起，所述燃烧器13连接可燃气道15，燃烧工质通过所述可燃气道15输送到所述燃烧器13进行燃烧，燃烧产生的热量传导至与所述燃烧器13嵌套的所述蒸发水箱14，燃烧工质可以是任何气态或液态的燃料，例如可燃H₂，由于蒸发水箱14与燃烧器13嵌套在一起，因此，燃烧器13燃烧产生的热量能够快速传导至蒸发水箱14。

所述蒸发水箱14内装有相变工质，相变工质例如是水。所述高压气室11和所述低压气室112通过集水管道16相连，所述集水管道16与所述蒸发水箱14连通，所述壳体11靠近所述低压气室112一侧的阀门17，所述阀门17用于调节所述低压气室112的压强，所述壳体11靠近所述低压气室112一侧的端部设有冷凝器18。

下面以相变工质是水为例，说明该装置的工作原理：

燃烧工质通过可燃气道15输送到燃烧器13进行燃烧，由于热交换作用使得蒸发水箱14中的水迅速蒸发并在高压气室111中形成高压蒸汽，高压蒸汽通过推动汽轮发电机12膨胀做功，并且温度降低，进入到低压气室112，通过调节阀门17使低压气室112中的气压稳定为0.7个大气压，即70000帕左右，同时控制高压气室111的水蒸气的温度在110摄氏度，即1.7个大气压，此时汽轮发电机12前后压差为100000pa，若汽轮发电机机半径为0.2m，根据公式：

M约为125NM，当轮机转速达到100rad/s，即955n/min时即可产生12.5KW的输出功率，因此，通过调整参数进行设计即可在较小的尺寸下满足40KW左右的发电功率要求。

本实施例中，所述高压气室111的体积约为所述汽轮发电机12内部气室体积的一半，这样可以保证水蒸气通过推动汽轮发电机12做功后压强和温度迅速降低回到凝点温度附近(90摄氏度左右，约0.7个大气压)。

本实施例中，所述集水管道16上设有电子水泵19和单向阀20，所述电子水泵19与所述单向阀20串联。

本实施例中，所述壳体11靠近所述高压气室111的一侧设有排气管21，所述排气管21与所述燃烧器13相通，燃烧器13可通过排气管21排出废气。

当水蒸气进入体积更加大的低压气室112时，水蒸气的温度将进一步降低，同时由于冷凝器18的散热作用，水蒸气重新凝结成为液态水并经由集水管道16通过电子水泵19重新回到蒸发水箱14，为了增加水的气化速率，优选的，所述蒸发水箱14内的水道为扁平状。位于所述高压气室111内的所述集水管道16靠近所述汽轮发电机12的排气口设置。这样可以有效减少工作时集水管道16两端压差，易于液态水的循环。

静态时，两个气室是连通的，可通过阀门17调整气室压强，使其达到1个大气压的压强，当装置开始工作时，可在初始工况打开阀门17，将高温气室111与大气连通，再关闭阀门17，降低燃烧器13温度，使低温气室112内的气压维持在0.65个大气压强左右，同时由于0.65个大气压是水的凝点为85摄氏度，远高于常温时环境温度，因此通过冷凝器18的散热作用能够很好的将做功后的水水蒸气凝结为液态，因此可以保证水蒸气有足够的做功压力差又能迅速的回到液态供下次循环使用。

装置正常工作时，应保证蒸发水箱14水蒸气的蒸发量和冷凝器18水蒸气冷凝的量相等，这样才能保证高低压气室之间气压的动态平衡，整个循环在水的不断相变条件下不断的从燃烧器13吸热，通过汽轮发电机12发电做功，最后又经过冷凝器18冷凝形成液态水形成反复循环。

综上，根据本实施例提出的多燃料热电转化装置，利用相变工质，例如水，在不同气压下沸点不同的特点，在密闭环境中形成液态水更易气化，通过调整低压气室的压强能够获得更低的水的气化温度，使得汽轮电机热效率更高；同时在整个循环中设置用于加热的燃烧器和用于冷凝的冷凝器，实现汽轮发电机两端的气压差，最终实现在对相变工质加热不高的条件下，能够获得较大的机电组压力差，满足发电功率要求，该装置在较低的蒸汽压力下就可以获得较大的汽轮机压差，有利于热力发电机小型化和可移动化，被加热的相变工质只在机体内部循环，能够有效减少发电过程中热能通过水排放带来的不必要的浪费；且该装置可以采用任何气态或液态的燃料，在燃烧器内燃烧即可进行热电转化，燃料选择性广，没有复杂的机械控制，技术难度和实现成本更低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多燃料热电转化装置，其特征在于，包括壳体和设于所述壳体内的汽轮发电机，所述汽轮发电机将所述壳体的内腔分为高压气室和低压气室，所述低压气室的体积大于所述高压气室的体积，所述高压气室内设有燃烧器和蒸发水箱，所述燃烧器和所述蒸发水箱嵌套在一起，所述燃烧器连接可燃气道，燃烧工质通过所述可燃气道输送到所述燃烧器进行燃烧，燃烧产生的热量传导至与所述燃烧器嵌套的所述蒸发水箱，所述蒸发水箱内装有相变工质，所述高压气室和所述低压气室通过集水管道相连，所述集水管道与所述蒸发水箱连通，所述壳体靠近所述低压气室一侧的阀门，所述阀门用于调节所述低压气室的压强，所述壳体靠近所述低压气室一侧的端部设有冷凝器，所述相变工质为水，静态时，两个气室是连通的，通过阀门调整气室压强，使其达到1 个大气压的压强，当装置开始工作时，在初始工况打开阀门，将高温气室与大气连通，再关闭阀门，降低燃烧器温度，使低温气室内的气压维持在0.65个大气压强。

2.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，所述高压气室的体积约为所述汽轮发电机内部气室体积的一半。

3.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，所述集水管道上设有电子水泵和单向阀，所述电子水泵与所述单向阀串联。

4.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，所述蒸发水箱内的水道为扁平状。

5.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，位于所述高压气室内的所述集水管道靠近所述汽轮发电机的排气口设置。

6.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，所述壳体靠近所述高压气室的一侧设有排气管，所述排气管与所述燃烧器相通。

7.根据权利要求1所述的多燃料热电转化装置，其特征在于，所述燃烧器和所述蒸发水箱位于所述壳体靠近所述高压气室一侧的端部。

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